選煤技術在中國開灤選煤工業(yè)中的應用與發(fā)展

楊洪占

開灤能源化工股份有限公司洗選加工部，中國·河北 唐山 063018

1 引言

選煤是應用物理、物理化學、化學或微生物等方法將原煤脫灰、降硫并加工成質量均勻、用途不同的各品種煤的煤炭加工技術，是提高煤炭利用效率、減少污染物排放的最經濟、有效的途徑。目前，中國采用的選煤方法主要為重介、跳汰、浮選以及干法選煤。中國地域廣闊，煤炭資源豐富，煤種齊全，煤質變化大，因而以上選煤方法均有應用。隨著國際能源消費結構向煤炭消費方向的調整和環(huán)境保護意識的日益增強，世界各國越來越重視煤炭的洗選加工，從而有力地推動了選煤技術的發(fā)展。

中國開灤煤礦始建于1878年，已有141年的歷史，創(chuàng)造了多個中國近代工業(yè)的第一，享有“中國煤炭工業(yè)源頭”“中國近代工業(yè)搖籃”等盛譽。中國開灤煉焦煤礦區(qū)位于河北省唐山市境內，生產用于冶金煉焦的煙煤為主，質地優(yōu)良，是中國重要煉焦煤生產基地，主要生產肥煤、焦煤、1/3 焦煤和氣煤，具有粘結性強、結焦性好、揮發(fā)分適中、有害成分少等優(yōu)點。中國開灤選煤始于1913年林西礦，至2019年中國開灤形成13 座選煤廠、設計能力34.70Mt/a、煉焦煤選煤廠核定能力為24.00Mt/a 和工藝齊全的選煤格局。

2 中華人民共和國成立前的開灤選煤

中華人民共和國成立以來，中國煤炭洗選加工量不斷增加，并呈現(xiàn)出加速增長的勢頭。選煤廠向大型化發(fā)展，以適應煤炭生產多元化和集中化的需要。此外，選煤工藝流程不斷簡化，重介旋流器分級洗選趨向于混合洗選，重介旋流器與浮選機的聯(lián)合洗選工藝趨向代替跳汰與浮選聯(lián)合洗選工藝，工業(yè)化的超潔凈煤分選技術的廣泛應用。后來陸續(xù)建立無尾煤選煤廠，充分回收原煤中的黃鐵礦，對選煤水采取閉路循環(huán)處理。這都印證了中國選煤行業(yè)在不斷發(fā)展，不斷進步。而在1949年中華人民共和國成立以前，開灤選煤業(yè)就進行了一系列的探索和發(fā)展。

2.1 試驗選址

1878年清政府開辦開平礦務局（1912年6月中國開平、灤州兩公司聯(lián)合成立開灤礦務總局）。1900年開始對開平煤的可選性進行試驗，先是將煤樣送至北京愛溫斯霍配公司進行試驗，而后又自制一臺小型活塞式手搖選煤機，加煤50 千克，使原煤樣在機內連續(xù)振蕩2 小時，然后逐層取樣進行分析，對唐山、林西、趙各莊、馬家溝、唐家莊五礦各煤層煤質、灰分、硫分、水分、產率進行反復試驗，根據(jù)試驗分析和地理位置分析，確定在林西建設選煤廠。

2.2 林西選煤廠建設

2.2.1 第一選煤廠

該廠于1913年10月動工建設，1914年11月建成。廠房高20m，占地面積約200m2，設計入洗能力75t/h，為不分級跳汰選工藝，主要設備有鮑姆型二段式選煤機、鼓風機、循環(huán)水泵、煤泥泵、斗式提升機、螺旋運輸機各一臺，裝機總容量183kw。

2.2.2 第二選煤廠

精煤產品在國際市場打開銷路后，于1916年底施工建造第二座選煤廠。第二選煤廠模式和第一選煤廠完全相似，并排相接是姊妹廠。所有設備均由礦務局自行制造。1918年5月建成投產。當年兩廠共入洗原煤93.8 萬噸。

2.2.3 第三選煤廠

1921年5月開工建設，1923年8月安裝完畢，同年11月試投產。全廠設備27 臺，總裝機容量510kw。主要設備有：①追波管式選煤機二組，每組12 臺，每組設計能力為小時入洗原煤70t；②原煤輥筒式分級篩三臺，淋干機二臺，一臺為溫代爾式，小時處理量40t。另一臺為愛爾慕式，小時處理量15t；③浮選機二組，每組11 室，每室2.5 m3，木質結構，小時處理能力10t/組；④兩臺旋轉式過濾機，一臺是奧地利臥式，一臺是美國式，二臺結構相近，效果好，水分可達16～20%。

2.2.4 第四選煤廠

1938年動工，1940年5月投產。該廠全套設備由英國西蒙凱夫公司制造，全廠設備122 臺，有電動機102 臺，總裝機容量1882kw，入洗原煤能力1.80Mt/a，該廠設備先進、機械化程度高，當時被稱為亞洲第一、世界第二先進選煤廠。同年6月與三號井銜接，實現(xiàn)林西礦原煤全部入洗。系統(tǒng)建有一臺翻車機，隨時接納外礦來煤。

3 中國計劃經濟時期的發(fā)展

3.1 打破全球選煤技術封鎖

自1949年中華人民共和國成立后，外國技術人員撤離，中國選煤陷于停頓狀態(tài)。為打破全球技術封鎖，開灤選煤人組織技術攻關，技術人員和工人一起在現(xiàn)場操作、調試床層、開關風水，摸索出一套風水使用方法，掌握了跳汰生產技術。1953年5月做如下改進：①改變加工工藝，主選直接出精煤；②改進操作方法，加大選煤機底水，減少沖水；③改北再選機為末煤跳汰機。當年生產支援鞍鋼精煤0.10 Mt，還為峰峰二礦和四礦試洗原煤0.11 Mt。

3.2 選煤工業(yè)的興起

3.2.1 林西選煤廠工藝革新

1953年4月將舊破碎機改成中煤破碎機，從夾矸煤中再選，8月實現(xiàn)跳汰中煤再選。1959年3月由開灤自主研制的中國第一臺臥式風閥在南系統(tǒng)跳汰主選機進行試驗，效果良好，并陸續(xù)將立式風閥更換為臥式風閥，分選效果和生產能力有顯著提高。1959年二季度，將筒式過濾機改為園盤式過濾機，使脫水效果提高近一倍。1965年擴建浮選車間，增加6AM-218 型浮選機4 組，27M2 過濾機4 臺，提高精煤回收率5.6%。1966年將跳汰主選機一段倒排矸再次改為正排矸，并將排矸機風動控制排料改為電動控制排料。1975年增加二臺LTX---10 篩下空氣室跳汰機、XJM—4 型浮選機4 組、PG116 過濾機二臺、24M 直徑濃縮機一臺、地下事故水池一座，出廠煤泥量減少1-2%。至此，形成了具備當時自主技術水平的現(xiàn)代化選煤廠。

3.2.2 新建選煤廠

1959年3月起，中國開灤相繼開工新建三座選煤廠，經過半年時間，9月中國的馬家溝、唐山、趙各莊三座60-1 型簡易選煤廠和中國林西0.90 Mt/a 擴建系統(tǒng)正式移交生產。中國開灤選煤生產能力在1.80 Mt/a 基礎上又增加3.15 Mt/a。1968年7月從波蘭引進成套設備的呂家坨選煤廠建成投產，它是一座入洗原煤2.40 Mt/a、塊煤重介、末煤跳汰、煤泥浮選分級入洗的大型水采礦井選煤廠。1969年唐家莊礦選煤廠開工建設，設計入洗原煤0.60 Mt/a。到六十年代末開灤選煤廠入洗能力達到6.15Mt/a。

3.2.3 震后恢復生產

1976年7月28日，中國的唐山、豐南地區(qū)發(fā)生7.8 級強烈地震。開灤各選煤廠都遭到破壞，開灤職工全力以赴抗震救災，對礦井和選煤廠進行恢復和重建工作。當年11月呂家坨選煤廠恢復生產，1977年2月、3月、5月馬家溝、趙各莊、林西、唐家莊四座選煤廠相繼恢復，趙各莊選煤廠1977年并進行震后重建，入洗能力擴大到1.80Mt/a。1978年1月唐山選煤廠最后恢復，由沈陽煤礦設計院進行恢復生產設計，處理量擴大為2.70 Mt/a，采用跳汰、浮選聯(lián)合流程。至此開灤選煤生產趨于正常。

4 中國改革開放時期開灤選煤建設

4.1 加快新廠建設，擴大產能

（1）1980年6月1日中國范各莊選煤廠破土動工，該廠設計能力4.00 Mt/a，主要設備引進美國西德維達克公司，1984年5月12日正式通過驗收投產。中國選煤廠采用分級入洗的重介、跳汰、浮選聯(lián)合工藝，設備先進、工藝完善、自動化程度高，全廠采用電子計算機控制，洗選效率90%以上，是中國開灤乃至中國選煤開始走向現(xiàn)代化的象征。

（2）1985年中國錢家營選煤廠開始建設，1989年11月正式驗收移交生產，設計能力4.00 Mt/a。全套設備由波蘭引進，安裝設備743 臺件。該廠采用分級入洗的全重介分選和浮選工藝，是20世紀80年代末期中國自動化覆蓋面較廣最大的全重介煉焦煤選煤廠。

（3）2010年5月新建林西選煤廠北廠，采用全級無壓三產品重介旋流器和噴射浮選機工藝，設計能力1.80 Mt/a，2011年2月份完成新老系統(tǒng)對接，投入試生產。2011年為充分利用老廠閑置資源，盤活固定資產，對已有70 多年歷史的中國林西老選煤廠進行拆除，原址建設入洗能力0.90 Mt/a 選煤廠，采用全級無壓三產品重介旋流器和噴射浮選機工藝，2013年10月份進行調試，并投入生產。

（4）2005年8月中國東歡坨選煤廠竣工驗收，投入生產，設計能力1.50Mt/a，采用兩產品重介旋流器主再選工藝，洗選50-8mm 以上動力煤。

（5）2007年中國林南倉風選廠建成投產，用于洗選動力煤，采用全級入洗復合干選工藝，設計能力為0.60Mt/a。2014年10月完成擴建，采用FGX-24A 型復合式干選機替代原FGX-12 型復合式干選機，設計能力為1.20 Mt /a。

4.2 實施技改 提高選煤效率

（1）中國趙各莊選煤廠2002年主選系統(tǒng)改造，跳汰、浮選工藝改為跳汰粗選、重介精選、浮選工藝，設計能力仍為1.8Mt/a。2011年跳汰粗選、重介精選工藝改造為全級無壓三產品重介旋流器分選工藝，設計能力不變。

（2）中國林西選煤廠2002年將跳汰—浮選聯(lián)合工藝改為跳汰粗選、重介精選、浮選工藝，入洗能力仍為1.8Mt/a。

（3）中國范各莊選煤廠2004年將塊煤重介、末煤跳汰、煤泥浮選聯(lián)合工藝改造為塊煤重介、末煤三產品無壓重介旋流器、煤泥浮選聯(lián)合工藝，設計能力仍為4.00Mt/a。2003年進行了選煤廠自動化控制系統(tǒng)技術改造，實現(xiàn)PLC 控制升級。2009年原煤受煤系統(tǒng)技術改造，增設外來煤入洗系統(tǒng)。2010年-2013年對煤泥水系統(tǒng)進行升級改造，包括浮選機升級改造、浮選入料截粗改造和尾煤壓濾系統(tǒng)改造。2015年浮選精煤脫水系統(tǒng)進行改造，采用臥式沉降離心脫水機+精煤快開壓濾機替代圓盤真空過濾機。

（4）中國呂家坨選煤廠2000年采用無壓三產品重介旋流器分選系統(tǒng)，取代了原有的跳汰分選工藝。2003年9月完成了塊煤重介分選系統(tǒng)的技術改造，選用兩臺國產大型（JL型）立輪重介分選機代替三臺波蘭設計（DISA 型）立輪，采用先排矸后精選的工藝流程。2010年2月浮選尾煤壓濾系統(tǒng)投入使用，替代了延續(xù)四十年沉淀池自然沉淀的方法，實現(xiàn)了洗煤用水閉路循環(huán)。2013年8月浮選精煤壓濾系統(tǒng)投入使用，5 臺精煤壓濾機替代4 臺圓盤式真空過濾機。2015年12月增加三錐角水介質旋流器系統(tǒng)，對2mm 以下原煤進行預選。

（5）中國唐山選煤廠2006年新建重介廠房，采用全級無壓三產品重介旋流器分選工藝，替代原跳汰工藝。2016年完成煤泥水系統(tǒng)改造，將原跳汰廠房進行了拆除，新建浮選車間，實現(xiàn)主再浮選工藝和臥式沉降離心脫水機+精煤快開壓濾機脫水工藝。

（6）中國錢家營選煤廠2000年將波蘭浮選機IZ-12 改造為 XJX-T12 型浮選機。原設計生產工藝為：13 ～150mm塊煤采用重介立輪主再選，13 ～0.5mm 末煤采用重介旋流器主再選，0.5～0mm煤泥浮選。2004年完成重介系統(tǒng)升級改造，采用美國克萊博斯兩產品重介旋流器主再選工藝替代原有工藝。2011年完成煤泥水系統(tǒng)改造，新建浮選車間替代原煤泥水處理系統(tǒng)，采用XJM-S28 大型浮選機替代原有XJX-T12型浮選機，浮選精煤脫水采用“臥式沉降離心脫水機+精煤快開壓濾機”工藝，大大提升了選煤效率。

5 結語

中國開灤選煤經歷100 余年滄桑巨變，從無到有，不斷完善，是中國選煤行業(yè)發(fā)展歷程的縮影，中國開灤選煤發(fā)展始終堅持技術創(chuàng)新，引進吸收中全球先進洗選加工技術工藝和設備，大幅提升了選煤廠工藝裝備水平，實現(xiàn)了全廠設備PLC 集中控制，選煤廠技術經濟指標得到顯著提高，實現(xiàn)原煤全部入洗，煉焦精煤產量由3.00 Mt/a提高到7.00 Mt/a以上，洗選效率由69.30%提高到91%以上，員工人數(shù)由3300 人縮減到1300 人左右，每年增加經濟效益10 億元以上。

展望中國開灤選煤未來發(fā)展，將緊緊圍繞“中國制造2025”和“互聯(lián)網+”的強國政策，以實現(xiàn)精細化分選工藝為基礎，以設備高效、可靠、智能化為支撐，將重點實施密度閉環(huán)控制、浮選加藥自動控制、智能供配電、細粒煤分選、精煤脫水升級、大數(shù)據(jù)管理體系等技術，提升選煤產業(yè)技術水平。