煤炭干法分選技術應用場景及展望

許紅娜

(中國煤炭加工利用協(xié)會，北京 100013)

選煤作為潔凈煤技術的源頭，對減輕環(huán)境污染、提高煤炭質量、節(jié)省運力等具有重要作用。山西、陜西、內蒙古、新疆等產煤大省大都干旱缺水，加之儲量較大的褐煤、長焰煤等煤種及部分煤中的矸石遇水極易泥化，如果采用濕法選煤工藝對其進行加工，不但會產生大量低發(fā)熱量、難以銷售的煤泥，而且投入高昂，系統(tǒng)維護復雜。我國從20世紀80年代開始對干法選煤技術進行探索，如今在光電(智能)干法分選機、大型復合式干法分選機、新一代干法重介質流化床分選機等方面取得重大突破，原創(chuàng)技術處于國際領先水平。

1 推行干法分選技術已形成廣泛共識

近年來，國家和行業(yè)對干法選煤的支持力度越來越大。2016年，國家發(fā)改委和能源局發(fā)布的《能源技術革命創(chuàng)新行動計劃》將“高效干法選煤技術”列入能源技術革命重點創(chuàng)新行動路線中。2017年，中國煤炭工業(yè)協(xié)會成立煤炭行業(yè)干法選煤工程研究中心。2018年“煤炭高效干法分選關鍵技術及應用”獲國家科學技術進步獎二等獎。2018年和2019年《全球工程前沿》將“干法選煤技術”、“煤炭超凈分選”、“高效降灰、脫硫”等煤炭分選加工技術列入其中。自然資源部礦產資源保護監(jiān)督司和中國自然資源經濟研究院聯合編寫的《礦產資源節(jié)約和綜合利用先進適用技術實踐》中，干法選煤技術多次入選。2019年，中國煤炭工業(yè)協(xié)會、中國煤炭加工利用協(xié)會主辦的全國干法選煤現場會召開?！皬秃鲜礁煞ㄟx煤技術與工藝”被列入煤炭工業(yè)“十四五”先進適用技術推廣目錄。中國煤炭工業(yè)協(xié)會發(fā)布的《煤炭工業(yè)“十四五”科技發(fā)展指導意見》將“干法選煤智能化工藝技術”列為重點領域核心攻關技術，將“研制千萬噸級干法分選智能化裝備，研究干濕混合流程新工藝，建立千萬噸級智能選煤廠示范工程”列為重大技術創(chuàng)新示范。2020年，中國煤炭加工利用協(xié)會發(fā)布《干法選煤技術規(guī)范》團體標準。在國家政策的引領下，在一系列行業(yè)行動的推動下，干法選煤技術從小眾走向前臺，逐步融入專業(yè)人士的自覺思維。

2 干法分選技術應用場景

2.1 動力煤全粒級入選

大塊動力煤一般作為民用和化工用煤，價格比末煤高，在生產中應減少或避免塊煤破碎。目前，常用的塊煤分選工藝為重介塊煤分選，設備多采用淺槽刮板分選機，存在系統(tǒng)相對復雜、運營成本高等缺點。近年，國內外開始大力開發(fā)大塊煤智能分選技術，一般可對300～50 mm粒級物料進行分選。IDS智能干選機采用智能識別方法，通過大數據分析，對煤和矸石進行數字化識別，具有分選效率高、完全智能化、不對環(huán)境造成污染等優(yōu)點，可對大于50 mm粒級的物料進行有效分選；ZM礦物高效分離機最佳分選粒度為小于80 mm。利用2種裝備各自優(yōu)勢工藝配置組成的全粒級干法選煤生產系統(tǒng)已在國電投集團霍林河露天煤業(yè)公司南露天礦投入運營，在世界上首次實現全粒級干法選煤。運營結果表明[1]，噸煤產生凈利潤60.76元，剝采比可以降低0.1，回采率增加3%，根據當前產能計算，可以延長礦井服務年限1.5 a。

2.2 末煤干選

當前末煤干法選煤技術已經基本成熟，可有效降低工程投資和系統(tǒng)運行成本[2-3]。河南能源貴州公司高山礦小于13 mm粒級占87.32%，采用ZM-150型干法分選機對該礦原煤進行分選加工后，精煤發(fā)熱量平均提高3.94 MJ/kg，硫分降低約1個百分點，灰分降低約10個百分點，精煤產率為83.05%，噸煤增收效益顯著。河南能源永煤公司嵩山煤礦原煤中小于13 mm粒級末煤灰分為38.27%，采用復合干法分選工藝后，產品發(fā)熱量提高3.37 MJ/kg，硫分降低0.49個百分點，對細粒易泥化煤實現了成功分選，正常生產一個半月就收回投資。

2.3 低質煤提質

復合式干法分選機吸取了風力搖床和流化床的優(yōu)點并采用多種綜合分選原理，使物料在分選床上實現按密度分層。因其無需水和介質，可用于易泥化煤、褐煤等低質煤的提質，具有結構優(yōu)化、配置精簡、建設周期短、投資及運營成本低等優(yōu)點，目前已在淮北礦業(yè)、晉能控股、開灤集團等企業(yè)應用，并取得較好的經濟效益[4-6]。黑山露天煤礦薄煤層低質煤儲量大，灰分為39.81%，含矸率大，水分為3.02%，原煤售價低，嚴重影響企業(yè)經濟效益。同時，因新疆地區(qū)水資源短缺，宜采用干法分選工藝提高原煤質量，為企業(yè)增加經濟效益。經ZM復合式干法分選機主選后，對80～13 mm主選產品進行分析，精煤產率為69.28%，灰分為20.37，矸石產率為30.72%，灰分為81.54，有效提高了黑山礦薄煤層的產品煤質量。

2.4 干濕工藝結合的選煤廠改造

對于采用全重介工藝的選煤廠，隨著煤質的變化及市場需求的改變，需要對產品結構進行調整，在綜合考慮改造周期、投資及場地的基礎上，可考慮干濕結合的工藝。確定選煤廠分選工藝時不應將濕法分選和干法分選相對立，應考慮兩者的優(yōu)勢互補。比如，對動力煤選煤廠來講，濕法選煤雖然降灰效果明顯，但也增加了產品的水分，采用干法分選更有利于取得產品灰分和水分對發(fā)熱量的平衡。貴州豫能投資公司新田煤礦選煤廠采用塊煤重介淺槽+末煤脫泥無壓給料三產品重介質旋流器+粗煤泥TBS+細煤泥浮選和尾煤濃縮壓濾回收的聯合工藝，末精煤正常發(fā)熱量為28.43 MJ/kg以上，超過了化工原料煤的指標要求。該選煤廠采用干法選煤工藝預排矸+濕法末煤重介分選+末煤摻配的生產工藝進行改造，通過干選降低含矸率，有效減少了進入水洗系統(tǒng)的矸石量以及遇水泥化量，使精煤接近化工用煤指標要求，并可有效減少對礦井煤炭運輸設備損害和大量的環(huán)境衛(wèi)生工作量[7-8]。傳統(tǒng)動力煤選煤廠大多采用塊煤重介淺槽排矸和末煤旁路不洗工藝，影響綜合精煤質量。采用塊煤重介淺槽排矸和末煤干選相結合的分選工藝，可以發(fā)揮各分選工藝的特長，降低加工成本，優(yōu)化煤炭產品結構，提高精煤質量。內蒙古東勝一煤礦采用該分選工藝，綜合精煤產率可達到86.99%。

2.5 原煤排矸提質

目前，選煤廠采用的排矸設備主要為重介質淺槽分選機、干法分選機和動篩跳汰機，3種設備各有特點。由于干選工藝具有流程簡單、運營成本低、分選精度有保障、模塊化配置、自動化集控等諸多優(yōu)勢，正越來越被選煤廠認可和采用。新疆圣雄股份能源有限公司黑山煤礦80～20 mm粒級塊煤含矸量高[9]，無法達到用戶對原煤利用灰分低于5%的要求，造成產品銷售困難。采用ZM礦物高效分離機對黑山煤礦原煤進行排矸，精煤產率為93.6%，矸石排出率為6.4%，經濟效益明顯，且無污染，無環(huán)保附加成本，滿足了用戶對產品灰分的要求。

3 干法選煤技術展望

干法選煤技術雖然取得了較大發(fā)展，但在實際推廣中仍面臨諸多質疑。為推動干法選煤技術在我國的發(fā)展，建議如下。

(1)爭取國家政策支持。干法選煤實現了“煤泥、矸石的減量化”，符合“綠色環(huán)保，節(jié)能高效”的環(huán)境保護、資源綜合利用及發(fā)展?jié)崈裘杭夹g等國家經濟技術政策要求，應爭取國家在企業(yè)稅收、節(jié)能降耗等方面給予優(yōu)惠政策。

(2)科學運用干法與濕法相結合的工藝。任何技術都有一定的適用性。在新的選煤技術和裝備條件下，應根據原煤性質、產品質量要求、產品水分、分選效率、銷售收入、生產成本、基建投資等相關因素，經過技術經濟指標綜合比較，遵循“宜濕則濕，宜干則干，宜合則合”的基本原則，科學運用干法與濕法相結合的工藝。干旱缺水地區(qū)煤炭、低變質的褐煤及不粘煤等宜優(yōu)先選擇干法選煤工藝。中高泥化程度和高泥化程度的煤炭，煉焦煤選煤廠宜選擇干法選煤方法作為預排矸工藝，動力煤選煤廠應選擇干法選煤工藝。

(3)建設現代化大型干法選煤示范廠。開發(fā)大型干法選煤裝備，完善千萬噸級大型干法選煤廠配套裝備；推進干法選煤裝備加工制造、干法選煤工藝設計的規(guī)范化、標準化；將物聯網、大數據、云平臺等“互聯網+”技術融入干法選煤廠設計、建設和生產管理全過程。

4 結 語

目前，作為選煤技術的重要分支，干法分選技術在我國已得到成功應用，但得到選煤界的普遍認可仍然任重道遠。在今后的發(fā)展中，應系統(tǒng)總結干法選煤和濕法選煤的典型工藝案例，用數據和用事實說話，根據原煤性質和產品質量要求，靈活選用不同的選煤工藝，以推動干法選煤健康發(fā)展。