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(shù)的源頭，對減輕環(huán)境污染、提高煤炭質(zhì)量、節(jié)省運力等具有重要作用。山西、陜西、內(nèi)蒙古、新疆等產(chǎn)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(jìn)行加工，不但會產(chǎn)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(hù)復(fù)雜。我國從20世紀(jì)80年代開始對干法選煤技術(shù)進(jìn)行探索，如今在光電(智能)干法分選機(jī)、大型復(fù)合式干法分選機(jī)、新一代干法重介質(zhì)流化床分選機(jī)等方面取得重大突破，原創(chuàng)技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平。

1 推行干法分選技術(shù)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(shù)革命創(chuàng)新行動計劃》將“高效干法選煤技術(shù)”列入能源技術(shù)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(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”獲國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎二等獎。2018年和2019年《全球工程前沿》將“干法選煤技術(shù)”、“煤炭超凈分選”、“高效降灰、脫硫”等煤炭分選加工技術(shù)列入其中。自然資源部礦產(chǎn)資源保護(hù)監(jiān)督司和中國自然資源經(jīng)濟(jì)研究院聯(lián)合編寫的《礦產(chǎn)資源節(jié)約和綜合利用先進(jìn)適用技術(shù)實踐》中，干法選煤技術(shù)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(xiàn)場會召開?！皬?fù)合式干法選煤技術(shù)與工藝”被列入煤炭工業(yè)“十四五”先進(jìn)適用技術(shù)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(dǎo)意見》將“干法選煤智能化工藝技術(shù)”列為重點領(lǐng)域核心攻關(guān)技術(shù)，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(shù)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(shù)規(guī)范》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。在國家政策的引領(lǐng)下，在一系列行業(yè)行動的推動下，干法選煤技術(shù)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(shù)應(yīng)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(chǎn)中應(yīng)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(shè)備多采用淺槽刮板分選機(jī)，存在系統(tǒng)相對復(fù)雜、運營成本高等缺點。近年，國內(nèi)外開始大力開發(fā)大塊煤智能分選技術(shù)，一般可對300～50 mm粒級物料進(jìn)行分選。IDS智能干選機(jī)采用智能識別方法，通過大數(shù)據(jù)分析，對煤和矸石進(jìn)行數(shù)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(jìn)行有效分選；ZM礦物高效分離機(jī)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(chǎn)系統(tǒng)已在國電投集團(tuán)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(xiàn)全粒級干法選煤。運營結(jié)果表明[1]，噸煤產(chǎn)生凈利潤60.76元，剝采比可以降低0.1，回采率增加3%，根據(jù)當(dāng)前產(chǎn)能計算，可以延長礦井服務(wù)年限1.5 a。

2.2 末煤干選

當(dāng)前末煤干法選煤技術(shù)已經(jīng)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(jī)對該礦原煤進(jìn)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(chǎn)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(fù)合干法分選工藝后，產(chǎn)品發(fā)熱量提高3.37 MJ/kg，硫分降低0.49個百分點，對細(xì)粒易泥化煤實現(xiàn)了成功分選，正常生產(chǎn)一個半月就收回投資。

2.3 低質(zhì)煤提質(zhì)

復(fù)合式干法分選機(jī)吸取了風(fēng)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(xiàn)按密度分層。因其無需水和介質(zhì)，可用于易泥化煤、褐煤等低質(zhì)煤的提質(zhì)，具有結(jié)構(gòu)優(yōu)化、配置精簡、建設(shè)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(tuán)等企業(yè)應(yīng)用，并取得較好的經(jīng)濟(jì)效益[4-6]。黑山露天煤礦薄煤層低質(zhì)煤儲量大，灰分為39.81%，含矸率大，水分為3.02%，原煤售價低，嚴(yán)重影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)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(zhì)量，為企業(yè)增加經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)ZM復(fù)合式干法分選機(jī)主選后，對80～13 mm主選產(chǎn)品進(jìn)行分析，精煤產(chǎn)率為69.28%，灰分為20.37，矸石產(chǎn)率為30.72%，灰分為81.54，有效提高了黑山礦薄煤層的產(chǎn)品煤質(zhì)量。

2.4 干濕工藝結(jié)合的選煤廠改造

對于采用全重介工藝的選煤廠，隨著煤質(zhì)的變化及市場需求的改變，需要對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，在綜合考慮改造周期、投資及場地的基礎(chǔ)上，可考慮干濕結(jié)合的工藝。確定選煤廠分選工藝時不應(yīng)將濕法分選和干法分選相對立，應(yīng)考慮兩者的優(yōu)勢互補(bǔ)。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(chǎn)品的水分，采用干法分選更有利于取得產(chǎn)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(chǎn)品重介質(zhì)旋流器+粗煤泥TBS+細(xì)煤泥浮選和尾煤濃縮壓濾回收的聯(lián)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(biāo)要求。該選煤廠采用干法選煤工藝預(yù)排矸+濕法末煤重介分選+末煤摻配的生產(chǎn)工藝進(jìn)行改造，通過干選降低含矸率，有效減少了進(jìn)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(biāo)要求，并可有效減少對礦井煤炭運輸設(shè)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(zhì)量。采用塊煤重介淺槽排矸和末煤干選相結(jié)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(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高精煤質(zhì)量。內(nèi)蒙古東勝一煤礦采用該分選工藝，綜合精煤產(chǎn)率可達(dá)到86.99%。

2.5 原煤排矸提質(zhì)

目前，選煤廠采用的排矸設(shè)備主要為重介質(zhì)淺槽分選機(jī)、干法分選機(jī)和動篩跳汰機(jī)，3種設(shè)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(rèn)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(dá)到用戶對原煤利用灰分低于5%的要求，造成產(chǎn)品銷售困難。采用ZM礦物高效分離機(jī)對黑山煤礦原煤進(jìn)行排矸，精煤產(chǎn)率為93.6%，矸石排出率為6.4%，經(jīng)濟(jì)效益明顯，且無污染，無環(huán)保附加成本，滿足了用戶對產(chǎn)品灰分的要求。

3 干法選煤技術(shù)展望

干法選煤技術(shù)雖然取得了較大發(fā)展，但在實際推廣中仍面臨諸多質(zhì)疑。為推動干法選煤技術(shù)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(xiàn)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(hù)、資源綜合利用及發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)等國家經(jīng)濟(jì)技術(shù)政策要求，應(yīng)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(xué)運用干法與濕法相結(jié)合的工藝。任何技術(shù)都有一定的適用性。在新的選煤技術(shù)和裝備條件下，應(yīng)根據(jù)原煤性質(zhì)、產(chǎn)品質(zhì)量要求、產(chǎn)品水分、分選效率、銷售收入、生產(chǎn)成本、基建投資等相關(guān)因素，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)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(xué)運用干法與濕法相結(jié)合的工藝。干旱缺水地區(qū)煤炭、低變質(zhì)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(yù)排矸工藝，動力煤選煤廠應(yīng)選擇干法選煤工藝。

(3)建設(shè)現(xiàn)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(jìn)干法選煤裝備加工制造、干法選煤工藝設(shè)計的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化；將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云平臺等“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)融入干法選煤廠設(shè)計、建設(shè)和生產(chǎn)管理全過程。

4 結(jié) 語

目前，作為選煤技術(shù)的重要分支，干法分選技術(shù)在我國已得到成功應(yīng)用，但得到選煤界的普遍認(rèn)可仍然任重道遠(yuǎn)。在今后的發(fā)展中，應(yīng)系統(tǒng)總結(jié)干法選煤和濕法選煤的典型工藝案例，用數(shù)據(jù)和用事實說話，根據(jù)原煤性質(zhì)和產(chǎn)品質(zhì)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。