我國選煤技術發展現狀及趨勢分析

劉學雷

(陽泉煤業(集團)有限責任公司 二礦選煤廠，山西 陽泉045000)

煤炭是我國能源的重要組成部分，隨著我國煤礦產業體系的優化和完善，煤炭生產正朝著安全、高效、清潔的方向發展。在原煤的形成過程中會混入一些礦物雜質，而在之后的開采和運輸環節中難免也會夾雜或帶入一些巖石粉渣、木屑、水泥粉等，因此開采出來的原煤必須經過分選。選煤不僅可以去除矸石等雜質，還能按質量和粒級對煤進行分類，以便高效合理的利用煤炭資源，原煤經過分選加工之后，灰分、硫分的含量都會降低，可以有效提高煤的利用率，減少燃煤對環境的污染。因此，選煤在煤炭的整個開發利用過程中至關重要。隨著選煤技術的不斷優化發展，我國已成功研制出多款具有自動控制功能的設備，如重介質旋流器、噴射式浮選機、跳汰機等，這些設備能夠實現對不同性質煤炭的有效分選，提高了煤炭的潔凈度和使用效率。基于當前選煤行業節能減排要求，對各個設備的自動控制和狀態監測也提出了新的挑戰。基于上述背景，研究先進選煤技術具有非常重要的現實指導意義。

文章旨在闡述選煤過程中的關鍵工藝，總結近幾年我國選煤方法的發展現狀和優缺點，為國內相關領域研究人員提供參考。

1 我國選煤技術現狀

通常所說的選煤是指：為了提高煤炭質量、提高原煤精純度、滿足生產需要，利用物理、化學方法，去除原煤中矸石等雜質，并且按粒級、質量等級分類的過程[1]。目前，研究去除原煤中的灰分和硫分技術是選煤技術研究熱點。

我國各大選煤廠選煤工藝均已向國際先進水平看齊；選煤裝備的狀態監測水平、自動化程度、高效性和可靠性都有顯著提高；選煤過程中的信息化和自動化控制技術也在不斷的優化，這大大提高了裝備的穩定性和作業效率。綜合我國現有的選煤技術方法，根據選煤工藝的差異和原理的不同，選煤方法主要有：重介質旋流器選煤、浮游選煤、復合干法選煤、跳汰選煤、水介質旋流器選煤、搖床選煤和特殊選煤方法。

1.1 重介質旋流器選煤方法

20世紀60年代，我國選煤企業開始引入重介質選煤技術，相較于其他選煤方法，該方法具有精度高、適應性強、易于實現自動控制、分選下限低等優勢。目前，重介質旋流器選煤工藝已被廣泛應用于各大選煤廠。

該方法主要利用離心力對原煤進行分選，分選過程復雜。簡而言之就是，給重介質旋流器設置合格介質給料壓力、循環介質量等參數，以此實現煤的分選[2]。這種方法適用于分選難度較大的煤。影響重介質旋流器選煤工作效率的因素主要有：原煤密度大小、旋流器循環介質的量的大小、旋流器中所加入的懸浮液的穩定性、旋流器直徑大小等。局限性為：存在螺旋流問題；重介質旋流和整個工藝流程較為復雜，系統容易發生故障，操作人員維護檢修工作量大；成本較高。

1.2 浮游選煤方法

浮游選煤簡稱浮選，是根據煤與矸石表面潤濕性的差異，利用浮選機進行分選的一種方法。目前我國的浮選技術大有進展，浮選設備性能大幅提高。浮選理論研究的難點和重要方向是浮選過程的強化[3-6]，包括：①選前的預處理；②浮選過程中的藥劑(如乳化劑、改性藥劑等)強化作用；③加入表面活性劑。浮選方法缺點為：過程適應性較差，煤泥可浮性的非均勻性變化對分選效果影響較大，設備適應性及精細化程度不高。鑒于精煤灰分的測量對煤泥浮選自動化生產的重要性，郭西進等[7]提出了一種基于泡沫圖像的浮選精煤灰分預測方法。D.FENG等[8]在其研究中驗證了超聲波可以有效清洗粘附在煤顆粒表面的粘土，提高浮選精度。

1.3 復合干法選煤技術

我國煤炭主要分布在山西、內蒙古等干旱缺水地區，因濕法分選對水的需求量大，因此采用干法分選技術可有效解決選煤水耗的問題。干法分選是在空氣中以煤和矸石的密度差異為依據進行分選的選煤方法。該方法具有成本低、工藝簡單、占地小、能耗少、能有效分選褐煤等易泥化煤的優點。局限性為：對入料外在水分有要求，一般不高于9%；分選精度低；自動控制水平不高。

為實現干法選煤的自動控制，范慶輝等[9]設計了一套基于PLC和IFIX的選煤過程控制系統；鄧鋒[10]對振動逆流干法分選系統中的激振力、振動頻率等參數進行了優化，以澳大利亞某火電廠為實例，難選煤得到有效降灰，同時提高了精煤產率和分選效率。

1.4 跳汰選煤方法

跳汰選煤實質上是利用水流上、下擾動和重力作用，使得密度小的精煤浮到上層，隨水流走；密度大的矸石等雜質則沉到下層，由對應的系統進行排矸，進而完成選煤過程。該方法運行成本低，分選工藝簡單，設備操作方便，適應性強，分選效果良好，尤其是跳汰選煤分選粒度范圍寬，能實現150～0.5 mm粒級原煤的分選[11-12]。目前，我國使用的跳汰選煤技術在應用中得到不斷優化和創新，日趨完善。因此，跳汰選煤法在我國各大選煤廠得到了廣泛的應用和推廣，尤其是在動力煤的分選中。

原煤性質會嚴重影響跳汰選煤的分選效率和精度，在分選極難選煤時，該方法的分選效率比重介質旋流器低，尤其是在原煤中細粒含量較多的情況下，跳汰分選會損失大量精煤。實際應用表明，當分選密度過低時，跳汰機的分選效果將無法保證；此外，跳汰選煤的洗水系統負荷量比重介質選煤大。

1.5 水介質旋流器選煤技術

水介質旋流器以煤粉顆粒密度的差異為依據，實現原煤分選[13]。該選煤方法簡化了工藝流程、去除了介質回收工序，有效削減了主要分選設備的數量，生產成本低，處理能力強，非常適合處理粗煤泥。水介質旋流器分選系統簡單，只能分出兩種產品，故可以考慮把單段選改為兩段選。但此種選煤方法一般分選精度低，產率和效率不高[14]。

1.6 淺槽重介分選機選煤方法

淺槽重介分選機原理為：在給料端下部和分選機底部分別引入水平介質流和上升介質流，原煤在懸浮液中根據密度大小分層，大于懸浮液密度的雜質沉到淺槽下部，由刮板輸送機排出；在水平介質流的作用下，小于懸浮液密度的物料則通過前端的排料口排出，作為精煤產品，從而完成原煤分選[15]。相較其他重介分選機，淺槽重介分選機的優點是結構簡單，易于操作和維護；該機采用刮板輸送機從分選槽底部運輸重產物，減少了運輸設施對懸浮液的擾動，穩定了懸浮液的密度，保證了分選效率；原煤在分選槽內停留時間短，減少了泥化現象，有利于較易泥化的夾矸煤的分選；分選粒度范圍寬，并且可通過加長槽體提高處理能力，因此處理能力大。不足之處是，低密度物的運輸完全依靠水平介質流的沖擊力，對循環介質量要求較大，功耗相對較高。

1.7 搖床選煤方法

搖床選煤法也屬于重力選煤方法，其工作原理為：利用水流沖洗和機械往復差動運動或脈動運動的聯合作用，實現原煤分選。

搖床主要應用于13 mm以下的易選末煤和煤泥的分選，其優點是投資少，系統簡單，易操作，分選效果好，尤其對于高硫細粒煤來說脫硫效果好，故該方法主要應用于我國煤炭含硫較高的西南地區選煤廠。不足之處是單層搖床占地面積大，空間利用率極低[16]。

1.8 其他特殊選煤方法

以煤與矸石的導電率、摩擦系數、射線穿透能力等物理性質的不同為依據而實現分選的方法，如：靜電選煤法、摩擦選煤法以及X射線選煤法等[11]。由于這些方法在生產實踐中不常用，故不作過多介紹。

2 選煤關鍵工藝分析

開采之后的原煤必須經過受煤、篩分、粉碎、選煤、儲存及裝車等加工環節之后才能投入實際應用。選煤是其中最關鍵的一個工藝環節。選煤的主要工藝過程簡述如下：

(1)受煤。受煤是選煤的第一個環節，主要目的是為了緩解煤礦井下存儲空間的壓力，通常會在井口周圍設有一定容量的煤炭存儲庫，將井下的煤炭暫存到庫里，為煤炭生產過程的持續提供保障。

(2)配煤。為使最終精煤產品符合客戶要求，將各種原煤按照一定比例摻配的過程稱為配煤。

(3)篩分。將開采出來的原煤按照粒度大小進行分類的過程稱為篩分。可將原煤分成粒度不同的等級，以便于后面工藝中的分選。在我國選煤企業中，篩分技術較成熟。

(4)破碎。從礦井開采出來的原煤一般尺寸較大，這對分選設備的容量來說是一大挑戰，因此在選前需要利用破碎機將大塊煤破碎成小塊煤，這個過程稱為破碎。對于夾矸煤來說，破碎還可讓煤和矸石分離，利于后續分選。

(5)分選。分選是整個選煤工序中最關鍵的環節，主要是根據煤和其中雜質的物理或化學性質的差異，采用各種分選設備，去除原煤中的雜質，并將產品分為不同質量等級，以適應用戶的需求。現代化的選煤廠是由許多作業系統組成的綜合機械加工系統。

3 選煤技術發展趨勢展望

目前，市場對潔凈煤的需求量大，而選煤過程存在分選效率不高、系統自動化和智能化程度不足等問題，迫切需要結合前沿科學技術，研究新型設備及選煤方法。目前，我國選煤技術面臨的挑戰或需要深入研究的技術主要有以下幾個方面：

(1)在重介質旋流器選煤過程中，旋流器內部流場的研究，提高耐磨材料性能，優化工藝，提高分選效率是今后一大研究方向。

(2)為了滿足煤炭資源需求大、開采規模大的現狀，應不斷改進設備，使其向自動化、智能化、大型化、精細化方向發展，降低洗選過程的人為誤差。

(3)在選煤工藝中增加智能狀態監測及控制系統，以提高選煤設備可靠性和過程控制質量，滿足現代化生產需求。

(4)研究各交叉學科，并融合化學、物理模型和數學分析方法，發展高效、潔凈的選煤技術，研究能耗少、污染小的磁懸浮選煤技術。

(5)鑒于我國市場需求，考慮到選煤的經濟性和環保性，還應側重研究選煤工藝優化、改造與創新，提高選煤過程自動化控制水平、加強選煤裝備的研發、實現選煤過程的潔凈化。