中國煉焦煤洗選加工現(xiàn)狀與展望

侍耕波

(中煤科工集團(tuán) 北京華宇工程有限公司，河南 平頂山 467002)

1 中國煉焦煤現(xiàn)狀

煉焦煤是一種用于煉焦的煙煤，根據(jù)《中國煤炭分類》(GB/T5751-2009)，煙煤中的貧瘦煤(PS)、瘦煤(SM)、焦煤(JM)、肥煤(FM)、1/3焦煤(1/3JM)、氣肥煤(QF)、氣煤(QM)、1/2中黏煤(1/2ZN)劃分為煉焦煤或煉焦配煤。我國煉焦煤分布區(qū)域較廣，但總體儲量較少，目前查明資源儲量為2 758億t，僅占全國煤炭資源總量的27%。我國的煉焦煤分布也不均衡，其中山西省儲量最大，其次為安徽、山東、貴州、黑龍江、河北、河南等地。

我國煉焦煤的可選性較差，難選和極難選煤約占62%。煉焦原煤總體屬中、高灰，中、高硫煤，而我國對煉焦精煤灰分要求一般在6%～10%。因此煉焦煤必須通過深度分選，尤其是稀缺的煉焦用煤應(yīng)全部入選，以提高資源利用率(《稀缺、特殊煤炭資源的劃分與利用》中規(guī)定)。同時(shí)，《煤炭十三五規(guī)劃》第五章提出，要大力發(fā)展高精度煤炭洗選加工，實(shí)現(xiàn)煤炭深度提質(zhì)和分質(zhì)分級[1-3]。

2 煉焦煤洗選加工現(xiàn)狀

隨著我國工業(yè)化進(jìn)程加快，尤其在2000年以后，煤炭作為我國的主要能源，生產(chǎn)和需求量均增速較快，而煤炭洗選加工作為潔凈煤技術(shù)的前沿和基礎(chǔ)，也進(jìn)入了高速發(fā)展時(shí)期。“十二五”期間，新增煉焦煤選煤廠入選能力達(dá)1.45億t，出現(xiàn)了大批具有世界先進(jìn)技術(shù)和裝備的大型和特大型選煤廠，如臨渙、渦北、田莊、華泰等千萬噸級以上的特大型煉焦煤選煤廠。其中規(guī)模最大的是臨渙選煤廠，洗選能力達(dá)到12.50 Mt/a，是亞洲最大的中心型煉焦煤選煤廠。目前，我國煉焦煤單系統(tǒng)處理能力可達(dá)6.0 Mt/a，已擁有世界上最先進(jìn)的選煤工藝和設(shè)備[2-4]。

2.1 工藝技術(shù)

目前，煉焦煤選煤廠入選原煤一般破碎至50 mm以下全入選，采用重介質(zhì)+浮選的聯(lián)合分選工藝。根據(jù)選煤廠建設(shè)規(guī)模及原煤中矸石的含量，可設(shè)置塊煤預(yù)排矸環(huán)節(jié)，根據(jù)煤泥含量及可選性，可設(shè)置脫泥及粗煤泥分選環(huán)節(jié)，從而提高脫介篩脫介效果，減少入浮煤泥量，降低生產(chǎn)成本。其他生產(chǎn)環(huán)節(jié)依據(jù)各選煤廠煤質(zhì)不同可以靈活調(diào)整，通常高灰細(xì)粒難浮煤泥采用兩段浮選(增加精選)工藝，尾煤泥采用一段或者兩段濃縮工藝。根據(jù)產(chǎn)品水分及中煤發(fā)熱量的要求，采用沉降過濾式離心機(jī)或者壓濾機(jī)回收細(xì)煤泥，采用高頻篩或者煤泥離心機(jī)回收粗中煤泥?，F(xiàn)階段選煤工藝均可靠、靈活，且對不同煤質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)。

2.2 裝備、設(shè)施及材料

經(jīng)過長期的發(fā)展，選煤設(shè)備種類繁多，可選擇性廣。常用的篩分設(shè)備包括：圓振動篩、直線振動篩、香蕉篩、博后篩、弛張篩、高頻篩等，最大篩寬從3 m提高到4.9 m；分選設(shè)備主要包括：重介質(zhì)淺槽分選機(jī)，重介質(zhì)旋流器分選機(jī)，煤泥分選機(jī)，浮選機(jī)等設(shè)備；脫水設(shè)備主要包括離心機(jī)、壓濾機(jī)、加壓過濾機(jī)等設(shè)備。選煤設(shè)備不僅大型化，還具有可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)。

目前，國產(chǎn)的選煤設(shè)備也更加先進(jìn)、成熟可靠，如重介質(zhì)旋流器、加壓過濾機(jī)、壓濾機(jī)、篩分機(jī)、水泵、各種起吊設(shè)備等。但部分環(huán)節(jié)的關(guān)鍵設(shè)備依然需要采用進(jìn)口或進(jìn)口組裝設(shè)備，如重介淺槽分選機(jī)、大型篩分機(jī)、大塊煤破碎機(jī)等。選煤設(shè)備的快速發(fā)展也推動著選煤工藝的不斷升級、創(chuàng)新。

重介質(zhì)選煤方法因其分選精度高，在煉焦煤選煤廠應(yīng)用甚廣，但也因其使用磁鐵礦粉作為重介質(zhì)，導(dǎo)致與之配套的水泵、介質(zhì)管道、脫介設(shè)備等磨損嚴(yán)重，甚至影響選煤廠生產(chǎn)。而近些年隨著新型耐磨材料的出現(xiàn)，重介質(zhì)分選設(shè)備及配套管道均采用新型陶瓷耐磨材料，渣漿泵采用高鉻合金鑄鐵等過流件，從而使重介質(zhì)分選設(shè)備及其配套設(shè)備的使用壽命大大延長，選煤廠可靠性也得到了極大的提高。

2.3 存在問題

雖然我國選煤廠自動化水平得到了快速發(fā)展，如主選車間實(shí)現(xiàn)無人值守，原煤倉、產(chǎn)品倉自動配倉，產(chǎn)品外運(yùn)裝車、計(jì)量實(shí)現(xiàn)自動化、快速化。但選煤廠整體自動化水平仍然還有很大提升空間，還需要大力發(fā)展。

選煤廠大部分設(shè)備采用國產(chǎn)設(shè)備，但關(guān)鍵設(shè)備及部件仍需采用進(jìn)口或進(jìn)口組裝設(shè)備，說明我國選煤設(shè)備的研發(fā)及加工水平與國外存在一定的差距，還有待提高。

3 幾種新設(shè)備

3.1 智能干法分選機(jī)

智能干選機(jī)設(shè)備由以下部分組成：布料系統(tǒng)、輸料系統(tǒng)、成像分析源、智能控制系統(tǒng)、物料分離裝置。它是根據(jù)不同物料成像不同的原理進(jìn)行分選。常規(guī)情況下不同密度的物料在智能識別源下呈現(xiàn)出不同的顏色，成像分析源將這些信息反饋給控制系統(tǒng)，通過對反饋的數(shù)據(jù)分析計(jì)算，控制系統(tǒng)根據(jù)帶速、物料形狀、密度等參數(shù)控制噴氣嘴的開啟時(shí)間及數(shù)量，依靠物料分離執(zhí)行裝置進(jìn)行分選，將煤和矸石分離。智能軟件是技術(shù)核心，是建立在大數(shù)據(jù)及智能算法的基礎(chǔ)上開發(fā)的，噴嘴執(zhí)行機(jī)構(gòu)是主要的硬件設(shè)備，要有高度的敏感性、快捷性。

目前該設(shè)備主要用于選煤廠塊煤(200～25 mm)干法分選環(huán)節(jié)，用于代替人工撿矸。《煤炭洗選工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50359—2016)中明確規(guī)定選煤廠不宜采用人工揀矸，采用該智能干選分選機(jī)可提高生產(chǎn)效率，減輕工人勞動強(qiáng)度[5]。

目前智能干選機(jī)主要在大同煤礦集團(tuán)、山西晉煤集團(tuán)、寧煤集團(tuán)、山東兗礦集團(tuán)等有20多套的使用業(yè)績。其中在山西晉煤集團(tuán)趙莊煤業(yè)有限責(zé)任公司選煤廠使用效果最好，可代替人工撿矸(大于50 mm塊原煤)，應(yīng)用最為成功。

3.2 超級重介質(zhì)旋流器

2014年國華科技研發(fā)的超大處理能力重介質(zhì)旋流器成功應(yīng)用，至今已形成45種規(guī)格系列產(chǎn)品，包括處理能力1 300 t/h、最大排矸量910 t/h、單機(jī)能滿足6.0 Mt/a單系統(tǒng)的超級重介質(zhì)旋流器。包含S—3GHMC(3HMC)系列超級無壓(有壓)給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器和專用于動力煤分選的S—2GHMC(2HMC)P系列超級無壓(有壓)給料兩段兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器。該旋流器入料、排料通暢，打破了重介質(zhì)旋流器處理能力與一段直徑2.2次方比值為200的傳統(tǒng)，創(chuàng)新了比值，達(dá)到300～350的超級能力。它在保證高分選精度的條件下，具有處理量大、排矸能力強(qiáng)、電耗低等特點(diǎn)，其處理能力是3GHMC(3HMC)系列無壓(有壓)給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的1.5～2倍，排矸能力提高20%，電耗降低20%～40%。

S—3GHMC440/260型超級重介質(zhì)旋流器在南關(guān)選煤廠應(yīng)用時(shí)，其處理能力可達(dá)310 t/h，一、二段可能偏差分別低至0.027 kg/L和0.033 kg/L，分選精度高，噸煤電耗比原3GHMC1200/850A型無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器降低約10%，應(yīng)用效果較好[6]。超級旋流器體積小、處理量大，介耗、電耗低，高效節(jié)能，具有廣泛的應(yīng)用前景。

4 煉焦煤洗選加工發(fā)展趨勢及展望

4.1 對煉焦煤資源保護(hù)性開發(fā)和利用

煤炭是不可再生的一次能源，煉焦煤更因其稀缺性，需保護(hù)性開采，且必須通過洗選加工，脫硫、降灰后清潔利用，目標(biāo)是達(dá)到100%全入選。同時(shí)，為保證優(yōu)質(zhì)的煉焦煤資源不被浪費(fèi)，煉焦煤精煤灰分在很長時(shí)間內(nèi)將保持穩(wěn)定，目前9.5%精煤灰分條件已完全滿足冶金行業(yè)使用。此外，為保護(hù)我國的煉焦煤資源，國家也鼓勵(lì)進(jìn)口優(yōu)質(zhì)煤炭，加強(qiáng)煉焦煤的進(jìn)口。

4.2 煉焦煤深度、高效分選

煉焦用煤因其資源寶貴，應(yīng)盡可能提高入選比例，降低分選下限，分選下限應(yīng)為0。同時(shí)，為追求企業(yè)的最大經(jīng)濟(jì)效益，制定選煤工藝流程時(shí)考慮的因素不僅限于原煤的可選性，還要綜合考慮原煤的粒度組成、密度組成、可浮性、硫分及其賦存特性、矸石巖性等；在設(shè)備選用時(shí)，要綜合考慮設(shè)備的分選精度、適應(yīng)的粒級及可靠性等，做到選用可靠的設(shè)備處理合適粒級的原煤，如近年來成熟應(yīng)用的粗煤泥分選、煤泥分級浮選工藝等，使原煤分選粒級劃分越來越細(xì)，必將使煉焦煤得到深度、高效地分選。

4.3 選煤裝備大型化、國產(chǎn)化、節(jié)能可靠

《煤炭十三五規(guī)劃》中提出，要“推進(jìn)千萬噸級先進(jìn)洗選技術(shù)、裝備研發(fā)應(yīng)用，降低洗選過程中的能耗、介耗和污染物排放”。為適應(yīng)大型、特大型選煤廠建設(shè)要求，各類設(shè)備均在向大型化邁進(jìn)。

同時(shí)，我國也加強(qiáng)了國際間煤炭加工利用技術(shù)的合作交流，通過“請進(jìn)來”、“走出去”，提升了我國的洗選技術(shù)水平，我國已經(jīng)不再是洗選加工設(shè)備凈進(jìn)口國。重介旋流器、加壓過濾機(jī)等設(shè)備已經(jīng)做到了從整機(jī)引進(jìn)，到國內(nèi)組裝，再到完全國產(chǎn)化。隨著科技的進(jìn)步、材料及加工制造技術(shù)的發(fā)展，其他設(shè)備國產(chǎn)化將指日可待。

高效、節(jié)能、可靠是選煤設(shè)備的衡量標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際上提高分選設(shè)備的分選效率、分級設(shè)備的分級效率、磁選機(jī)的磁選效率等都是對效率的追求。電機(jī)從Y1、Y2到目前的Y3系列都是對節(jié)能的追求。設(shè)備從整機(jī)進(jìn)口、關(guān)鍵部件進(jìn)口到國產(chǎn)化都是對可靠性的追求。對于選煤工作者來說，如何從選煤工藝、布置、設(shè)備、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等方面降低能耗，倡導(dǎo)綠色清潔生產(chǎn)是以后的重點(diǎn)工作。

4.4 推進(jìn)自動化、信息化兩化融合

提高選煤廠“四化”(機(jī)械化、自動化、信息化和智能化)水平，以機(jī)械化減員增效，以自動化改善工作環(huán)境，以信息化提高管理效率，以智能化提高市場競爭力。推進(jìn)“兩化”融合，將信息化技術(shù)融入選煤廠設(shè)計(jì)、管理過程，推進(jìn)選煤裝備的數(shù)字化控制、自動化生產(chǎn)和遠(yuǎn)程操作能力，提高智能化水平，真正實(shí)現(xiàn)無人值守。

5 結(jié) 語

我國煉焦煤資源儲量小、煤質(zhì)差，必須保護(hù)性開發(fā)，并通過洗選加工來達(dá)到清潔利用的目的。目前我國的煤炭洗選加工水平已達(dá)到世界先進(jìn)水平，這是廣大選煤工作者努力的結(jié)果。但我們?nèi)詰?yīng)看到部分設(shè)備可靠性差，只能依靠進(jìn)口，部分選煤廠運(yùn)行管理水平低等問題。只有通過大家的不斷努力、不斷創(chuàng)新，才能使我國的煤炭洗選加工水平更上一個(gè)臺階，使煉焦煤資源物盡其用。