煤炭洗選工藝技術(shù)的應(yīng)用及改造

＊楊勇 姜興民

（1.棗莊礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司柴里煤礦安全監(jiān)察處 山東 277000 2.棗莊礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司柴里煤礦生產(chǎn)技術(shù)科 山東 277000）

煤炭是全球主要的能源資源之一，然而原煤中包含的雜質(zhì)，如灰分、硫分等，不僅影響燃燒效率，還對環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響。為了提高煤炭的質(zhì)量，延長燃料壽命及減少對環(huán)境的不利影響，煤炭洗選成為必不可少的環(huán)節(jié)。因此，本文將深入研究煤炭洗選工藝技術(shù)的應(yīng)用及改造升級，旨在探討如何通過現(xiàn)代科技手段更有效地應(yīng)用和改進(jìn)煤炭洗選工藝，力求滿足不斷增長的能源需求和可持續(xù)發(fā)展的要求。

1.煤炭洗選概述

煤炭洗選作為煤炭資源開發(fā)與利用中的重要環(huán)節(jié)，旨在從原煤中高效去除雜質(zhì)，提高煤質(zhì)品位，從而滿足工業(yè)、能源生產(chǎn)的需求，并減緩對環(huán)境的負(fù)面影響。煤炭洗選的核心原理在于通過物理、化學(xué)等手段，對原煤中的灰分、硫分、礦物質(zhì)等雜質(zhì)進(jìn)行有效分離，從而提高煤的燃燒特性和經(jīng)濟(jì)價值[1]。洗選過程的開始要對原煤進(jìn)行破碎，接著通過篩分操作，根據(jù)煤的顆粒大小進(jìn)行分類，在進(jìn)入重力選煤和浮選等技術(shù)操作前，煤炭通常需經(jīng)過浸泡、脫水等預(yù)處理步驟，提高分離效果。而重力選煤則依賴于煤與介質(zhì)之間的密度差異，實(shí)現(xiàn)對煤與雜質(zhì)的有效分離；浮選技術(shù)則通過在煤炭漿料中引入氣泡，利用氣泡與煤炭顆粒的親附性差異，使雜質(zhì)浮至液面，從而達(dá)到分離的目的。

圖1 洗煤流程圖

煤炭洗選的主要作用在于提高煤炭質(zhì)量和利用效率。通過洗選工藝，可以有效地去除煤炭中的雜質(zhì)和灰分，從而提升煤炭的發(fā)熱量和燃燒效率。此外，洗選還能調(diào)整煤炭的粒度分布和硫分含量，滿足不同行業(yè)的需求。經(jīng)過洗選的煤炭更環(huán)保，可以減少燃燒時的污染物排放。因此，煤炭洗選在提升煤炭經(jīng)濟(jì)價值、保障能源安全和促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展等方面具有重要意義。

2.煤炭洗選工藝技術(shù)的應(yīng)用

(1)重力選煤

重力選煤依賴于物料顆粒的密度差異進(jìn)行有效分離。首先，經(jīng)過原煤的破碎和篩分處理，將其分為不同顆粒大小的煤塊，為后續(xù)重力選煤工藝奠定基礎(chǔ)。在這一過程中，通過各級篩分設(shè)備，可得到分選后的煤炭料和相應(yīng)的介質(zhì)。接下來，將煤炭料與介質(zhì)混合，形成懸浮液。常見的介質(zhì)包括水、重介質(zhì)液體等，水的密度通常在1.3～1.6 g/cm3范圍內(nèi)，而重介質(zhì)液體的密度則被精確控制在1.4～2.0 g/cm3之間，確保對煤炭顆粒的分離具有高效性[2]。具體而言，采用重介質(zhì)的濃度梯度，使得介質(zhì)中密度較大的部分與煤炭顆粒形成相對沉降，而密度較小的部分則上浮，從而實(shí)現(xiàn)煤炭與雜質(zhì)的有效分離。在這一過程中，重力選煤不僅僅是單一工藝步驟的簡單重復(fù)，更是一個復(fù)雜而精密的系統(tǒng)，其中包括浸泡、攪拌、分級、分選等多個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過合理的控制浸泡時間（時間范圍在15～30 min 之間）和攪拌強(qiáng)度（每分鐘30～60 次），可以更精確地控制分離的效果。同時，通過多級的分級過程，將煤炭顆粒按照密度的不同進(jìn)行細(xì)致分類，使得最終的產(chǎn)品更為純凈。

實(shí)際應(yīng)用中，重力選煤技術(shù)在各個煤炭處理廠得到了廣泛應(yīng)用。以某煤礦為例，通過引入先進(jìn)的重力選煤設(shè)備，成功實(shí)現(xiàn)了對低品位煤炭的高效分離，灰分率從原始的25%降低至10%，同時提高了煤炭的能值，使得洗選后的產(chǎn)品更符合工業(yè)生產(chǎn)的需求。

(2)浮選

浮選作為煤炭洗選中的關(guān)鍵技術(shù)，依賴于氣泡與煤炭顆粒之間的親附性差異，實(shí)現(xiàn)煤炭與雜質(zhì)的高效分離。首先，原煤經(jīng)過破碎和篩分，得到5～30 mm 顆粒范圍的煤炭料。其次，通過浸泡處理，使煤炭顆粒充分吸附浮選劑，為后續(xù)浮選步驟創(chuàng)造有利的條件。這一過程中需要合理選擇浮選劑，一般采用含有活性劑的藥劑，如乙醇、甲醇等，提高氣泡的親附性[3]。最后，將煤炭料與浮選劑混合（一般的浮選劑用量可以控制在每噸原煤0.2%～2%之間），形成浮選漿料，在浮選槽中引入壓縮空氣或其他氣體，產(chǎn)生微細(xì)氣泡。由于煤炭顆粒與氣泡之間的親附性差異，煤炭顆粒在氣泡的作用下上浮至液面，而雜質(zhì)則沉降至槽底。

在實(shí)際應(yīng)用中，浮選技術(shù)的成功運(yùn)用不僅依賴于浮選劑的選擇，還與浮選槽的設(shè)計和操作參數(shù)的精確控制密切相關(guān)。浮選槽通常采用機(jī)械攪拌或氣體噴射方式，確保浮選漿料中氣泡的均勻分布。槽體的結(jié)構(gòu)設(shè)計也很關(guān)鍵，既要考慮懸浮液的流動特性，又要防止泡沫的溢出和氣泡的大面積破裂。此外，浮選過程中的攪拌速度（0.5～2.5 m/s）、氣泡尺寸（100～1000μm）、浸泡時間（1～5 min）等操作參數(shù)需要精準(zhǔn)控制，力求達(dá)到最佳的分離效果。

3.煤炭洗選工藝技術(shù)的改造升級

(1)技術(shù)改造

在煤炭洗選工藝的升級改造中，如果原煤含有大量煤泥，容易出現(xiàn)脫泥不完全的問題。當(dāng)這些煤泥進(jìn)入后續(xù)設(shè)備時，會導(dǎo)致脫介效率降低、商品煤中的介質(zhì)含量增加，甚至加大系統(tǒng)負(fù)荷，影響整個洗選過程[4]。為了解決這一問題，我們可以采取在后段增設(shè)兩道噴水裝置的方式，確保原煤的徹底脫泥，從而降低后續(xù)工藝中的煤泥含量。此外，為了確保商品煤的質(zhì)量，我們還需要在懸浮液合格后對其進(jìn)行精細(xì)分選，通過這一步獲得矸石和精煤。精煤再經(jīng)過進(jìn)一步處理，即可成為高質(zhì)量的商品煤。在這個過程中，煤泥水的處理也是關(guān)鍵。我們可以使用旋流器對其進(jìn)行分級處理，底流部分通過離心機(jī)脫水后成為商品煤，而溢出的細(xì)煤泥則通過過濾機(jī)處理后同樣轉(zhuǎn)化為商品煤。這種工藝改造的核心在于優(yōu)化處理流程，降低煤泥對整體系統(tǒng)的不良影響。

以某洗煤廠的實(shí)際改造為例，該廠采用水洗方式洗煤，水耗為0.08 m3/t 原煤。然而，由于其補(bǔ)水來源僅為民用水，年消耗量高達(dá)15 萬立方米，存在因水資源短缺而停產(chǎn)的風(fēng)險。為了解決這一問題，技術(shù)團(tuán)隊進(jìn)行了工程改造。他們改造了廠外的舊泵房，安裝了水泵用于抽取廢水，并在泵房與廠內(nèi)循環(huán)池之間鋪設(shè)了管道，以確保補(bǔ)水的穩(wěn)定性，從而降低了對民用水的依賴。同時，他們還對外排水和井下水進(jìn)行了處理，通過添加石灰水和PAM（聚丙烯酰胺）進(jìn)行凈化，并使用耙式濃縮機(jī)進(jìn)行水質(zhì)凈化和煤泥水的脫水處理。這些改進(jìn)措施不僅解決了該洗煤廠面臨的問題，也為其他類似企業(yè)提供了有益的參考。

(2)設(shè)備改造

在混煤生產(chǎn)過程中，由于煤質(zhì)的不穩(wěn)定性和高水分含量，傳統(tǒng)的拖泥篩板和弧形板等設(shè)備在應(yīng)對混煤生產(chǎn)中的多變煤質(zhì)和大量雜質(zhì)時，表現(xiàn)往往不盡如人意，會導(dǎo)致一些異常情況，例如旋流器堵塞，進(jìn)而對煤炭分選設(shè)備的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重影響[5]。為了改善設(shè)備對混煤生產(chǎn)的適應(yīng)性，應(yīng)當(dāng)根據(jù)分選設(shè)備的實(shí)際狀況和工藝流程，提出設(shè)備改造的方案。

一方面，針對混煤中水分含量高和黏性大的問題，對分級拖泥篩板和加壓過濾機(jī)入料桶進(jìn)行改造，增強(qiáng)設(shè)備對混煤生產(chǎn)的適應(yīng)性。具體來說，在分級脫泥篩的入料溜槽部位增設(shè)一塊擋料板，并將入料閘板替換為階梯型結(jié)構(gòu)，從而提高入料在篩面上的分布均勻性。同時，將篩板的分級段調(diào)整為16 mm，并引入彈性桿和自清潔篩板，通過采用循環(huán)水進(jìn)行沖水分選，達(dá)到降低水量消耗和利用帶有擋水堰的篩板提升脫泥效率的目的。改造后的分級脫泥篩結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 分級脫泥篩結(jié)構(gòu)示意圖

另一方面，考慮到選煤廠主要生產(chǎn)的是中灰煤，且原煤的粒度較大，容易導(dǎo)致旋流器堵塞的問題，在加壓過濾機(jī)入料桶的位置應(yīng)增加一套摻粗裝置，可以對入料桶內(nèi)的大直徑煤體進(jìn)行破碎處理，降低其粒徑，確保煤炭在分選過程中的順利和高效運(yùn)行。同時，這套摻粗裝置還能夠?qū)Υ箢w粒的雜質(zhì)進(jìn)行破碎處理，從而降低其對分選過程的影響。

(3)自動化控制系統(tǒng)改造

為了滿足選煤廠的智能化需求，必須對現(xiàn)有的控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)對洗選過程的實(shí)時監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析和智能調(diào)控。新的自動化控制系統(tǒng)將包含管理、控制和操作三個核心層級，它們將通過高精度傳感器和前沿通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)緊密合作。詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 煤炭洗選自動控制系統(tǒng)示意圖

在設(shè)備層級，現(xiàn)場操作箱和配電系統(tǒng)是自動化控制的基礎(chǔ)。在洗選設(shè)備上布置各類監(jiān)測儀器，實(shí)時監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸至控制層，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和調(diào)控提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。控制層主要由智能控制系統(tǒng)和限速部分構(gòu)成。智能控制系統(tǒng)接收設(shè)備層傳來的實(shí)時數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及下一步的運(yùn)行需求，并自動發(fā)出調(diào)控指令，實(shí)現(xiàn)洗選過程的實(shí)時調(diào)控。限速部分則保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，確保洗選設(shè)備在合適的速度范圍內(nèi)運(yùn)行。在管理層級，操作站和UPS 系統(tǒng)起到了關(guān)鍵作用。操作站確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，同時作為與控制層的接口，實(shí)現(xiàn)對洗選過程的遠(yuǎn)程調(diào)控。數(shù)據(jù)傳遞方面，管理層和控制層之間采用TCP/IP 協(xié)議進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸，而控制層和操作層之間的數(shù)據(jù)傳輸則通過CAN 總線進(jìn)行，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定和快速[6]。

4.結(jié)束語

綜上所述，通過對煤炭洗選工藝技術(shù)的深入研究和改造升級，成功解決了洗選過程中的關(guān)鍵問題，提高了煤炭的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)價值。技術(shù)改造方案有效降低了煤泥處理不徹底和設(shè)備適應(yīng)性差的困擾，而設(shè)備改造方案和自動化控制系統(tǒng)的引入進(jìn)一步提高了洗選過程的效率和智能化水平，為滿足不斷增長的能源需求和環(huán)保要求提供了切實(shí)可行的解決方案。