保護(hù)地球，不僅在今日

而在于努力改善地球圖片環(huán)境的每一天

神州深知節(jié)能低碳不應(yīng)停留在表面

加速研發(fā)及應(yīng)用

先進(jìn)煤炭洗選節(jié)能減排工藝和技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)

提供煤炭洗選行業(yè)人的智慧和貢獻(xiàn)

已成為神州的責(zé)任和使命

雙碳形勢(shì)下選煤企業(yè)的“理想型”

我國(guó)基本國(guó)情和發(fā)展階段，決定了煤炭能源轉(zhuǎn)型的重要任務(wù)之一是煤炭清潔高效利用。煤炭清潔高效利用技術(shù)涉及煤炭高效綠色洗選，煤清潔高效利用等諸多環(huán)節(jié)。因此煤炭洗選行業(yè)在碳達(dá)峰與碳中和政策下應(yīng)積極做出自己的貢獻(xiàn)。目前在煤炭分選加工領(lǐng)域濕法分選技術(shù)仍占據(jù)主導(dǎo)地位。濕法分選特別是重介選工藝仍然是我國(guó)煤炭洗選加工的主流工藝方法，具有處理能力大，有效分選粒度范圍寬，分選精度高, 降灰顯著等優(yōu)勢(shì)。但濕法分選也存在較大的局限性:1) 能耗高。工藝流程復(fù)雜，設(shè)備多，投資大，運(yùn)營(yíng)成本高，電耗達(dá)到5-10kwh/t, 水耗，介耗和煤泥水處理藥劑消耗大。2）水洗效果差。動(dòng)力煤精煤水分增加，抵消了部分降灰效果，熱值提升不顯著。3）環(huán)保壓力。處理易泥化煤產(chǎn)生大量高水分煤泥。低階煤自身遇水易泥化，采用濕法分選后，煤泥水處理系統(tǒng)負(fù)荷增加，煤泥產(chǎn)品水分高，冬季儲(chǔ)運(yùn)困難。4）水資源壓力。我國(guó)煤炭分布不均衡，70%以上分布在干旱缺水的西部地區(qū)，采用耗水量較大的濕法分選，加劇地方水資源短缺的困難。

近年來(lái)煤炭干選技術(shù)發(fā)展迅猛，通過(guò)創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步，在單元設(shè)備處理能力，分選精度， 環(huán)保效果和智能化方面取得重要進(jìn)展。涌現(xiàn)出大型復(fù)合式干法分選機(jī)、光電(智能)干選機(jī)、新一代干法重介質(zhì)流化床分選機(jī)等一系列干選設(shè)備。干選技術(shù)不用水、不用介質(zhì)、無(wú)水處理藥劑消耗，系統(tǒng)簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)了濕法選煤的不足，響應(yīng)了當(dāng)下煤炭行業(yè)節(jié)能、減排、降耗等政策號(hào)召，其中復(fù)合式干選和光電類塊煤智能分選已經(jīng)在國(guó)內(nèi)選煤廠和煤礦井下獲得大規(guī)模應(yīng)用。

干法動(dòng)力煤選煤廠不用水，使用簡(jiǎn)化的分選工藝和數(shù)量較少的設(shè)備即可達(dá)到濕法分選的效果， 噸煤電耗一般在2.5-3.5kWh范圍內(nèi)，干選節(jié)能優(yōu)勢(shì)明顯。因此在滿足分選指標(biāo)和精煤質(zhì)量要求的前提下，應(yīng)該優(yōu)先選擇合理的干法選煤工藝，降低能耗滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求值得設(shè)計(jì)者思考。

應(yīng)用干選技術(shù)可有效降低選煤電耗

現(xiàn)代選煤廠規(guī)模龐大，水洗工藝耗電量高， 雖然采取高效節(jié)能機(jī)電設(shè)備， 但節(jié)能效果有限。一方面可采用干選工藝部分或全部替代水洗工藝 ，另一方面干選廠本身也通過(guò)干選給優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)一步挖潛節(jié)能潛力。干選廠能耗包括干選機(jī)，原煤和各產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備，機(jī)修，照明，化驗(yàn)室等電耗，以及與上述有關(guān)的線路和變壓器的電損失。雖然總體干選工藝單位能耗低于水洗，部分建或改擴(kuò)建的動(dòng)力煤干選廠企業(yè)電力單耗準(zhǔn)入值符合單耗限額2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，但傳統(tǒng)干選廠單位電耗一般為3kWh 左右，不能滿足先進(jìn)值的指標(biāo)要求。通過(guò)合理選擇干選設(shè)備及優(yōu)化分選工藝流程設(shè)計(jì)等手段可以達(dá)到進(jìn)一步降低干選單為能耗的目的。

>50mm大塊煤光電分選替代水洗

大部分動(dòng)力煤選煤廠均設(shè)置有塊煤選矸系統(tǒng)，大塊煤的篩分揀矸系統(tǒng)主要靠人工分選。檢出塊精煤后破碎進(jìn)入重介或跳汰水洗系統(tǒng)再分選。人工撿矸存在的問(wèn)題：1）環(huán)境惡劣。工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，噪音和粉塵大，生產(chǎn)效率低；2）分選效率。在夾矸煤較多，矸石表面形狀及顏色與塊精煤差異不大時(shí)，較難識(shí)別，手選塊煤中含矸率高，灰分高.必須破碎再洗選。另外，手選矸石中含煤率也常超標(biāo)。

近年來(lái)光電類塊煤智能干選機(jī)開(kāi)始獲得大規(guī)模應(yīng)用，目前人工撿矸工藝正在被機(jī)械排矸所淘汰其中以X射線類智能干選為流行。X射線智能干選機(jī)優(yōu)勢(shì)包括：（1）分選粒度范圍寬，處理量大。比較適合處理50-300mm的原煤，原煤水分大小對(duì)塊煤分選沒(méi)有影響，單通道干選機(jī)處理量可達(dá)240t/h。（2）分選精度高。對(duì)易選及中等可選動(dòng)力煤的分選精度介于跳汰和重介淺槽之間。（3）自動(dòng)化程度高。設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中有人巡視無(wú)人值守。（4）分選費(fèi)用低，噸煤電耗低于2kWh/t。（5）模塊化設(shè)計(jì)，建設(shè)周期短。典型塊煤光電分選工藝取代塊煤水洗工藝流程見(jiàn)圖1。部分X射線分選機(jī)耗電統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。因此在塊煤分選工藝選擇中， 應(yīng)優(yōu)先選用 X射線分選機(jī)替代人工撿矸，取消手選作業(yè)。在老廠改造過(guò)程中，如光電分選機(jī)可全部或部分替代+50mm塊煤動(dòng)篩跳汰或重介淺槽分選，節(jié)省投資和電費(fèi)。

圖1  >50mm大塊煤光電分選替代水洗工藝流程舉例

表1  部分X射線塊煤分選機(jī)耗電統(tǒng)計(jì)

復(fù)合式干選取代水洗

50-13mm中塊煤分選對(duì)比

常用的50-13mm中塊煤分選工藝：有重介質(zhì)分選機(jī)選矸和跳汰排矸以及復(fù)合式干選。重介質(zhì)分選機(jī)分選效果精度高，但系統(tǒng)復(fù)雜。動(dòng)篩跳汰機(jī)選矸具有工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)單、輔助設(shè)備少、占地面積小、加工成本低等優(yōu)點(diǎn)。但重介分選和跳汰分選均需配備煤泥水系統(tǒng)，不適合易泥化或褐煤等低階煤的塊煤分選；水洗低密度的不粘煤時(shí)，由于其密度低，硬度較低，強(qiáng)度較小，在水洗和脫水過(guò)這種水洗過(guò)程中塊煤易破碎，一般塊煤破碎率可達(dá)5%左右。復(fù)合干法選煤與水洗分選方法相比優(yōu)點(diǎn)有：a）該法可在2.0g/cm3密度以上分選，矸石產(chǎn)品灰分高熱值低；b）對(duì)80～6mm物料分選精度較高，可以達(dá)到水洗跳汰分選精度，適合80-6mm中塊煤分選排矸；c）床面振動(dòng)幅度小，對(duì)塊煤破碎率低（<1%），干選降低了塊煤破碎率。

為比較重介分選和復(fù)合式分選的分選效果， 以同煤集團(tuán)色連一礦+13mm塊煤分選對(duì)比為例，該礦原煤高密度物含量高，灰分高，易泥化，高密度排矸時(shí)中間密度物含量少，可選性為易選。色連一礦選煤廠現(xiàn)采用重介淺槽分選+25mm塊精煤， 2018年部分月份生產(chǎn)化驗(yàn)結(jié)果如下表：

表2 重介淺槽濕法分選+25mm煤質(zhì)分析

濕法分選后塊精煤全水接近28%，水分較原煤增加約4.5%，由于灰水相抵，影響了塊精煤質(zhì)量。而同期干選試驗(yàn)（表3）結(jié)果表明，干選后+25mm塊精煤全水在24-25%范圍內(nèi)，在灰分接近的情況小，干選塊精煤水分比重介塊精煤水分低2-3%，干選精煤熱值比水洗精煤高約200-300kcal/kg?？紤]到投資運(yùn)營(yíng)成本和電耗高的問(wèn)題，重介水洗方案和干選相比沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。因此在分選可選性為易選且易泥化的50-13mm塊煤時(shí)應(yīng)該優(yōu)先選用干法分選設(shè)備以降低能耗。

表3 干法分選塊煤效果分析

<30mm末煤復(fù)合式干選

動(dòng)力煤中+13mm原煤一般矸石含量高，灰分高、發(fā)熱量低，不洗選無(wú)法滿足市場(chǎng)要求。為避免末煤洗選后精煤水分增加和煤泥問(wèn)題，傳統(tǒng)動(dòng)力煤重介洗煤廠大多采用部分入洗工藝，只使用塊煤分選設(shè)備處理+13mm原煤，-13mm末煤旁路不洗。許多設(shè)計(jì)了原煤全粒級(jí)水洗工藝的重介洗煤廠也因?yàn)槟┟核淳簾嶂堤岣哂邢薜仍虿捎媚┟翰糠秩胂垂に嚮蛉磕┟号月凡幌垂に?，造成末煤分選系統(tǒng)閑置和很大的投資損失。

使用末煤干選技術(shù)可以避免水洗弊端，在高密度排矸時(shí),原煤可選性為易選或中等可選的動(dòng)力煤選煤廠可采用末煤干選工藝，其精煤產(chǎn)率和熱值可能高于濕法分選的精煤產(chǎn)率和熱值。以霍洛灣煤礦-40mm末煤分選工藝設(shè)計(jì)方案對(duì)比為例。260萬(wàn)噸/年-40mm末煤干選廠裝機(jī)功率1819kW, 投資2501.63萬(wàn)元，單位電耗為3.14kWh。作為對(duì)比，40-0mm脫粉后采用重介旋流器，裝機(jī)功率3000kW, 投資9668萬(wàn)。單位電耗為5.18kWh。因此在同等干選效果的前提下，應(yīng)采用干選代替重介旋流器分選，節(jié)省投資和電費(fèi)。

末煤干選技術(shù)電耗低，特別適合末煤含量大，或末煤易泥化煤的分選，是動(dòng)力煤分選節(jié)能降耗的一項(xiàng)重要補(bǔ)充。對(duì)部分入選的選煤廠添加末煤干選，實(shí)現(xiàn)干濕結(jié)合實(shí)現(xiàn)原煤全部入選（圖2）。

圖2  干濕結(jié)合分選工藝流程舉例

<80mm末煤復(fù)合式干選

鑒于+30mm塊煤分選和-30mm末煤分選工藝使用經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)成熟， 可根據(jù)原煤性質(zhì)和產(chǎn)品質(zhì)量要求，靈活選用不同粒度上限原煤干選工藝方案，對(duì)老廠改造時(shí)可采用>30mm塊煤濕法分選 + <30mm末煤干選的流程。新廠設(shè)計(jì)則可采用-80mm全粒級(jí)干選的流程，實(shí)施煤泥減量化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力煤全粒級(jí)分選，可達(dá)到穩(wěn)定煤質(zhì)，提高產(chǎn)品的靈活性，提高廠礦經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的目的。

典型-80mm全粒級(jí)干選的流程見(jiàn)圖3。

圖3  典型-80mm混煤干選工藝流程

選前脫粉工藝流程

-80mm混煤分選時(shí)，有效分選粒度下限為3mm，入料粒度為-30mm時(shí)，有效分選粒度下限為1mm。-80mm混煤分選時(shí)對(duì)干選機(jī)分選效果檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，-6mm分選效果差， -3mm基本沒(méi)有分選效果。-3mm煤粉粒度細(xì)， 會(huì)顯著增加除塵系統(tǒng)負(fù)荷， 占用干選機(jī)分選床面， 降低干選機(jī)單位面積處理能力， 浪費(fèi)電能。因此對(duì)粉煤含量較大的原煤應(yīng)采用選前脫粉的工藝。采用原煤脫粉工藝帶來(lái)的好處：1）提高分選效果。2020年榆樹(shù)井選煤廠生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)表明， 在原煤熱值相近的情況下干選效果好于鄰近的一號(hào)井選煤廠， 其中一個(gè)主要原因是榆樹(shù)井原煤粒度較粗, 入料粒度為80-0mm，而一號(hào)井原煤粒度較細(xì)，入料粒度為50-0mm。如榆樹(shù)井原煤-6mm含量為33.74%，一號(hào)井原煤-6mm含量為48.86%。為減少原煤中煤粉含量提高分選效果， 應(yīng)盡可能降低干選機(jī)入料中-3mm煤粉。2021年一號(hào)井選煤廠脫粉改造后分選效果初步檢測(cè)發(fā)現(xiàn)， 在同等原煤熱值的前提下，精煤熱值提高約70-100kcal/kg。2）提高設(shè)備處理能力。按照脫粉 20%計(jì)算， 分選機(jī)床面單位面積處理能力可提高25%， 改造后如每天生產(chǎn)16小時(shí)，全廠處理能力達(dá)到700萬(wàn)噸， 如每天生產(chǎn)20小時(shí)， 全廠年處理能力達(dá)到900萬(wàn)噸。3）節(jié)能降耗。榆樹(shù)井改造前總裝機(jī)功率為3100kw, 大裝機(jī)處理能力為850噸/小時(shí)， 單位電耗為3.1kWh/噸；改造后總裝機(jī)功率為3594kw, 全系統(tǒng)大裝機(jī)處理能力為1136噸/小時(shí)， 單位電耗為2.69kWh/噸，噸煤電耗節(jié)電13.3%。一號(hào)井選煤廠改造前總裝機(jī)功率為4786kw, 單位電耗為3.58kWh/噸；改造后總裝機(jī)功率為5912kw, 單位電耗為3.32kWh/噸， 噸煤電耗節(jié)電7.3%。榆樹(shù)井選煤廠干選工藝流程見(jiàn)圖4。

圖4 選前深度脫粉-80mm混煤干選工藝流程

表4為近年投入使用的一些復(fù)合式干選項(xiàng)目，平均電耗低于3kwh/t, 取得較好的選煤節(jié)能效果。

表4  入料粒度<80mm的煤炭干選廠電耗統(tǒng)計(jì)

300-0mm寬粒級(jí)入料干選

露天礦臟雜煤塊煤含量大，矸石含量大，灰分較高的特點(diǎn)，為合理利用煤炭資源和減少環(huán)境污染，必須對(duì)臟雜煤必須進(jìn)行洗選加工。我國(guó)露天煤礦大多集中在內(nèi)蒙和新疆等干旱高寒地區(qū)，水洗所需的水資源稀缺，水洗煤泥產(chǎn)品冬天也易凍結(jié)，影響產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn)。干法分選技術(shù)更適合臟雜煤的分選，符合露天礦資源節(jié)約與綜合利用以及節(jié)能減排的國(guó)家政策，有利于實(shí)現(xiàn)露天煤礦生態(tài)化建設(shè)。X射線塊煤干選機(jī)和復(fù)合式干選機(jī)配合可以實(shí)現(xiàn)300-0mm寬粒級(jí)干選。X 射線智能分選對(duì)+50mm大塊煤分選精度高，可替代人工手選。但智能分選對(duì)-50mm塊煤分選精度差。復(fù)合式干選不能處理+100mm大塊煤,但對(duì)-50mm末煤分選精度高于智能分選， 同時(shí)投資低， 設(shè)備模塊化， 建設(shè)速度快。使用X射線智能分選機(jī)和ZM分選機(jī)分別處理+50mm和-50mm塊煤， 可充分發(fā)揮各自分選工藝的特長(zhǎng)，盡可能降低煤炭洗選能耗，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力煤全粒級(jí)干法分選。典型露天礦寬粒級(jí)干選工藝流程見(jiàn)圖5，實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目耗電見(jiàn)表5。

圖5  露天礦300-0mm寬粒級(jí)干選工藝流程

表5  露天礦臟雜煤寬粒級(jí)干選案例

在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)煤炭的主體能源地位不會(huì)變化，順應(yīng)雙碳戰(zhàn)略下低碳節(jié)能發(fā)展趨勢(shì)，動(dòng)力煤選煤行業(yè)加強(qiáng)煤炭綠色分選，通過(guò)合理采用低能耗的干選工藝，淘汰落后的洗選加工方式，可達(dá)到降低選煤能耗，提高商品煤煤質(zhì)，實(shí)現(xiàn)清潔高效可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用的目的。多項(xiàng)干選項(xiàng)目工程實(shí)踐證明，首先，干選替代水洗，可以克服水洗的弊端，變易泥化煤不能入選為可能入選， 降低選煤噸煤電耗。其次，干選工藝中，X射線智能分選噸煤電耗低于復(fù)合式干選。采用不同干選給組合以較低的電耗實(shí)現(xiàn)臟雜煤300-0mm寬粒級(jí)干選。臟雜煤干選典型工程應(yīng)用案例表明，干法選煤設(shè)施的建設(shè)對(duì)于回收煤炭資源、降低環(huán)境污染，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益都具有積極的意義。在混煤分選過(guò)程中， 如煤粉含量過(guò)大，可采用選前3mm脫粉工藝進(jìn)一步降低單位電耗。

編者按：本文節(jié)選自王子軍,夏云凱發(fā)表在《煤炭加工與綜合利用》期刊上論文，原標(biāo)題為“煤炭干選工藝在雙碳節(jié)能減排政策下的作用”。本平臺(tái)選用時(shí)內(nèi)容有刪減，配圖根據(jù)內(nèi)容斟酌選取。在此，對(duì)文章作者表示感謝。