我国干法选煤技术发展现状与应用前景

我国干法选煤技术发展现状与应用前景

程安

中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁省沈阳市， 110015

摘要：目前，煤炭的粗放型发展引起的地下水污染，以及煤的低效利用带来的大气污染成为遏制社会发展的关键难题。2020年国务院发布《新时代的中国能源发展》白皮书中指出要推进煤炭供给侧结构性改革，推动煤炭等化石能源清洁高效利用。因此，为了契合当前我国能源基本国情，需要对我国能源资源现有干法分选技术特点和研究进展的不同，有必要梳理现有干法分选技术的发展现状，为未来煤炭的干法分选技术研究提供借鉴，也为干法选煤厂的设计提供参考依据。

关键词：煤炭分选；干法分选；风力分选；

随着我国煤炭开采水平的快速发展，深部开采已成为发展的趋势，西部地区逐渐成为我国煤炭发展的中心，我国煤炭产出中低品质煤总量也不断增加。同时，我国低品质煤潜在储量十分客观，已成为实现我国能源保障不可或缺的能源资源，约占我国煤炭资源的40%。因此，针对这些高含灰、高含硫、高含水的低品质煤特点，进行大规模提质利用，是我国煤炭工业可持续发展亟待解决的重大难题。因此，研究高效的干法选煤技术可以弥补现有湿法分选技术的不足，提高我国煤炭的入选比例，推动我国煤炭资源的高效洁净利用。

1干法分选技术的研究进展

1.1风力分选技术

风力分选技术可以概括为基于煤炭和矸石在压缩空气中沉降末速的差异，借助周期性脉动气流实现煤炭的有效分选，主要包括包括风力跳汰与风力摇床分选机。近年来，风力跳汰分选技术受到了中国、德国、土耳其、美国、印度等国家的关注，在工业放大以及推广上取得了重大的突破。在德国亚琛大学搭建了半工业规模的分选样机，处理量为300kg/h。

1.2复合式干法分选机

复合式干法分选机通过振动气流复合力场驱使物料在翻转剥离过程中按密度与粒度梯级分布，完成分选。迄今为止针对复合式干法分选技术的分选特性研究，学者已经开展了大量的研究，为了分析煤炭颗粒分选过程与床面布置的相互影响，相继研究了粒级组成、床体设计、操作条件对分选精度的影响，探究了煤炭运动特征以及煤炭密度分布的规律。

1.3光电分选技术

随着科技的发展，国内外的研究热点之一聚焦在智能化干法分选技术。目前，智能干法分选技术主要分为三类，可以概括为X射线识别、γ射线识别以及基于色差的智能识别。其原理是煤和矸石对X射线、γ射线的吸收和散射程度存在明显的区别，相关的探测器卡获取的信息存在显著的差异性，进而有助于获取具有区别度较大的影像，因此，煤炭和矸石会呈现出差异性非常显著的影像，进而有效分离出煤炭和矸石。目前，智能干法分选机对块煤的分选精度较高，其优势在于简化工艺流程，实现了对人工拣矸的替代，大大压缩了人力成本，已成

1.4干法重介质流化床分选技术

干法重介质流化床分选技术，又称空气重介流化床分选技术，是干法领域的研究热点之一，是气固鼓泡流态化技术在矿业领域的拓展应用，利用气固流化床似流体的特点，实现精煤和矸石按照密度进行有效分离。目前，气固流态化分选研究得到了澳大利亚、印度、日本、南非、中国等国家学者的关注，各国学者围绕流化特性、密度调控、煤炭分离机制等方面开展了细致研究，建立了多套半工业规模的分选样机。在工业推广方面，中国矿业大学功实现300~25mm块煤分选的工业应用，处理能力可达380t/h，有效的降低了矸石的带煤率，在国内多个选煤厂进行了工业性分选试验。率先开发了模块化干法重介质流化床选煤系统，成

功地实现了工业性地推广，实现了煤炭的干法精选，主要针对-100+6mm粒度的煤炭的高效干法分选，其可能偏差E值为0.05~0.08g/cm3。

2干法分选技术的展望与挑战

2.1突破细粒煤分选的理论瓶颈，实现全粒级煤炭的干法分选

目前，干法分选技术主要集中在块煤分选的应用，主要有单一风力分选机、复合式干法分选机、干法重介分选机，研究发现分选技术能够降低原煤的灰分和硫分，提高煤炭的发热量。然而，随着粒度的逐渐减小，在风力分选过程中，密度不同的颗粒在分选机上运动速度差异逐渐减小，颗粒分离难度也逐渐增加。而在空气重介流化床分选机中，由于随着煤炭颗粒粒度的减小，表面作用力和流体作用力增强，使得煤炭按密度分选效应减弱，细粒煤分选的效率较低。因此，需要高效的筛分作业作为支撑，为此项技术未来的发展和推广提供了一定的障碍，需要思考如何进一步优化工艺，加快干法分选技术的攻关，提高对入选原煤的适应性。

2.2开发高效的煤炭分选与干燥协同技术，破解原煤水分限制的难题

煤炭开采过程中，原煤水分含量比价高，表面水分造成煤炭颗粒比较粘湿，易在煤矸颗粒间产生液桥作用，增加颗粒间黏附力而形成煤矸聚团，增加分选错配率制约了干法分选技术的分选效率。尤其当煤炭原煤水分含量较高时，干法重介分选时还会造成介质粘附在煤炭表面，严重影响了分选效果，造成矸石中带煤率增加，介质损耗提升，影响了分选机的稳定运行。其次，煤炭燃烧时水分的蒸发会显著降低发热量，造成资源的损失，若单独进行降灰和脱水，则需增设工艺。因此，为提高干法分选技术的适用性，亟需研制脱水脱灰一体化的分选技术，对潮湿煤炭进行干燥提质，提高其发热量，同时完善干法分选工艺，提高干法分选技术的适用性。

2.3加快干法精选技术的攻关，节省炼焦煤等高品质煤的加工成本

作为分选精度最高的干法分选技术，空气重介流化床分选机可以用于炼焦煤、活性炭用煤等低密度分选的需要，分选精度可以与湿法媲美。由于气固分选流化床属于鼓泡流化床，气固分选流化床主要含有气泡相和乳化相，两相的组成对床层膨胀以及床层密度产生直接的影响。此外，随着机械化采矿程度的快速发展，微细粉煤的产量逐渐增加，如果对这一部分煤炭不加以有效分选利用，将会造成煤炭资源的浪费。因此，微细粉煤高效干法分选技术的开发已迫在眉睫。目前，摩擦静电分选技术是一种有效的粉煤干法分选技术，主要利用煤与其伴生矿物的介电常数差异实现煤和矸石的有效分选，可以有效地对微细粉煤进行干法提质。目前，摩擦电选技术仍处于快速发展阶段，学者相继开发了滚筒静电分选机、STI皮带式摩擦电选机等分选技术。

2.4加大干法分选智能化的程度，提升系统稳定性能

近年来，我国智能化干法分选技术在取得巨大进步的同时，也要注意到现有的分选技术存在难以对细粒煤分选的瓶颈，同时智能化干法分选机还受到γ射线管制、分选机的投资规模较大等难题，仍需要进一步提高图像识别的技术水平与工程应用的可靠性，为进一步推广应用提供基础。另一方面，在推动产业经济发展过程中，大数据、人工智能等新兴产业的蓬勃发展，对推动行业变革有着重要的影响。目前，加快智能化干法选煤厂的建设将是未来发展不可避免的趋势，将物联网、大数据、云平台等“互联网+”技术有效运用到干法选煤厂设计领域，大力提成选煤厂建设和生产管理的全过程，有助于建设我国干法选煤示范工程，进一步提升干法分选的影响力。

3结语

煤炭是世界上的主要能源，对世界的经济发展发挥着至关重要的作用。作为煤炭产业的重要组成部分，煤炭的洗选加工为保证煤炭清洁利用奠定了基础。探究了干法分选技术的瓶颈，对煤炭干法分选技术发展的趋势进行了展望，指出了未来干法分选的研究要点可以从“拓宽入料粒级、分选与干燥协同、加快干法精选技术的攻关、提高分选机放大稳定性、加大干法分选智能化的程度”入手，为提高我国低品质煤提质加工利用发挥重要的作用。

参考文献：

1. 国务院.《新时代的中国能源发展》白皮书[R].北京:中华人民共和国国务院,2020.

2. 中华人民共和国国家统计局.中华人民共和国2019年国民经济和社会发展统计公报[R].北京:中华人民共和国国家统计局,2020.