干法选煤技术在选煤厂的应用及局限性_辛绍磊.pdf

干法选煤技术在选煤厂的应用及局限性 辛绍磊, 马文伟 内蒙古黄陶勒盖煤炭有限责任公司, 内蒙古 鄂尔多斯 017313 摘 要 介绍了重介选煤、 复合式干法选煤、 块煤智能干选工艺的优缺点; 重点阐述了干 法选煤省去了煤泥水处理、 产品脱水环节, 使工艺流程简化, 操作简单, 同时干法分选设备的 模块化设计缩短了工程建设周期, 在生产过程中无需用水和介质, 降低了运营成本; 并指出虽 然干法分选具有一系列的优点, 但是由于分选精度低, 生产过程中粉尘较大, 分选粒级限制等 原因使其在选煤厂应用上有一定局限性。 关键词 选煤; 干法分选; 复合式干法分选; 块煤智能分选; 射线分选 中图分类号 TD94 文献标识码 A 文章编号 1005-8397202009-0017-04 收稿日期 2020-08-12 DOI 10. 16200/ j. cnki. 11-2627/ td. 2020. 09. 005 作者简介 辛绍磊1969, 男, 山东济南人, 2003 年毕业于西安交通大学机械设计制造及其自动化专业, 工学学士, 内蒙古黄陶勒盖 煤炭有限责任公司巴彦高勒煤矿煤炭加工管理中心主任, 高级工程师。 引用格式 辛绍磊, 马文伟. 干法选煤技术在选煤厂的应用及局限性 [J]. 煤炭加工与综合利用, 20209 17-19, 23. 为了适应不同的煤质、 不同分选条件, 选煤 技术在百余年的发展中形成了许多不同种类的选 煤方法 有在水介质中分选的, 如跳汰分选、 水 介质旋流器、 摇床分选、 螺旋分选、 干扰床分 选、 浮选等; 有在重介质中进行分选的, 如重介 浅槽分选、 重介旋流器分选、 重介斜轮分选等; 有在空气介质中进行分选的复合式干法分选、 空 气重介分选; 以及近年发展起来的射线分选、 色 差识别分选等。 合理选择选煤方法成为选煤工艺 设计的重要环节之一。 重介浅槽分选和重介旋流器分选为我国目前 的主流分选方法。 复合式风选在西北干旱缺水地 区及褐煤、 易泥化煤等方面应用较为广泛。 近几 年发展较快的射线智能分选、 色差识别分选应用 于块煤分选, 主要替代人工手选环节, 但由于其 价格较高、 处理量低, 应用还不是十分普遍。 1 重介选煤方法 我国于 1960 年在通化铁厂选煤厂建成第一 座以磁铁矿粉为加重质的重介质选煤车间, 自此 重介质选煤技术获得了飞速发展。 选煤厂常用的 重介选煤方法有重介浅槽分选和重介旋流器分选 两种。 1. 1 重介浅槽分选 重介浅槽分选机最初自美国引进, 在 2002 年以后开始在国内大量使用, 主要进口品牌有丹 尼尔斯和彼得斯, 国内自有品牌也有很多, 但是 新建大型选煤厂设备采购仍以进口组装为主。 重 介浅槽分选机是目前分选精度较高的分选设备, 主要用于块煤分选, 入选粒度为 200 13 mm 6 mm, 但是对细粒度物料分选精度差, 一般 分选粒度下限为 13 mm 或 25 mm。 在动力煤选煤 厂, 如果原煤煤质较好, 末煤灰分较低, 仅块煤 排矸即能生产出满足电煤发热量需求的混煤产 品; 在炼焦煤选煤厂, 由于对灰分要求较高, 需 生产低灰精煤, 仅块煤排矸不能满足用户需求, 重介浅槽分选一般仅做预排矸, 配合重介旋流器 分选、 螺旋分选、 TBS 分选、 浮选等得到低灰精 煤和中煤产品。 重介浅槽分选机主要有以下优点 ① 分选 上限高、 分选粒度范围宽, 能有效减少大块矸石 破碎率, 降低能耗; ② 分选精度高, 产品回收 率高, 分选可能偏差 Ep值为 0. 015 0. 025 g/ cm3, 数量效率大于 98. 5; ③ 设备大型化, 技 术成熟、 使用可靠; ④ 有效分选时间短, 次生 煤泥量低, 特别有利于矸石易泥化的块煤分选; 71 煤炭加工与综合利用 No. 9, 2020 COAL PROCESSING ⑥ 介 耗低、 生产成本低; ⑦ 分选设备结构简单, 利 于维护, 生产成本低, 利于管理维护和备件管 理。 目前是选煤厂块煤分选的首选设备。 重介浅槽分选主要缺点有 ① 需要消耗介 质, 提高了生产成本; ② 受添加介质磁铁矿粉 的性质影响, 分选密度一般不超过 1. 8 g/ cm3, 更高密度的悬浮液容易产生沉淀分层, 影响分选 效果; ③ 需要提前分级, 增加了工艺环节; ④ 介质循环系统管路容易磨损。 1. 2 重介旋流器分选 重介旋流器分选机最初也是由国外引进的技 术, 最初为二产品重介旋流器, 经过国内转化吸 收以后, 研发出三产品重介旋流器, 可同时分选 出精煤、 中煤、 矸石 3 种产品。 但是遇到矸石含 量高的情况下, 三产品重介旋流器的中间连接段 和底流嘴经常堵塞, 因此不适用于矸石含量特别 高的情况。 重介旋流器是一种利用离心力场强化细粒级 矿粒在重介质中分选的设备, 能使难选和极难选 的细粒物料也能获得精确分选, 有效分选下限可 达 0. 150. 10 mm, 分选细粒煤时可能偏差 Ep 0. 02 0. 06, 同时, 还可以脱除煤中的黄铁矿 硫。 根据给料方式可分为有压给料和无压给料 2 种形式。 重介旋流器分选主要有以下优点 ① 设备 结构简单, 无运动部件, 分选效率高; ② 设备 处理能力大, 工艺系统简单, 易于操作; ③ 设 备体积小, 易于布置, 厂房体积小; ④ 排矸能 力大, 煤质波动适应能力较好, 能及时排除大量 矸石; ⑤ 分选精度高, 悬浮液密度可自动调节, 自动化水平较高; ⑥ 介质稳定性好, 易于调节, 使系统稳定性提高, 分选效果易于保证, 容易 达产。 重介旋流器分选工艺的主要缺点有 ① 入 料粒度一般为 50 1. 0 mm, 需增加选前破碎作 业; ② 末煤分选消耗介质量大, 提高了生产成 本; ③ 需增加选前脱泥作业, 否则煤泥将在系 统中反复循环, 增加煤泥水系统负荷, 增加介质 消耗量; ④ 对内衬材料耐磨性要求较高, 管路 容易磨损。 2 复合式干法选煤 早期的风力跳汰机和风力摇床由于分选效率 太差已基本被淘汰。 复合式干法分选机是在美国 无风干式摇床和俄罗斯风选机的基础上自发研制 的干选设备, 通过机械振动和上升气流的悬浮作 用实现床面上物料的松散和分层, 并在床面做螺 旋翻转运动, 密度低的煤粒上浮, 高密度的矸石 下沉, 从而实现分选。 复合式干法分选机主要有以下优点 ① 无 需水和介质, 生产成本低, 可在高寒缺水地区推 广, 易泥化煤、 褐煤首选干法分选; ② 工艺简 单, 建设周期短, 投资少。 但是其缺点也十分明 显 ① 分选效率低, 其 Ep值仅为 0. 20. 3; ② 分选粒度受限, 上限一般为 80 mm, 下限一般为 3 mm, 3 mm 以下基本不能分选; ③ 对入选原料 的水分和颗粒形状主要是其中的矸石非常敏 感, 当入料外在水分超过 7时, 颗粒游动性明显 下降, 片状矸石量过多会大大降低处理能力和分选 效率; ④ 分选密度高, 一般在 1.82.3 g/ cm3, 仅 适用于高密度排矸, 不能生产低灰精煤; ⑤ 粉 尘污染问题目前仍没有很好地解决, 对环保要求 较高的地区会面临环保审批问题。 3 块煤智能干选 常见的智能干选方法有 X 射线干选、 γ 射线 干选和色差识别分选, 这几种分选方式都需要经 过布料、 识别、 分选几个环节。 3. 1 块煤射线分选 射线分选是根据射线穿透不同密度矿物的衰 减程度而对精煤和矸石进行判断, 实现分选的一 种方法。 国内的唐山神州、 大地美腾、 巨龙融 智、 沈阳科迪等公司生产的块煤智能分选设备均 采用射线分选。 矸石识别后的执行方式主要有 2 种, 一种是 利用高频电磁阀产生的空气射流将矸石或精煤选 出, 一般选择量少的一种进行操作; 另一种是用 机械手模拟人工手选, 将识别出的矸石或精煤捡 出, 由于机械手价格昂贵, 效率较低, 因此目前 市场上的智能干选设备基本都通过配置高频电磁 阀来控制高压气体实现对煤或者矸石的分选, 工 艺流程如图 1。 81 煤炭加工与综合利用2020 年第 9 期 图 1 智能分选工艺流程 块煤射线分选的优点有 ① 分选精度高于 风选, 分选上限也高于风选, 上限可达 200 mm; ② 配套设施少, 建设周期短; ③ 没有水耗、 介 耗, 生产成本低。 缺点 ① 由于射线穿透能力 有限, 分选粒度下限不能低于 50 mm, 否则会降 低分选精度, 增加矸石带煤损失, 因此不适用于 分选末煤; ② 处理能力低, 最大型号的射线智 能分选设备处理能力约为 260 t/ h。 而 W26F60 的 重介浅槽分选机的处理能力能达到 780 t/ h, 仅 为浅槽处理能力的 1/3; ③ 由于电磁阀压力有 限, 不能同时处理不同粒度的物料, 因此需要在 进行布料之前进行简单筛分, 根据不同的粒度范 围进行排队; ④ 有放射源, 需对放射源进行 处理。 3. 2 色差识别分选 色差识别分选主要根据煤和矸石的表面颜 色、 光泽及纹理差异进行识别, 除识别方式不同 外, 其他的布料、 执行机构等与射线分选基本相 同。 色差识别分选目前在其他行业已经有了较为 成熟的应用, 如霉变大米分选、 苹果好坏果筛选 等, 国内主要生产厂家有秦禾光电、 中科光电 等。 在实际生产过程中, 由于煤和矸石经常混在 一起, 矸石可能被煤粉包裹, 造成矸石表面特征 不明显, 导致设备图形识别效率低, 分选效果变 差。 与射线分选相比, 其最大优点就是没有放射 源, 无射线污染问题。 4 结 语 湿法分选设备由于分选精度高、 处理量大、 技术成熟, 能够适应选煤厂规模大型化的发展需 求, 在动力煤及炼焦煤选煤厂均有广泛的应用, 随着介质回收工艺的提高及煤泥水处理工艺的改 进, 其介耗和水耗也在进一步降低, 生产成本也 得到了控制, 从长远来看, 重介分选工艺仍有较 大的市场空间。 根据干法分选设备的特性, 传统干法分选主 要适用于干旱缺水地区、 易泥化煤分选、 褐煤分 选、 易选煤高密度排矸, 在以下情况下, 其应用 仍具有一定的局限性 1炼焦煤选煤厂由于需要生产低灰精煤, 分选密度比较低, 而且需要全粒级入洗, 而干法 分选工艺的分选密度比较高, 且分选下限为 3 mm, 粉煤不能得到有效分选, 不适宜在炼焦 煤选煤厂单独使用; 2难选及极难选煤由于分选密度0. 1 含量 比较高, 而干法分选 Ep值较大, 采用干法分选 工艺会造成分选精度下降, 矸石带煤严重, 精煤 产率降低, 影响经济效益; 3需要生产大块精煤的工艺中不适合采用 复合式干选, 由于复合式干选的分选上限为 80 mm, 不能生产大于 80 mm 的大块精煤; 4对环保要求较高的地区不适合, 复合式 干法分选在生产过程中会产生大量的煤尘, 生产 环境较差; 5入选原煤外在水分较高时大于 7, 颗粒游动性明显下降, 分选效率降低。 X 射线或 γ 射线分选设备在传统干选基础上 提高了分选精度, 但是由于处理量较小, 投资较 高, 目前主要用于替代人工手选, 未能得到全面 推广。 根据 2019 煤炭行业发展年度报告, 截至 2019 年末, 全国煤矿数量约 5 300 座, 其中千万 吨级煤矿 44 座, 全国煤炭年产量约 38. 5 亿 t, 原煤入洗率 73. 2, 全国选煤厂约 2 300 座, 而 煤炭采选业清洁生产评价指标体系 要求原煤 入洗率达到 100, 也就是说还有很大一部分原 煤没有洗选, 煤炭洗选加工市场还很大。 考虑煤 层、 煤质、 生产环境、 经济效益等条件, 通过新 旧结合, 干湿结合, 建设节能、 环保、 高效的选 煤厂是未来选煤行业的必然发展趋势。 下转第 23 页 91 2020 年第 9 期辛绍磊, 等 干法选煤技术在选煤厂的应用及局限性 点突破。 第 1 步自动化基础提升 完善 PLC 控制 系统、 构建视频随动监控系统、 进行全流程启停 车优化。 第 2 步信息化管理提升 建设选煤厂三维 可视化管理平台、 生产技术、 技术检查、 在线实 时数据等选煤厂基础数据库, 实现信息化停送 电。 第 3 步智能化试点突破 试点开发浮选、 设备在线监测及健康管理、 智能压滤、 浓缩加药 等智能化功能模块。 综上所述, 选煤厂智能化建设是一个逐步实 现、 持久完善的过程, 要以企业现有基础为起 点, 从自身实际需求出发, 不能一蹴而就。 5 结 语 智能化是选煤厂发展的全新阶段, 是实现生 产方式和生产力 “双变革” 的根本途径。 针对国 内选煤厂智能化初级阶段建设中暴露出的发展理 念和技术体系不成熟、 系统性规划不足、 “好高 骛远” 和 “小步不前” 的行业升级心态同时并 存的现状, 需要积极思考怎样提升 “智能制造” 环境下的智能选煤厂建设。 从建设智能化选煤厂 的总体目标与实现路径入手, 系统性地论述了智 能化选煤厂建设应在 “一体化应用架构” 顶层规 划下, 建设一个集生产过程控制、 生产辅助及安 全保障、 生产管理以及基于大数据的智能决策等 四大功能中心为一体的智能管控平台, 实现全厂 “横、 纵” 信息交互、 融合。 并基于现有技术、 基础资源, 提出选煤厂智能化系统建设 “三三” 战略思路。 通过扎扎实实稳步走, 最终实现全面 建成智能化选煤厂。 参考文献 [1] 郭大林, 卫中宽, 杨瑞峰. 智能化背景下选煤厂设计的 思考 [J]. 选煤技术, 20193 35-38. 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