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加速研发及应用

先进煤炭洗选节能减排工艺和技术

为实现双碳目标

提供煤炭洗选行业人的智慧和贡献

已成为JXF吉祥坊的责任和使命

双碳形势下选煤企业的“理想型”

我国基本国情和发展阶段，决定了煤炭能源转型的重要任务之一是煤炭清洁高效利用。煤炭清洁高效利用技术涉及煤炭高效绿色洗选，煤清洁高效利用等诸多环节。因此煤炭洗选行业在碳达峰与碳中和政策下应积极做出自己的贡献。目前在煤炭分选加工领域湿法分选技术仍占据主导地位。湿法分选特别是重介选工艺仍然是我国煤炭洗选加工的主流工艺方法，具有处理能力大，有效分选粒度范围宽，分选精度高, 降灰显著等优势。但湿法分选也存在较大的局限性:1) 能耗高。工艺流程复杂，设备多，投资大，运营成本高，电耗达到5-10kwh/t, 水耗，介耗和煤泥水处理药剂消耗大。2）水洗效果差。动力煤精煤水分增加，抵消了部分降灰效果，热值提升不显著。3）环保压力。处理易泥化煤产生大量高水分煤泥。低阶煤自身遇水易泥化，采用湿法分选后，煤泥水处理系统负荷增加，煤泥产品水分高，冬季储运困难。4）水资源压力。我国煤炭分布不均衡，70%以上分布在干旱缺水的西部地区，采用耗水量较大的湿法分选，加剧地方水资源短缺的困难。

近年来煤炭干选技术发展迅猛，通过创新和技术进步，在单元设备处理能力，分选精度， 环保效果和智能化方面取得重要进展。涌现出大型复合式干法分选机、光电(智能)干选机、新一代干法重介质流化床分选机等一系列干选设备。干选技术不用水、不用介质、无水处理药剂消耗，系统简单的优势，弥补了湿法选煤的不足，响应了当下煤炭行业节能、减排、降耗等政策号召，其中复合式干选和光电类块煤智能分选已经在国内选煤厂和煤矿井下获得大规模应用。

干法动力煤选煤厂不用水，使用简化的分选工艺和数量较少的设备即可达到湿法分选的效果， 吨煤电耗一般在2.5-3.5kWh范围内，干选节能优势明显。因此在满足分选指标和精煤质量要求的前提下，应该优先选择合理的干法选煤工艺，降低能耗满足国家标准要求值得设计者思考。

应用干选技术可有效降低选煤电耗

现代选煤厂规模庞大，水洗工艺耗电量高， 虽然采取高效节能机电设备， 但节能效果有限。一方面可采用干选工艺部分或全部替代水洗工艺 ，另一方面干选厂本身也通过干选给优化设计进一步挖潜节能潜力。干选厂能耗包括干选机，原煤和各产品储运设备，机修，照明，化验室等电耗，以及与上述有关的线路和变压器的电损失。虽然总体干选工艺单位能耗低于水洗，部分建或改扩建的动力煤干选厂企业电力单耗准入值符合单耗限额2级标准，但传统干选厂单位电耗一般为3kWh 左右，不能满足先进值的指标要求。通过合理选择干选设备及优化分选工艺流程设计等手段可以达到进一步降低干选单为能耗的目的。

>50mm大块煤光电分选替代水洗

大部分动力煤选煤厂均设置有块煤选矸系统，大块煤的筛分拣矸系统主要靠人工分选。检出块精煤后破碎进入重介或跳汰水洗系统再分选。人工捡矸存在的问题：1）环境恶劣。工人劳动强度大，噪音和粉尘大，生产效率低；2）分选效率。在夹矸煤较多，矸石表面形状及颜色与块精煤差异不大时，较难识别，手选块煤中含矸率高，灰分高.必须破碎再洗选。另外，手选矸石中含煤率也常超标。

近年来光电类块煤智能干选机开始获得大规模应用，目前人工捡矸工艺正在被机械排矸所淘汰其中以X射线类智能干选为流行。X射线智能干选机优势包括：（1）分选粒度范围宽，处理量大。比较适合处理50-300mm的原煤，原煤水分大小对块煤分选没有影响，单通道干选机处理量可达240t/h。（2）分选精度高。对易选及中等可选动力煤的分选精度介于跳汰和重介浅槽之间。（3）自动化程度高。设备运行过程中有人巡视无人值守。（4）分选费用低，吨煤电耗低于2kWh/t。（5）模块化设计，建设周期短。典型块煤光电分选工艺取代块煤水洗工艺流程见图1。部分X射线分选机耗电统计见表1。因此在块煤分选工艺选择中， 应优先选用 X射线分选机替代人工捡矸，取消手选作业。在老厂改造过程中，如光电分选机可全部或部分替代+50mm块煤动筛跳汰或重介浅槽分选，节省投资和电费。

图1  >50mm大块煤光电分选替代水洗工艺流程举例

表1  部分X射线块煤分选机耗电统计

复合式干选取代水洗

50-13mm中块煤分选对比

常用的50-13mm中块煤分选工艺：有重介质分选机选矸和跳汰排矸以及复合式干选。重介质分选机分选效果精度高，但系统复杂。动筛跳汰机选矸具有工艺系统简单、辅助设备少、占地面积小、加工成本低等优点。但重介分选和跳汰分选均需配备煤泥水系统，不适合易泥化或褐煤等低阶煤的块煤分选；水洗低密度的不粘煤时，由于其密度低，硬度较低，强度较小，在水洗和脱水过这种水洗过程中块煤易破碎，一般块煤破碎率可达5%左右。复合干法选煤与水洗分选方法相比优点有：a）该法可在2.0g/cm3密度以上分选，矸石产品灰分高热值低；b）对80～6mm物料分选精度较高，可以达到水洗跳汰分选精度，适合80-6mm中块煤分选排矸；c）床面振动幅度小，对块煤破碎率低（<1%），干选降低了块煤破碎率。

为比较重介分选和复合式分选的分选效果， 以同煤集团色连一矿+13mm块煤分选对比为例，该矿原煤高密度物含量高，灰分高，易泥化，高密度排矸时中间密度物含量少，可选性为易选。色连一矿选煤厂现采用重介浅槽分选+25mm块精煤， 2018年部分月份生产化验结果如下表：

表2 重介浅槽湿法分选+25mm煤质分析

湿法分选后块精煤全水接近28%，水分较原煤增加约4.5%，由于灰水相抵，影响了块精煤质量。而同期干选试验（表3）结果表明，干选后+25mm块精煤全水在24-25%范围内，在灰分接近的情况小，干选块精煤水分比重介块精煤水分低2-3%，干选精煤热值比水洗精煤高约200-300kcal/kg。考虑到投资运营成本和电耗高的问题，重介水洗方案和干选相比没有优势。因此在分选可选性为易选且易泥化的50-13mm块煤时应该优先选用干法分选设备以降低能耗。

表3 干法分选块煤效果分析

<30mm末煤复合式干选

动力煤中+13mm原煤一般矸石含量高，灰分高、发热量低，不洗选无法满足市场要求。为避免末煤洗选后精煤水分增加和煤泥问题，传统动力煤重介洗煤厂大多采用部分入洗工艺，只使用块煤分选设备处理+13mm原煤，-13mm末煤旁路不洗。许多设计了原煤全粒级水洗工艺的重介洗煤厂也因为末煤水洗精煤热值提高有限等原因采用末煤部分入洗工艺或全部末煤旁路不洗工艺，造成末煤分选系统闲置和很大的投资损失。

使用末煤干选技术可以避免水洗弊端，在高密度排矸时,原煤可选性为易选或中等可选的动力煤选煤厂可采用末煤干选工艺，其精煤产率和热值可能高于湿法分选的精煤产率和热值。以霍洛湾煤矿-40mm末煤分选工艺设计方案对比为例。260万吨/年-40mm末煤干选厂装机功率1819kW, 投资2501.63万元，单位电耗为3.14kWh。作为对比，40-0mm脱粉后采用重介旋流器，装机功率3000kW, 投资9668万。单位电耗为5.18kWh。因此在同等干选效果的前提下，应采用干选代替重介旋流器分选，节省投资和电费。

末煤干选技术电耗低，特别适合末煤含量大，或末煤易泥化煤的分选，是动力煤分选节能降耗的一项重要补充。对部分入选的选煤厂添加末煤干选，实现干湿结合实现原煤全部入选（图2）。

图2  干湿结合分选工艺流程举例

<80mm末煤复合式干选

鉴于+30mm块煤分选和-30mm末煤分选工艺使用经验已经成熟， 可根据原煤性质和产品质量要求，灵活选用不同粒度上限原煤干选工艺方案，对老厂改造时可采用>30mm块煤湿法分选 + <30mm末煤干选的流程。新厂设计则可采用-80mm全粒级干选的流程，实施煤泥减量化生产，实现动力煤全粒级分选，可达到稳定煤质，提高产品的灵活性，提高厂矿经济效益和环境效益的目的。

典型-80mm全粒级干选的流程见图3。

图3  典型-80mm混煤干选工艺流程

选前脱粉工艺流程

-80mm混煤分选时，有效分选粒度下限为3mm，入料粒度为-30mm时，有效分选粒度下限为1mm。-80mm混煤分选时对干选机分选效果检测数据表明，-6mm分选效果差， -3mm基本没有分选效果。-3mm煤粉粒度细， 会显著增加除尘系统负荷， 占用干选机分选床面， 降低干选机单位面积处理能力， 浪费电能。因此对粉煤含量较大的原煤应采用选前脱粉的工艺。采用原煤脱粉工艺带来的好处：1）提高分选效果。2020年榆树井选煤厂生产运营数据表明， 在原煤热值相近的情况下干选效果好于邻近的一号井选煤厂， 其中一个主要原因是榆树井原煤粒度较粗, 入料粒度为80-0mm，而一号井原煤粒度较细，入料粒度为50-0mm。如榆树井原煤-6mm含量为33.74%，一号井原煤-6mm含量为48.86%。为减少原煤中煤粉含量提高分选效果， 应尽可能降低干选机入料中-3mm煤粉。2021年一号井选煤厂脱粉改造后分选效果初步检测发现， 在同等原煤热值的前提下，精煤热值提高约70-100kcal/kg。2）提高设备处理能力。按照脱粉 20%计算， 分选机床面单位面积处理能力可提高25%， 改造后如每天生产16小时，全厂处理能力达到700万吨， 如每天生产20小时， 全厂年处理能力达到900万吨。3）节能降耗。榆树井改造前总装机功率为3100kw, 大装机处理能力为850吨/小时， 单位电耗为3.1kWh/吨；改造后总装机功率为3594kw, 全系统大装机处理能力为1136吨/小时， 单位电耗为2.69kWh/吨，吨煤电耗节电13.3%。一号井选煤厂改造前总装机功率为4786kw, 单位电耗为3.58kWh/吨；改造后总装机功率为5912kw, 单位电耗为3.32kWh/吨， 吨煤电耗节电7.3%。榆树井选煤厂干选工艺流程见图4。

图4 选前深度脱粉-80mm混煤干选工艺流程

表4为近年投入使用的一些复合式干选项目，平均电耗低于3kwh/t, 取得较好的选煤节能效果。

表4  入料粒度<80mm的煤炭干选厂电耗统计

300-0mm宽粒级入料干选

露天矿脏杂煤块煤含量大，矸石含量大，灰分较高的特点，为合理利用煤炭资源和减少环境污染，必须对脏杂煤必须进行洗选加工。我国露天煤矿大多集中在内蒙和新疆等干旱高寒地区，水洗所需的水资源稀缺，水洗煤泥产品冬天也易冻结，影响产品储运。干法分选技术更适合脏杂煤的分选，符合露天矿资源节约与综合利用以及节能减排的国家政策，有利于实现露天煤矿生态化建设。X射线块煤干选机和复合式干选机配合可以实现300-0mm宽粒级干选。X 射线智能分选对+50mm大块煤分选精度高，可替代人工手选。但智能分选对-50mm块煤分选精度差。复合式干选不能处理+100mm大块煤,但对-50mm末煤分选精度高于智能分选， 同时投资低， 设备模块化， 建设速度快。使用X射线智能分选机和ZM分选机分别处理+50mm和-50mm块煤， 可充分发挥各自分选工艺的特长，尽可能降低煤炭洗选能耗，实现动力煤全粒级干法分选。典型露天矿宽粒级干选工艺流程见图5，实际应用项目耗电见表5。

图5  露天矿300-0mm宽粒级干选工艺流程

表5  露天矿脏杂煤宽粒级干选案例

在相当长时间内煤炭的主体能源地位不会变化，顺应双碳战略下低碳节能发展趋势，动力煤选煤行业加强煤炭绿色分选，通过合理采用低能耗的干选工艺，淘汰落后的洗选加工方式，可达到降低选煤能耗，提高商品煤煤质，实现清洁高效可持续开发利用的目的。多项干选项目工程实践证明，首先，干选替代水洗，可以克服水洗的弊端，变易泥化煤不能入选为可能入选， 降低选煤吨煤电耗。其次，干选工艺中，X射线智能分选吨煤电耗低于复合式干选。采用不同干选给组合以较低的电耗实现脏杂煤300-0mm宽粒级干选。脏杂煤干选典型工程应用案例表明，干法选煤设施的建设对于回收煤炭资源、降低环境污染，增加企业的经济效益都具有积极的意义。在混煤分选过程中， 如煤粉含量过大，可采用选前3mm脱粉工艺进一步降低单位电耗。

编者按：本文节选自王子军,夏云凯发表在《煤炭加工与综合利用》期刊上论文，原标题为“煤炭干选工艺在双碳节能减排政策下的作用”。本平台选用时内容有删减，配图根据内容斟酌选取。在此，对文章作者表示感谢。