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動力煤是指工業(yè)鍋爐、發(fā)電、民用燃煤、窯爐的統(tǒng)稱,動力煤消耗量約占我國煤炭消費總量的70%,其中電力行業(yè)消費量又占動力煤消費總量的70%以上。隨著國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略的逐步實施,我國煤炭資源的開發(fā)逐步西移,陜西、內(nèi)蒙古、寧夏、新疆等地產(chǎn)量高,且主要以低灰、低硫、高揮發(fā)分、高發(fā)熱量的動力煤為主,而華中、西南、華南等地雖然不是產(chǎn)煤重點地區(qū),但也盛產(chǎn)高灰、高硫、中發(fā)熱量的無煙煤、貧瘦煤,這些地區(qū)大部分礦井采出原煤經(jīng)分選加工,降灰降硫后作為電廠發(fā)電用煤。由于各類型鍋爐對產(chǎn)品的質(zhì)量要求不同,供煤單位尚未完全按照用戶爐型要求的品種和質(zhì)量供煤,導致鍋爐熱效率比國外低15%-20%,造成能源浪費,產(chǎn)生嚴重的環(huán)境污染。

近幾年,隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展和環(huán)保要求的提高,原煤入選量逐漸加大,對發(fā)電用煤的硫分要求也越來越嚴格,因此加大動力煤入選量,降低硫分,提高發(fā)熱量已成為必然趨勢。建瑞革通過分析寧東選煤廠梅花井分廠的選煤工藝狀況,提出了動力煤選煤廠塊煤淺槽+末煤重介工藝適應市場多元化要求,靈活性較強。錢愛軍分析了目前國內(nèi)外動力煤選煤工藝,提出規(guī)模大型化、生產(chǎn)高效化、設計通用化和模塊化是動力煤分選的發(fā)展趨勢。曹建波研究表明,生產(chǎn)和消費決定了我國煤炭運輸“西煤東調(diào),北煤南運”的格局,大量低熱值動力煤的遠距離運輸造成動力資源的浪費,建議通過高效分選降低運輸成本。

選煤工藝直接決定了選煤廠的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式、運營成本、經(jīng)濟效益,因此動力煤選煤廠選煤工藝的研究、工藝流程的制定既要符合原煤特點,滿足用戶要求,又要最大化提高產(chǎn)品回收率。筆者在分析動力煤分選特點的基礎上,論述了國內(nèi)外主要動力煤分選工藝,并對其進行展望,以期為新建、改擴建動力煤選煤廠提供參考。

1、動力煤分選特點

目前我國動力煤選煤廠入選原煤多為低變質(zhì)程度動力煤,一般為無煙煤、貧瘦煤、長焰煤、不黏煤或弱黏煤等。相對于煉焦煤以降低原煤灰分為主,動力煤分選具有以下特點:

1)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多元化。一般動力煤選煤廠根據(jù)市場需求分大塊煤、中塊煤、小塊煤、混煤、優(yōu)質(zhì)動力煤、一般動力煤等多種產(chǎn)品。

2)以提高精煤發(fā)熱量,排除矸石及雜物為目的。對于高硫原煤地區(qū),動力煤還以降低硫分,提高發(fā)熱量為目標。

3)對產(chǎn)品水分的要求更加嚴格。由于動力煤水分對發(fā)熱量的影響和灰分對發(fā)熱量的影響基本等值,因此脫水很關(guān)鍵。

4)動力煤分選的盈利性較差。雖然國家對動力煤深度分選并無具體要求,但隨著市場要求,特別是電廠對燃煤要求越來越嚴格,以及國家對環(huán)境保護要求的提高,動力煤必須進行深度分選,大幅降低加工成本以增加噸煤利潤,提高企業(yè)市場競爭能力。

2、動力煤分選工藝

2.1 塊煤排矸工藝

塊煤排矸工藝流程如圖1所示。

1)淺槽排矸工藝。重介質(zhì)淺槽分選機是依據(jù)懸浮物下沉原理,以磁鐵礦粉為重介質(zhì),在水平流與上升流的共同作用下,比重介質(zhì)輕的煤上浮,比重介質(zhì)重的矸石下沉實現(xiàn)分選。重介淺槽分選機分選粒級較寬,最佳分選粒度為200-13mm,分選精度高。重介質(zhì)淺槽分選既適合低密度分選出精煤,又適合高密度排純矸,適用于難選和極難選煤,但系統(tǒng)相對復雜,需要添加重介系統(tǒng);需要脫介和介質(zhì)回收系統(tǒng),產(chǎn)生介質(zhì)消耗,生產(chǎn)成本高。

2)動篩跳汰機排矸工藝。動篩跳汰機是20世紀70年代德國卡哈德公司針對400-500mm原煤排矸工藝提出的,目的是減少人工選矸,降低勞動強度和運營費用。動篩跳汰機利用篩板做上下往復運動,使篩板上的物料按密度分選,分選深度一般是50mm。動篩跳汰機優(yōu)點是工藝簡單、用水量極少、輔助設備少、節(jié)約動力、易操作、維護方便、建設及使用費用低,適于易選煤;缺點是要求入料必須均勻,入料不均勻會造成矸石中帶精煤,分選精度低于重介質(zhì)淺槽分選機。

2.2末煤分選工藝

跳汰機、三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器、兩段兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選工藝流程如圖2所示。

1)跳汰機分選工藝。跳汰機分選采用定篩跳汰機分選動力煤,適于易選煤,具有系統(tǒng)簡單、動力消耗小、設備臺數(shù)少、投資成本及運營成本低等優(yōu)點,缺點是分選精度低,特別對于難選煤,矸石帶精煤現(xiàn)象比較嚴重,降低了精煤回收率。跳汰機分選工藝由于系統(tǒng)簡單投資低仍有一些選煤廠采用,如貴州挖壟溝選煤廠等。

2)三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選工藝。目前選煤廠應用最多的三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器是由一段圓筒、二段圓錐串聯(lián)構(gòu)成,按入料方式不同分為有壓和無壓兩類。動力煤選煤廠重介分選選用三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器作為末煤主選設備,只出精煤和矸石2種產(chǎn)品,最大優(yōu)點是能以1.30-1.50g/cm³低密度懸浮液實現(xiàn)1.80-2.10g/cm³的高密度分選,且制備介質(zhì)容易,減少設備和管道磨損,系統(tǒng)簡單,操作方便,節(jié)省投資。該工藝已成功應用于謝橋選煤廠、白巖選煤廠、鹽井選煤廠、代池壩選煤廠等。

3)兩段兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選工藝。兩段兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選工藝是以磁鐵粉為重介質(zhì),采用2個獨立的兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器,其中一段旋流器分選出的底流可進入二段旋流器繼續(xù)分選,每段密度在線可調(diào),避免了三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器二段密度在線不可調(diào)的缺點,分選出3種產(chǎn)品。該工藝比較靈活,適用面廣,可根據(jù)煤質(zhì)變化和產(chǎn)品用途分選不同品質(zhì)的產(chǎn)品,缺點是需要2 套介質(zhì)系統(tǒng),系統(tǒng)相對復雜,投資較高。該工藝已在山西原平選煤化工有限公司選煤廠、山西王莊煤礦選煤廠等成功應用。

2.3細粒煤泥回收工藝

原煤脫泥工藝流程如圖3所示,細粒原煤分級不入選工藝流程如圖4所示。

1)原煤脫泥工藝。傳統(tǒng)的動力煤處理煤泥采用1.5或2mm濕法脫泥工藝,脫后煤泥采用煤泥重介或TBS回收,如王坡、南桐、太原、邢臺、雙柳等選煤廠應用。煤泥不進主選系統(tǒng),降低了主選系統(tǒng)的加工成本,缺點是需要增加煤泥回收系統(tǒng),系統(tǒng)相對復雜。煤泥重介分選一般采用螺旋分選機或煤泥重介質(zhì)旋流器,選后微細介質(zhì)的凈化和回收流程尚待完善。TBS適于分選易選煤,對于難選煤效果較差。

2)細粒原煤分級不入選工藝。隨著國外高效率、低篩縫分級設備的引進,越來越多的動力煤選煤廠采用細粒原煤干法分級,6 或3 mm 分級現(xiàn)象普遍,分級后的細粒原煤可以不入選,直接成為產(chǎn)品,減少了系統(tǒng)的煤泥量,降低了投資成本和運營費用,提高了回收率。重慶松藻白巖選煤廠、重慶天弘鹽井選煤廠等均采用深度篩分的干法分級工藝。

2.4煤泥水處理工藝

動力煤選煤廠煤泥水處理很少有浮選工藝,這是因為絕大多數(shù)動力煤的煤泥可浮性較差,而浮選成本高、投資大,投入和產(chǎn)出差距較大。目前國內(nèi)大部分動力煤選煤廠煤泥水選用簡單的濃縮壓濾工藝,也有采用兩段濃縮和沉降離心機、壓濾機脫水工藝,該工藝可將回收的煤泥摻入精煤,裝倉或外賣,提高經(jīng)濟效益,缺點是投資成本高,系統(tǒng)復雜。煤泥水處理流程如圖5 所示。

3、動力煤選煤工藝展望

1)開發(fā)先進、高效、大型化、低能耗的煤泥水處理工藝及設備,讓煤泥成為產(chǎn)品摻入混煤,提高產(chǎn)品回收率。

2)研究高效率、細粒徑的干法深度篩分設備,提高篩分效率,使大部分細顆粒原煤不入選直接成為產(chǎn)品。

3)開發(fā)高效的濃縮分級浮選工藝和設備。開發(fā)高效浮選機,擴大浮選機的分選深度,對于可浮性好的動力煤選煤廠,可增加浮選工藝,提高粗煤泥和浮選精煤的回收率,減少煤泥損失。

4、結(jié)語

動力煤選煤廠具有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多元化,產(chǎn)品市場銷售價格低于焦煤價格等特點,選煤廠應根據(jù)原煤特性,用戶對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量要求,結(jié)合建廠規(guī)模及選煤廠實際情況,選擇先進合理、系統(tǒng)穩(wěn)定、適應靈活的選煤工藝及設備。未來動力煤選煤廠將朝著設備大型化、生產(chǎn)高效化、廠型模塊化等方向發(fā)展,著重開發(fā)先進、高效、大型化、低能耗的煤泥水處理工藝及設備,研究高效率、細粒徑的干法深度篩分設備,開發(fā)高效的濃縮分級浮選工藝和設備等。