我国选煤技术发展现状及趋势分析

刘学雷

(阳泉煤业(集团)有限责任公司 二矿选煤厂，山西 阳泉045000)

煤炭是我国能源的重要组成部分，随着我国煤矿产业体系的优化和完善，煤炭生产正朝着安全、高效、清洁的方向发展。在原煤的形成过程中会混入一些矿物杂质，而在之后的开采和运输环节中难免也会夹杂或带入一些岩石粉渣、木屑、水泥粉等，因此开采出来的原煤必须经过分选。选煤不仅可以去除矸石等杂质，还能按质量和粒级对煤进行分类，以便高效合理的利用煤炭资源，原煤经过分选加工之后，灰分、硫分的含量都会降低，可以有效提高煤的利用率，减少燃煤对环境的污染。因此，选煤在煤炭的整个开发利用过程中至关重要。随着选煤技术的不断优化发展，我国已成功研制出多款具有自动控制功能的设备，如重介质旋流器、喷射式浮选机、跳汰机等，这些设备能够实现对不同性质煤炭的有效分选，提高了煤炭的洁净度和使用效率。基于当前选煤行业节能减排要求，对各个设备的自动控制和状态监测也提出了新的挑战。基于上述背景，研究先进选煤技术具有非常重要的现实指导意义。

文章旨在阐述选煤过程中的关键工艺，总结近几年我国选煤方法的发展现状和优缺点，为国内相关领域研究人员提供参考。

1 我国选煤技术现状

通常所说的选煤是指：为了提高煤炭质量、提高原煤精纯度、满足生产需要，利用物理、化学方法，去除原煤中矸石等杂质，并且按粒级、质量等级分类的过程[1]。目前，研究去除原煤中的灰分和硫分技术是选煤技术研究热点。

我国各大选煤厂选煤工艺均已向国际先进水平看齐；选煤装备的状态监测水平、自动化程度、高效性和可靠性都有显著提高；选煤过程中的信息化和自动化控制技术也在不断的优化，这大大提高了装备的稳定性和作业效率。综合我国现有的选煤技术方法，根据选煤工艺的差异和原理的不同，选煤方法主要有：重介质旋流器选煤、浮游选煤、复合干法选煤、跳汰选煤、水介质旋流器选煤、摇床选煤和特殊选煤方法。

1.1 重介质旋流器选煤方法

20世纪60年代，我国选煤企业开始引入重介质选煤技术，相较于其他选煤方法，该方法具有精度高、适应性强、易于实现自动控制、分选下限低等优势。目前，重介质旋流器选煤工艺已被广泛应用于各大选煤厂。

该方法主要利用离心力对原煤进行分选，分选过程复杂。简而言之就是，给重介质旋流器设置合格介质给料压力、循环介质量等参数，以此实现煤的分选[2]。这种方法适用于分选难度较大的煤。影响重介质旋流器选煤工作效率的因素主要有：原煤密度大小、旋流器循环介质的量的大小、旋流器中所加入的悬浮液的稳定性、旋流器直径大小等。局限性为：存在螺旋流问题；重介质旋流和整个工艺流程较为复杂，系统容易发生故障，操作人员维护检修工作量大；成本较高。

1.2 浮游选煤方法

浮游选煤简称浮选，是根据煤与矸石表面润湿性的差异，利用浮选机进行分选的一种方法。目前我国的浮选技术大有进展，浮选设备性能大幅提高。浮选理论研究的难点和重要方向是浮选过程的强化[3-6]，包括：①选前的预处理；②浮选过程中的药剂(如乳化剂、改性药剂等)强化作用；③加入表面活性剂。浮选方法缺点为：过程适应性较差，煤泥可浮性的非均匀性变化对分选效果影响较大，设备适应性及精细化程度不高。鉴于精煤灰分的测量对煤泥浮选自动化生产的重要性，郭西进等[7]提出了一种基于泡沫图像的浮选精煤灰分预测方法。D.FENG等[8]在其研究中验证了超声波可以有效清洗粘附在煤颗粒表面的粘土，提高浮选精度。

1.3 复合干法选煤技术

我国煤炭主要分布在山西、内蒙古等干旱缺水地区，因湿法分选对水的需求量大，因此采用干法分选技术可有效解决选煤水耗的问题。干法分选是在空气中以煤和矸石的密度差异为依据进行分选的选煤方法。该方法具有成本低、工艺简单、占地小、能耗少、能有效分选褐煤等易泥化煤的优点。局限性为：对入料外在水分有要求，一般不高于9%；分选精度低；自动控制水平不高。

为实现干法选煤的自动控制，范庆辉等[9]设计了一套基于PLC和IFIX的选煤过程控制系统；邓锋[10]对振动逆流干法分选系统中的激振力、振动频率等参数进行了优化，以澳大利亚某火电厂为实例，难选煤得到有效降灰，同时提高了精煤产率和分选效率。

1.4 跳汰选煤方法

跳汰选煤实质上是利用水流上、下扰动和重力作用，使得密度小的精煤浮到上层，随水流走；密度大的矸石等杂质则沉到下层，由对应的系统进行排矸，进而完成选煤过程。该方法运行成本低，分选工艺简单，设备操作方便，适应性强，分选效果良好，尤其是跳汰选煤分选粒度范围宽，能实现150～0.5 mm粒级原煤的分选[11-12]。目前，我国使用的跳汰选煤技术在应用中得到不断优化和创新，日趋完善。因此，跳汰选煤法在我国各大选煤厂得到了广泛的应用和推广，尤其是在动力煤的分选中。

原煤性质会严重影响跳汰选煤的分选效率和精度，在分选极难选煤时，该方法的分选效率比重介质旋流器低，尤其是在原煤中细粒含量较多的情况下，跳汰分选会损失大量精煤。实际应用表明，当分选密度过低时，跳汰机的分选效果将无法保证；此外，跳汰选煤的洗水系统负荷量比重介质选煤大。

1.5 水介质旋流器选煤技术

水介质旋流器以煤粉颗粒密度的差异为依据，实现原煤分选[13]。该选煤方法简化了工艺流程、去除了介质回收工序，有效削减了主要分选设备的数量，生产成本低，处理能力强，非常适合处理粗煤泥。水介质旋流器分选系统简单，只能分出两种产品，故可以考虑把单段选改为两段选。但此种选煤方法一般分选精度低，产率和效率不高[14]。

1.6 浅槽重介分选机选煤方法

浅槽重介分选机原理为：在给料端下部和分选机底部分别引入水平介质流和上升介质流，原煤在悬浮液中根据密度大小分层，大于悬浮液密度的杂质沉到浅槽下部，由刮板输送机排出；在水平介质流的作用下，小于悬浮液密度的物料则通过前端的排料口排出，作为精煤产品，从而完成原煤分选[15]。相较其他重介分选机，浅槽重介分选机的优点是结构简单，易于操作和维护；该机采用刮板输送机从分选槽底部运输重产物，减少了运输设施对悬浮液的扰动，稳定了悬浮液的密度，保证了分选效率；原煤在分选槽内停留时间短，减少了泥化现象，有利于较易泥化的夹矸煤的分选；分选粒度范围宽，并且可通过加长槽体提高处理能力，因此处理能力大。不足之处是，低密度物的运输完全依靠水平介质流的冲击力，对循环介质量要求较大，功耗相对较高。

1.7 摇床选煤方法

摇床选煤法也属于重力选煤方法，其工作原理为：利用水流冲洗和机械往复差动运动或脉动运动的联合作用，实现原煤分选。

摇床主要应用于13 mm以下的易选末煤和煤泥的分选，其优点是投资少，系统简单，易操作，分选效果好，尤其对于高硫细粒煤来说脱硫效果好，故该方法主要应用于我国煤炭含硫较高的西南地区选煤厂。不足之处是单层摇床占地面积大，空间利用率极低[16]。

1.8 其他特殊选煤方法

以煤与矸石的导电率、摩擦系数、射线穿透能力等物理性质的不同为依据而实现分选的方法，如：静电选煤法、摩擦选煤法以及X射线选煤法等[11]。由于这些方法在生产实践中不常用，故不作过多介绍。

2 选煤关键工艺分析

开采之后的原煤必须经过受煤、筛分、粉碎、选煤、储存及装车等加工环节之后才能投入实际应用。选煤是其中最关键的一个工艺环节。选煤的主要工艺过程简述如下：

(1)受煤。受煤是选煤的第一个环节，主要目的是为了缓解煤矿井下存储空间的压力，通常会在井口周围设有一定容量的煤炭存储库，将井下的煤炭暂存到库里，为煤炭生产过程的持续提供保障。

(2)配煤。为使最终精煤产品符合客户要求，将各种原煤按照一定比例掺配的过程称为配煤。

(3)筛分。将开采出来的原煤按照粒度大小进行分类的过程称为筛分。可将原煤分成粒度不同的等级，以便于后面工艺中的分选。在我国选煤企业中，筛分技术较成熟。

(4)破碎。从矿井开采出来的原煤一般尺寸较大，这对分选设备的容量来说是一大挑战，因此在选前需要利用破碎机将大块煤破碎成小块煤，这个过程称为破碎。对于夹矸煤来说，破碎还可让煤和矸石分离，利于后续分选。

(5)分选。分选是整个选煤工序中最关键的环节，主要是根据煤和其中杂质的物理或化学性质的差异，采用各种分选设备，去除原煤中的杂质，并将产品分为不同质量等级，以适应用户的需求。现代化的选煤厂是由许多作业系统组成的综合机械加工系统。

3 选煤技术发展趋势展望

目前，市场对洁净煤的需求量大，而选煤过程存在分选效率不高、系统自动化和智能化程度不足等问题，迫切需要结合前沿科学技术，研究新型设备及选煤方法。目前，我国选煤技术面临的挑战或需要深入研究的技术主要有以下几个方面：

(1)在重介质旋流器选煤过程中，旋流器内部流场的研究，提高耐磨材料性能，优化工艺，提高分选效率是今后一大研究方向。

(2)为了满足煤炭资源需求大、开采规模大的现状，应不断改进设备，使其向自动化、智能化、大型化、精细化方向发展，降低洗选过程的人为误差。

(3)在选煤工艺中增加智能状态监测及控制系统，以提高选煤设备可靠性和过程控制质量，满足现代化生产需求。

(4)研究各交叉学科，并融合化学、物理模型和数学分析方法，发展高效、洁净的选煤技术，研究能耗少、污染小的磁悬浮选煤技术。

(5)鉴于我国市场需求，考虑到选煤的经济性和环保性，还应侧重研究选煤工艺优化、改造与创新，提高选煤过程自动化控制水平、加强选煤装备的研发、实现选煤过程的洁净化。