干法选煤工艺在河南能源的典型应用及启示

张振红

(河南能源化工集团 采购公司，河南 郑州 450016)

1 概 况

河南能源化工集团有限公司(简称“河南能源”)，主要涉及能源、化工、现代物贸等产业。旗下主要有永城煤电控股集团有限公司(简称“永煤公司”)、义马煤业集团股份有限公司(简称“义煤公司”)、焦作煤业(集团)有限责任公司(简称“焦煤公司”)、鹤壁煤业(集团)有限责任公司(简称“鹤煤公司”)和河南省中原大化集团有限责任公司、河南省煤气(集团)有限责任公司等，随着省外规模的发展又成立了河南能源新疆控股有限公司(简称“新疆公司”)和贵州豫能投资有限公司(简称“贵州公司”)。

截止2019年底，河南能源旗下各煤业公司所属煤矿先后购买干法选煤设备共计33台套，2010年前后分别为13和20台套。虽然2010年之前干法选煤在鹤煤公司九矿和义煤公司石壕煤矿运行效果比较理想，但由于受煤炭粒度组成和水分等因素影响，在贵州的黔金矿、洛阳龙门矿和安阳大众矿等部分矿井使用效果不佳。项目实施后，虽然产品发热量可提高1.26 MJ/kg以上，但由于人们习惯性地将干法选煤与通过洗选加工生产冶金炼焦、喷吹煤的湿法选煤工艺进行比较，不少人对干法选煤认识存在一定偏见，以至于关注不多、重视不够，甚至抱着排斥的态度，干法选煤的推广应用受到一定影响。

随着干选技术的发展与我国对商品煤质量要求的提高，煤炭入选率不断提高，干法选煤工艺应用范围不断拓展，同时分选效果也不断提高。2010年后特别是近几年，河南能源干选项目明显增多，且运行效果较好。据统计，采用干法选煤之后，义煤公司的产品发热量提高1.67～2.51 MJ/kg、硫分降低0.8～1.2个百分点；永煤公司的龙门矿[1]、嵩山矿分选后产品发热量都提高了3.35 MJ/kg；贵州公司高山矿2019年初投入运行后，产品发热量提高4.18 MJ/kg左右，实现了为黔希煤化工稳定供应原料煤的目的，增效更为显著。对干法选煤工艺的认识也在逐渐改变，但在实施过程中也发现一些需要改进的环节和做法。

2 干法选煤在河南能源的典型应用

2.1 鹤煤公司九矿

九矿前期原煤灰分小于17%，能够直接满足动力煤和当时高炉喷吹煤用户需要。随着放顶煤技术的应用，选出大块煤和矸石后原煤灰分高达25%左右。为选择合适加工工艺、提高产品质量，所做原煤筛分试验结果为：0～50 mm混煤、灰分26.31%，其中0～6 mm占48.07%、灰分17.80%；6～50 mm占51.93%，灰分34.19%。0～6 mm粒级可基本满足用户需求，6～50 mm粒级必须分选加工。虽然重介浅槽、斜轮、立轮分选机、重介旋流器等设备的分选精度较高，基于1998—1999年企业经营困难，经过联系厂家试验后，决定建设复合干选简易排矸系统。干选试验结果见表1。干选系统投运后，月综合试验结果为：入选前小于50 mm混煤灰分23.39%，其中0～6 mm占48.07%、灰分17.13%；6～50 mm占51.93%、灰分29.19%。6～50 mm入选后的结果见表2。

表1 鹤煤公司九矿干选试验结果

表2 鹤煤公司九矿6～50 mm粒级选后产品平衡

6～50 mm粒级干选轻产物与小于6 mm粉煤混合作为最终产品，解决了销售难题，平均灰分16.85%，还可筛出占入选总量6.89%的25～50 mm中块煤单独高价销售，当时每年合计增效440.58万元[2]。

2.2 义煤公司石壕矿

石壕煤矿虽建有重介洗选系统，但只能处理20%的原煤，直接销售灰分37%以上原煤，不仅价格低且销售困难。筛分试验结果显示：50～8 mm粒级灰分高达63.41%，8～0 mm灰分32.42%。2001年1月石壕矿购买了FGX-6型复合干选机设备用于分选50～8 mm筛上物。入料灰分63.41%，硫分6.54%，分选精煤灰分和硫分分别为31.41%和1.91%，分别降低32和4.63个百分点。干选精煤和小于8 mm粒级产物混合后，灰分由37%降到32%，硫分由2.5%降到1.8%，从次煤中回收3.3%的煤炭，充分回收了煤炭资源。据统计，该矿2005年加工原煤63万t、增效717.5万元。继石壕矿成功应用后，义煤公司又在新安矿、常村矿等配备了FGX-6、FGX-24型干选成套选煤设施，并达到了预期效果[3]。

2.3 永煤公司嵩山矿

嵩山煤矿属于中高发热量、粉状无烟煤。原煤发热量在16.74～18.83 MJ/kg之间，硫分1.3%左右。中国矿业大学所做原煤浮沉资料显示：大于13 mm粒级块煤产率7.55%、灰分68.25%；小于13 mm粒级末煤灰分为38.27%；原生煤泥含量高达33.14%、灰分为27.14%。且该矿煤易碎、遇水严重泥化。2011年11月5日在永锦选煤厂做生产试验，再次证实了嵩山矿原煤遇水泥化严重，精煤和煤泥产品脱水极度困难，原生煤泥+次生煤泥产率占原煤总样的51.24%，重介单耗明显偏高。2011年、2012年先后2次计划实施湿法选煤方案，考虑煤质特性、产品定位等因素，从投资、效益、市场与湿法选煤经济可行性等多次反复论证，直到2015年结合干选试验结果，决定采用复合干选工艺。系统投运后，产品发热量提高3.37 MJ/kg，硫分降低0.49个百分点，产品质量满足河南省对商品煤质量的相关要求，复合干选对细粒易泥化煤实现了成功分选。经测算，电煤价格在硫分小于1.0%时，分选前后综合售价由210元/t提高到234元/t，吨煤售价提高24元/t。干选系统投资300万元，正常生产一个半月就收回投资[4]。

2.4 贵州公司安顺矿

安顺矿只有筛分系统，为解决块煤含矸率高的问题，2015年初开始启动干选项目，一度受各级领导和技术人员对干法选煤片面认识的影响进展缓慢，2015年11月份联系试验车到现场直接做干选试验，结果显示分选效果明显。2017年系统投运后，块煤含矸率由以往的30%～50%降低到10%左右(主要是夹矸煤和片矸)，折合吨煤售价增加15～20元，同时末(粉)煤发热量较筛末煤提高1.26～1.67 MJ/kg，年增收1 500万元以上，系统运行4个月就收回了投资。但由于维护不到位，2018年初系统几乎失去了分选效果，在上级公司督促下，该矿对系统进行全面检查、清理、检修，更换了分选床面，并建立了系统检修与考核制度，严格落实，使系统恢复到了正常状态[5]。

2.5 贵州公司高山矿

高山矿开采4号、9号2个煤层，9号煤原煤发热量在19.66～25.10 MJ/kg、全硫2%～4%；4号原煤发热量在14.64～18.83 MJ/kg，全硫4%～6%。该矿在基建阶段曾经考虑配套建设选煤厂，由于严重缺水，因此仅配套了简易筛分系统。筛块煤发热量12.55 MJ/kg左右且产率低，筛末煤发热量比原煤可提高1.67 MJ/kg左右(见表3)，但受地质条件影响，发热量随原煤质量变化而大幅波动，只有部分时段可以满足化工使用，只能按20.92 MJ/kg为基准，以每百卡(418J)8元/t价格销到当地电厂。同时，贵州公司所属黔希煤化工所用原料煤以每百卡13～15元/t的高价大量外购。结合集团公司内部干法选煤的成功应用，对高山矿2个可采煤层分别采样进行半工业性试验，试验结果显示分选效果较理想。经过论证，确定在高山煤矿采用ZM-150型干法分选机对该矿原煤进行分选加工，2019年3月初开始安装，20 d进入调试阶段。

表3 高山矿煤炭筛分试验结果

干选系统运行后，4号煤精煤发热量最高提升4.64 MJ/kg、最低提升3.15 MJ/kg，平均提高3.94 MJ/kg；精煤产率平均为68.92%、硫分降低接近1个百分点；9号煤灰分平均降低10.07个百分点、硫分降低1.14个百分点、发热量提高3.80 MJ/kg，达到23.10 MJ/kg。干选前发热量20.92 MJ/kg左右的末煤作为电煤售价为400元/t，干选后精煤作为化工原料煤可售价736元/t，并有效规避了湿法工艺用水难题。干选精煤产率83.05%、吨原煤加工费按5元计，吨煤增收为736×83.05%-400-5=206(元)[6]。

2.6 马泰壕矿干选试验与重介分选生产结果对比

对比马泰壕煤矿2019年干法分选试验结果(表4)和现有重介浅槽分选工艺分选结果(表5)发现：50～0 mm干选试验结果与重介浅槽选后块煤灰分基本相当，2种分选方法得到的50～25 mm、25～13 mm块煤灰分均可控制到6%以内，表明块煤通过干选完全可达到重介分选的指标。但干选工艺不用水，选后块煤水分更低，故低位收到基发热量更高。同时，干选后13～0 mm末煤灰分可控制到10%以下，低位发热量可提高到26.69 MJ/kg左右，达到了化工用原料煤的质量要求；还可根据用户实际需要灵活调整产品质量定位，比如可生产发热量为23.01 MJ/kg左右中煤作为电煤，以保障稳定生产灰分8%或更低的冶金喷吹用煤。

表4 2019年马泰壕矿50～0 mm原煤干法分选试验结果

表5 马泰壕矿选煤厂2019年上半年重介系统产品数质量统计

3 干法选煤应用启示与推广建议

3.1 末煤干选技术已经成熟

高山矿煤炭筛分试验结果(表3)显示，原煤中大于25 mm粒级含量仅3.3%，且灰分高达69.14%，小于13 mm粒级占87.32%；河南能源嵩山矿原煤大于13 mm粒级产率仅为7.55%，灰分高达68.25%。2矿原煤粒度组成中主要为小于13 mm粒级，由2矿干选系统分选效果可以判断：干法选煤对小于25 mm、甚至小于13 mm 粒级煤炭有明显分选效果。笔者认为，当前末煤干法选煤技术已经基本成熟，可以结合煤质和用户需求实际用于末煤分选提质，有效降低工程投资和系统运行成本[7]。

3.2 干法选煤的适用对象

3.2.1 适宜于化工和电力用煤的加工提质

当前我国煤炭用途正由单一燃料，向原料和原料、燃料兼用的方向转变，快速发展的现代煤化工原料煤将是煤炭需求的主要增量。特别是化工原料煤不仅仅需要一定的固定碳含量(发热量)，而且要考虑影响灰熔融性的灰成分指标，考虑气化炉的安全与长周期运行，气化原料煤还需要一定的灰分含量。化工原料煤需要合适的灰分定位来保证相应的灰熔融性，并不是纯粹的灰分越低越好[8]。同时，随着我国能源结构持续调整，火力发电新上项目优先鼓励调峰，调峰发电机组的深度调峰需要相对热值较高和均匀稳定的燃料煤，发电用煤没必要像冶金用煤那样进行深度分选加工。所以投资少、系统简单、运行成本低的干法选煤工艺更适合化工和发电用煤的分选加工。

3.2.2 适宜于煤与矸石泥化或干旱缺水冬季寒冷地区的煤炭加工

典型的嵩山矿煤易泥化，高山矿缺水等都适合采用干选加工提质增效。我国绝大部分的高挥发分煤炭资源赋存在干旱、缺水的西北部，这些地区冬季寒冷，并存在矸石、甚至煤炭泥化现象，采用湿法洗煤所产生的煤泥难以均匀掺配、冬天难以装卸运输。而煤泥干燥不仅成本较高，还受到环保政策的制约[8]。

化工和电力用煤的分选加工采用干法选煤可以有效避免上述问题，特别是我国北方赋存量极大的高挥发分不粘煤、长焰煤和褐煤，近年来一直探索煤泥减量化，而干法选煤工艺不产生煤泥、无疑是煤泥减量化的最佳选择，避免湿法分选后出现煤炭产品降灰增水，发热量不升反降的尴尬局面[9]。

3.2.3 适宜于易选煤块煤的分选加工

由高山矿、龙门矿、嵩山矿等干选项目实践经验可知，干选系统实际生产和试验分选效果是吻合的；马泰壕矿原煤干选试验结果与现有重介浅槽实际生产结果基本相当；同时从现场看到，在贵州安顺和轿子山矿分选过程中，块煤所谓的含矸率是几乎没有纯矸，绝大多数都是密度高的夹矸煤和中煤，所以对于易选和极易选煤的块煤采用干法选煤工艺理论上是可行的。为了简化流程，可以采用小于50 mm或小于80 mm混合分选后再进行分级，得到所需要的不同粒度规格的精煤产品，从而有效避免矸石(煤炭)泥化，避免煤泥的高额处理成本。

3.2.4 适宜于冶金煤选煤厂入选原煤的预排矸

随着煤炭开采行业设备向着大型化、重型化、自动化、智能化等方向发展，煤矿井下控制煤质的措施越来越少；随着煤矿开采深度和年限增加，矿井煤质越来越差，现有配套选煤厂处理能力随着煤质变差而相应降低。为保证选煤厂具备与矿井相匹配的加工处理能力，需要相应改造，而传统的湿法工艺扩能改造，投资大、占用场地空间大、影响生产时间长。采用占地空间小、投资少的干法选煤工艺对选煤厂入洗原料煤预排矸的改造方案是一个很不错的选择[10]。

对于新建厂可充分发挥干选预排矸综合优势，提高入洗原料煤质量，降低精选(湿法选煤)设计与投资规模，从而降低综合成本。笔者认为，通过干法预排矸“初选”，再由湿法选煤“精选”生产满足冶金煤用户需要的产品或优化产品结构，从而提高综合效益将是今后的方向和趋势[11]。

3.3 重视干选系统维护与保养

任何设备都需要相应的维护和保养，干选设备也不例外。由安顺矿的应用发现，如果不及时清理风道、更换分选床面，干选系统分选效果将降低，甚至失去分选效果，因此，必须建立相应的检修、保养机制，并严格执行。

3.4 快速大面积推广需要规范设计

实施过程中发现，干选项目虽投资少、见效快，但缺少类似于湿法选煤工艺那样系统的设计方案和正规设计图纸，难以适应国有企业严格的项目建设程序需要。为此，建议干选设备制造厂家尽快改进或与选煤设计单位结合，相互取长补短，完善工艺系统方案、规范设计施工图纸。进行系统设计时不仅要综合考虑系统分选功能、原料入料和产品仓储等环节，还要考虑安全环保等环节。严格按照项目程序操作，完善工程施工组织与安全措施，以便在国有企业顺利推广应用。