本文由陳建強、常博等人發(fā)表在《煤炭加工與綜合利用》期刊2021年第6期上，原題目為“煤炭干法分選技術(shù)應用與展望”一文，內容有刪減。該課題受?chē)夷茉醇瘓F科技創(chuàng )新2030重大項目先導項目(GJNY2030XDXM－19－07.2)和國家自然科學(xué)基金項目(U1903132)資助。論文梳理了干法分選技術(shù)的研究進(jìn)展，指出了目前干法分選技術(shù)的瓶頸，展望了未來(lái)干法分選研究的發(fā)展趨勢與重點(diǎn)，為干法選煤技術(shù)的研究提供相關(guān)借鑒。

正文開(kāi)始前，讓我們先來(lái)感受一下上海廟礦業(yè)公司一號礦600萬(wàn)噸/年干法選煤廠(chǎng)的超燃現場(chǎng)！

1 國內選煤現狀與機遇

從煤炭分選方法上看，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，濕法分選技術(shù)非常成熟，且由于其精度優(yōu)勢，目前在分選加工領(lǐng)域占據主導地位。我國煤炭2/3分布在西北地區，由于西北地區水資源缺乏，煤炭資源與水資源地理位置上的不匹配嚴重制約著(zhù)濕法分選的發(fā)展。濕法選煤依賴(lài)水資源，存在能耗高、生產(chǎn)成本高、消耗大量水資源的缺點(diǎn)，同時(shí)會(huì )產(chǎn)生約10%左右的煤泥副產(chǎn)品，存在環(huán)境污染隱患。近年來(lái)，隨著(zhù)智能光電、復合式(ZM)分選機、干法重介質(zhì)流化床等干法選煤技術(shù)的快速發(fā)展與突破，干選技術(shù)分選精度得到了大幅提升和大規模推廣應用，彌補了濕法選煤的不足。

2 干法分選技術(shù)的研發(fā)及應用現狀

干法選煤技術(shù)主要是利用煤與矸石物理性質(zhì)(密度、粒度、光澤、磁性、導電性、射線(xiàn)吸收等)的差異實(shí)現分選，分選過(guò)程不用水，無(wú)煤泥水處理系統，生產(chǎn)成本低。近年來(lái)，我國干法選煤技術(shù)取得重要突破，在動(dòng)力煤與煉焦煤分選中發(fā)揮了重要作用。目前，干法選煤應用比較成熟的主要有智能光電分選、復合式干法分選、干法重介質(zhì)流化床等技術(shù)。

2.1 智能光電分選技術(shù)

目前，智能干法分選機主要利用煤和矸石對X射線(xiàn)、γ射線(xiàn)的吸收和散射程度不同，探測器卡接收到的射線(xiàn)量也有所差異，形成具有黑白對比度不同的影像，實(shí)現對煤和矸石的識別與分選，其分選過(guò)程示意圖如下圖所示。近年來(lái)，智能干法分選機對塊煤的分選精度較高，可簡(jiǎn)化工藝流程，減少人力投入。

2.2 復合式干法分選機

唐山神州機械集團有限公司經(jīng)過(guò)多年的自主創(chuàng )新，實(shí)現了復合式分選機的高精度分選，相繼開(kāi)發(fā)了FGX系列復合式干法分選機、ZM系列礦物高效分離機等。近年來(lái)，神州機械與中國礦業(yè)大學(xué)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合創(chuàng )新，研制了大型復合式干法分選機，處理能力達到1000t/h，數量效率大于90%，實(shí)現了煤炭大規模干法分選提質(zhì)，主要應用于塊煤、末煤的干法分選。

復合式干法分選機的分選系統主要包括分選床面(布風(fēng)板、格條、背板、振動(dòng)裝置、風(fēng)室、溢流堰等)、供風(fēng)裝置、除塵凈化裝置等。分選過(guò)程中，在氣流和振動(dòng)的復合激勵下，入選原煤在分選機的床面上作螺旋翻轉運動(dòng)，受到振動(dòng)離析作用、氣流曳力作用、自生介質(zhì)、浮力效應等綜合作用，精煤和矸石按照密度進(jìn)行分離，如下圖所示：

2.3 干法重介質(zhì)流化床分選機

干法重介質(zhì)流化床分選技術(shù)以寬粒級的磁鐵礦粉和煤粉作為混合加重質(zhì)，壓縮空氣經(jīng)氣體分布器均勻布風(fēng)后進(jìn)入到顆粒層中，加重質(zhì)顆粒在上升氣流的曳力作用下形成具有似流體性質(zhì)的流化床層。通過(guò)控制磁鐵礦粉和煤粉的粒度組成，保證不同密度和粒度的兩種加重質(zhì)在分選流化床中不發(fā)生粒度和密度的離析現象，通過(guò)控制煤粉的含量，控制流化床層的密度，進(jìn)而控制分選密度。入選原煤在具有一定密度的流化床層中按密度進(jìn)行分層，密度較低的精煤產(chǎn)品浮于床層表面，密度較大的矸石沉積于床層底部，分別通過(guò)撥煤輪和刮板輸送機排出機外，脫介后形成精煤與矸石產(chǎn)品。分選過(guò)程如下圖所示：

中國礦業(yè)大學(xué)從事煤炭干法流態(tài)化分選理論、技術(shù)與裝備研究近40a，在國際上創(chuàng )立了系統的氣固流態(tài)化干法分選理論，開(kāi)發(fā)了干法重介質(zhì)流化床分選關(guān)鍵技術(shù)；與神州機械產(chǎn)學(xué)研合作，開(kāi)發(fā)了世界上首套模塊式高效干法選煤工藝系統，實(shí)現了對100～6mm煤炭的高效干法分選，可能偏差Ep值為0.05～0.08g/cm3，在國內外實(shí)現了煤炭高精度干法分選。中國流態(tài)化干法選煤技術(shù)的快速發(fā)展與突破使其再次成為國際研究熱點(diǎn)，美國、日本、加拿大等國長(cháng)期跟蹤中國礦業(yè)大學(xué)的研究，國外目前仍處于實(shí)驗室或中試階段。

3 干法分選技術(shù)發(fā)展方向

通過(guò)前文的應用分析，未來(lái)干法選煤有很大的發(fā)展空間，按照平均每臺干選設備處理能力0.7Mt/a計算，到2025年預計產(chǎn)能41億t，入選率85%，相較于2020年39億t產(chǎn)能，入選率74.1%，新增入選產(chǎn)能6億t，適合干法分選的大于6mm粒級按占比70%計算，總計新增產(chǎn)能需求4.2億t，干選設備占有率按70%計算，增量市場(chǎng)空間為420臺。同時(shí)，現階段動(dòng)力煤入選約21億t，大于6mm粒級占比70%，未來(lái)20a設備更新?lián)Q代，擬按70%生產(chǎn)系統替換為干選設備，存量產(chǎn)能市場(chǎng)空間為1460臺左右，平均每年替換73臺。到2025年考慮存量市場(chǎng)及增量市場(chǎng)，平均每年需求量約為157臺。2026—2030年煤炭產(chǎn)能預計維持41億t不變，入選率由85%提高至90%，新增入選產(chǎn)能2.05億t，同樣計算方式，增量市場(chǎng)空間為143臺，考慮存量市場(chǎng)的設備更新?lián)Q代，2026—2030年平均每年增量存量市場(chǎng)需求總量約為101臺?？梢钥闯?，若實(shí)現上述目標，干法分選技術(shù)仍然有很多的工作需要完善，具體可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行總結：

3.1 大力發(fā)展細粒煤干法高效分選技術(shù)

當前煤炭干法分選研究方向主要有基于煤有機組分與無(wú)機礦物密度差異的重力分選和基于有機組分與無(wú)機礦物能量吸收效率差異的射線(xiàn)分選，兩種研究思路在實(shí)踐上均存在局限性:隨著(zhù)粒度降低，細顆粒沉降速度受粒度影響權重增加，在空氣介質(zhì)重力場(chǎng)中不同密度細顆粒在有限時(shí)間與空間內無(wú)法完成分離，在氣固濃相介質(zhì)中受床層紊流干擾無(wú)法按密度離析，在射線(xiàn)分選技術(shù)識別與排料過(guò)程中精度與速度有限。細粒煤高效分選難題導致干法分選入料下限高，無(wú)法實(shí)現全粒級分選，限制了煤炭干法分選提質(zhì)效率與規模的拓展，嚴重阻礙了我國干旱缺水地區與易泥化煤炭的大規模潔凈化分選提質(zhì)。智能光電分選、復合式干法分選與干法重介質(zhì)流化床對粗粒煤的干法分選效果顯著(zhù)，在此基礎上研究光電分選技術(shù)的細粒煤布料效果、識別精度與排料速度，強化氣流—振動(dòng)復合力場(chǎng)的能量輸配，提出新型微細粒多元加重質(zhì)與床層密度調控方案，是解決細粒煤高效分選技術(shù)瓶頸、實(shí)現煤炭大規模高效全粒級入選的有效途徑。

3.2 推進(jìn)干選智能化系統建設

智能化、數字化是煤炭行業(yè)發(fā)展的趨勢。傳統煤炭分選技術(shù)實(shí)現了機械化與自動(dòng)化，但仍需要操作人員根據現場(chǎng)情況實(shí)時(shí)調整工藝與操作參數，智能化程度低，耗費大量人力。干法分選設備在提升分選性能的同時(shí)應重點(diǎn)提升智能化水平，這需要在選后產(chǎn)品指標自動(dòng)在線(xiàn)識別、分選狀態(tài)在線(xiàn)監測、分選模型自主優(yōu)化、關(guān)鍵參數在線(xiàn)調節等方面深度創(chuàng )新，實(shí)現“無(wú)人化智能干選系統”目標，節省人力成本，提高生產(chǎn)效率，減少安全隱患。

3.3 優(yōu)化輔助系統

干選工藝的廣泛應用，必然會(huì )增加現場(chǎng)除塵及降噪需求，因此干選設備發(fā)展過(guò)程中應該注重除塵及降噪的同步研究，進(jìn)一步提升選煤廠(chǎng)現場(chǎng)的工作環(huán)境，提升工人的幸福指數。同時(shí)，細粒煤精細干法篩分問(wèn)題也是干法處理細粒級煤炭分選的重要前置條件，深度脫粉是提高細粒級煤炭干法分選精度的關(guān)鍵。