动力煤是指工业锅炉、发电、民用燃煤、窑炉的统称,动力煤消耗量约占我国煤炭消费总量的70%,其中电力行业消费量又占动力煤消费总量的70%以上。随着国家西部大开发战略的逐步实施,我国煤炭资源的开发逐步西移,陕西、内蒙古、宁夏、新疆等地产量高,且主要以低灰、低硫、高挥发分、高发热量的动力煤为主,而华中、西南、华南等地虽然不是产煤重点地区,但也盛产高灰、高硫、中发热量的无烟煤、贫瘦煤,这些地区大部分矿井采出原煤经分选加工,降灰降硫后作为电厂发电用煤。由于各类型锅炉对产品的质量要求不同,供煤单位尚未完全按照用户炉型要求的品种和质量供煤,导致锅炉热效率比国外低15%-20%,造成能源浪费,产生严重的环境污染。

近几年,随着市场经济的发展和环保要求的提高,原煤入选量逐渐加大,对发电用煤的硫分要求也越来越严格,因此加大动力煤入选量,降低硫分,提高发热量已成为必然趋势。建瑞革通过分析宁东选煤厂梅花井分厂的选煤工艺状况,提出了动力煤选煤厂块煤浅槽+末煤重介工艺适应市场多元化要求,灵活性较强。钱爱军分析了目前国内外动力煤选煤工艺,提出规模大型化、生产高效化、设计通用化和模块化是动力煤分选的发展趋势。曹建波研究表明,生产和消费决定了我国煤炭运输“西煤东调,北煤南运”的格局,大量低热值动力煤的远距离运输造成动力资源的浪费,建议通过高效分选降低运输成本。

选煤工艺直接决定了选煤厂的产品结构、生产方式、运营成本、经济效益,因此动力煤选煤厂选煤工艺的研究、工艺流程的制定既要符合原煤特点,满足用户要求,又要最大化提高产品回收率。笔者在分析动力煤分选特点的基础上,论述了国内外主要动力煤分选工艺,并对其进行展望,以期为新建、改扩建动力煤选煤厂提供参考。

1、动力煤分选特点

目前我国动力煤选煤厂入选原煤多为低变质程度动力煤,一般为无烟煤、贫瘦煤、长焰煤、不黏煤或弱黏煤等。相对于炼焦煤以降低原煤灰分为主,动力煤分选具有以下特点:

1)产品结构多元化。一般动力煤选煤厂根据市场需求分大块煤、中块煤、小块煤、混煤、优质动力煤、一般动力煤等多种产品。

2)以提高精煤发热量,排除矸石及杂物为目的。对于高硫原煤地区,动力煤还以降低硫分,提高发热量为目标。

3)对产品水分的要求更加严格。由于动力煤水分对发热量的影响和灰分对发热量的影响基本等值,因此脱水很关键。

4)动力煤分选的盈利性较差。虽然国家对动力煤深度分选并无具体要求,但随着市场要求,特别是电厂对燃煤要求越来越严格,以及国家对环境保护要求的提高,动力煤必须进行深度分选,大幅降低加工成本以增加吨煤利润,提高企业市场竞争能力。

2、动力煤分选工艺

2.1 块煤排矸工艺

块煤排矸工艺流程如图1所示。

1)浅槽排矸工艺。重介质浅槽分选机是依据悬浮物下沉原理,以磁铁矿粉为重介质,在水平流与上升流的共同作用下,比重介质轻的煤上浮,比重介质重的矸石下沉实现分选。重介浅槽分选机分选粒级较宽,最佳分选粒度为200-13mm,分选精度高。重介质浅槽分选既适合低密度分选出精煤,又适合高密度排纯矸,适用于难选和极难选煤,但系统相对复杂,需要添加重介系统;需要脱介和介质回收系统,产生介质消耗,生产成本高。

2)动筛跳汰机排矸工艺。动筛跳汰机是20世纪70年代德国卡哈德公司针对400-500mm原煤排矸工艺提出的,目的是减少人工选矸,降低劳动强度和运营费用。动筛跳汰机利用筛板做上下往复运动,使筛板上的物料按密度分选,分选深度一般是50mm。动筛跳汰机优点是工艺简单、用水量极少、辅助设备少、节约动力、易操作、维护方便、建设及使用费用低,适于易选煤;缺点是要求入料必须均匀,入料不均匀会造成矸石中带精煤,分选精度低于重介质浅槽分选机。

2.2末煤分选工艺

跳汰机、三产品重介质旋流器、两段两产品重介质旋流器分选工艺流程如图2所示。

1)跳汰机分选工艺。跳汰机分选采用定筛跳汰机分选动力煤,适于易选煤,具有系统简单、动力消耗小、设备台数少、投资成本及运营成本低等优点,缺点是分选精度低,特别对于难选煤,矸石带精煤现象比较严重,降低了精煤回收率。跳汰机分选工艺由于系统简单投资低仍有一些选煤厂采用,如贵州挖垄沟选煤厂等。

2)三产品重介质旋流器分选工艺。目前选煤厂应用最多的三产品重介质旋流器是由一段圆筒、二段圆锥串联构成,按入料方式不同分为有压和无压两类。动力煤选煤厂重介分选选用三产品重介质旋流器作为末煤主选设备,只出精煤和矸石2种产品,最大优点是能以1.30-1.50g/cm³低密度悬浮液实现1.80-2.10g/cm³的高密度分选,且制备介质容易,减少设备和管道磨损,系统简单,操作方便,节省投资。该工艺已成功应用于谢桥选煤厂、白岩选煤厂、盐井选煤厂、代池坝选煤厂等。

3)两段两产品重介质旋流器分选工艺。两段两产品重介质旋流器分选工艺是以磁铁粉为重介质,采用2个独立的两产品重介质旋流器,其中一段旋流器分选出的底流可进入二段旋流器继续分选,每段密度在线可调,避免了三产品重介质旋流器二段密度在线不可调的缺点,分选出3种产品。该工艺比较灵活,适用面广,可根据煤质变化和产品用途分选不同品质的产品,缺点是需要2 套介质系统,系统相对复杂,投资较高。该工艺已在山西原平选煤化工有限公司选煤厂、山西王庄煤矿选煤厂等成功应用。

2.3细粒煤泥回收工艺

原煤脱泥工艺流程如图3所示,细粒原煤分级不入选工艺流程如图4所示。

1)原煤脱泥工艺。传统的动力煤处理煤泥采用1.5或2mm湿法脱泥工艺,脱后煤泥采用煤泥重介或TBS回收,如王坡、南桐、太原、邢台、双柳等选煤厂应用。煤泥不进主选系统,降低了主选系统的加工成本,缺点是需要增加煤泥回收系统,系统相对复杂。煤泥重介分选一般采用螺旋分选机或煤泥重介质旋流器,选后微细介质的净化和回收流程尚待完善。TBS适于分选易选煤,对于难选煤效果较差。

2)细粒原煤分级不入选工艺。随着国外高效率、低筛缝分级设备的引进,越来越多的动力煤选煤厂采用细粒原煤干法分级,6 或3 mm 分级现象普遍,分级后的细粒原煤可以不入选,直接成为产品,减少了系统的煤泥量,降低了投资成本和运营费用,提高了回收率。重庆松藻白岩选煤厂、重庆天弘盐井选煤厂等均采用深度筛分的干法分级工艺。

2.4煤泥水处理工艺

动力煤选煤厂煤泥水处理很少有浮选工艺,这是因为绝大多数动力煤的煤泥可浮性较差,而浮选成本高、投资大,投入和产出差距较大。目前国内大部分动力煤选煤厂煤泥水选用简单的浓缩压滤工艺,也有采用两段浓缩和沉降离心机、压滤机脱水工艺,该工艺可将回收的煤泥掺入精煤,装仓或外卖,提高经济效益,缺点是投资成本高,系统复杂。煤泥水处理流程如图5 所示。

3、动力煤选煤工艺展望

1)开发先进、高效、大型化、低能耗的煤泥水处理工艺及设备,让煤泥成为产品掺入混煤,提高产品回收率。

2)研究高效率、细粒径的干法深度筛分设备,提高筛分效率,使大部分细颗粒原煤不入选直接成为产品。

3)开发高效的浓缩分级浮选工艺和设备。开发高效浮选机,扩大浮选机的分选深度,对于可浮性好的动力煤选煤厂,可增加浮选工艺,提高粗煤泥和浮选精煤的回收率,减少煤泥损失。

4、结语

动力煤选煤厂具有产品结构多元化,产品市场销售价格低于焦煤价格等特点,选煤厂应根据原煤特性,用户对产品的结构和质量要求,结合建厂规模及选煤厂实际情况,选择先进合理、系统稳定、适应灵活的选煤工艺及设备。未来动力煤选煤厂将朝着设备大型化、生产高效化、厂型模块化等方向发展,着重开发先进、高效、大型化、低能耗的煤泥水处理工艺及设备,研究高效率、细粒径的干法深度筛分设备,开发高效的浓缩分级浮选工艺和设备等。