中国选煤业现状与发展趋势.pdf

★专题论坛 中国选煤业的发展 ★ 中国选煤业现状与发展趋势 周少雷1 ,2 单忠键1 邓晓阳1 ,2 王 宏1 ,2 孙丽梅1 1 1 中国煤炭工业协会选煤分会,北京市青年沟路安源大厦510 , 100013 ; 21 北京华宇工程有限公司,北京市德外大街, 100011 摘 要 回顾了中国选煤业的技术进步历史,介绍了中国目前所应用的选煤技术及选煤 厂技术工艺概况,指明今后选煤技术的发展的基本趋势是选煤装备大型化;重介技术占主 要市场;装配式成为选煤厂建设的新模式;选煤过程自动控制和全厂自动化水平不断提高。 关键词 选煤技术 选煤设备 发展趋势 中国 周少雷,中国煤炭工业协会选煤分会理事长,北京华 宇工程有限公司总经理,国务院特殊津贴获得者,教授级 高级工程师。 1 中国选煤业技术进步回顾 中国煤炭洗选和深加工技术的发展已经和国际 同步,选煤厂应用的工艺技术已达到国际先进水 平。 1956年以前,中国选煤厂大多是英国、日本、 前苏联、波兰设计或合作设计建设的,如林西、滴 道、双鸭山、马头、株洲、太原等选煤厂。1956 年中国成立了选煤专业设计院 选煤设计研究院 现与北京煤炭设计院合并、更名为北京华宇工程 有限公司 , 部分煤矿设计院也设立了选煤专业。 同时还陆续成立了专门的选煤科研单位。 1 1959年12月26日,建成投产了我国第 1座自己设计、自己施工的大型选煤厂 邯郸选 煤厂,结束了我国不能自己设计选煤厂的历史。该 厂设计能力为115Mt/ a ,采用跳汰、浮选工艺。 2 1970年10月投产的田庄选煤厂是我国第 1座大型重介质选煤厂,设计能力315Mt/ a。选煤 工艺采用分级入选,分级粒度13mm , 13mm块 煤采用216m重介斜轮分选, 13～015mm末煤采 用 500mm重介旋流器分选,- 015mm煤泥采用 4m3浮选机分选。该选煤厂机械电气设备全部国 产,研制采用了36种新设备,如30m2共振筛、 30m浓缩机、WLC - 800离心机等,其中大部分 经生产实践证明是成功的,对改变我国选煤技术的 落后面貌起了积极的推动作用。 3 1987年投产的西曲选煤厂,是引进美国、 日本等国设备的现代化大型选煤厂,设计能力 315Mt/ a。该厂采用跳汰粗选,重介旋流精选、煤 泥浮选工艺,并采用了当时国内最大的选煤设备, 如永田27m2侧鼓式跳汰机、神户27m2筛分机、 维姆科14m3浮选机、伯德1418沉降过滤式离心 机、艾姆科200m2过滤机、丹佛2424螺旋干燥 机、750m2压滤机等设备。与其它引进成套选煤技 术装备的选煤厂不同,西曲选煤厂采用了“点菜” 的方式进行国际采购,从不同的国家引进先进设 备,由我国自己设计建成。西曲选煤厂和兴隆庄、 范各庄、钱家营等选煤厂的建设,使当时中国选煤 厂无论从工艺还是设备水平都向前迈进了一大步, 大大缩短了我国与国际选煤技术及其装备之间的差 距。这种自行设计、国际采购的建厂方式,标志着 我国选煤设计及其应用技术已跨入国际先进行列。 4 1991年8月,我国第1座以三产品重介 旋流器为主导工艺的大型选煤厂 铁东选煤厂建 成投产。采用分级入选技术, 13mm块煤跳汰 选、13～015mm重介选、- 015mm浮选,设计能 力112Mt/ a ,设备全部国产。铁东选煤厂技术先 进、设计合理、自动化水平高、经济效益好,被评 为国家优秀工程设计金质奖。该厂的示范效应,大 大推动了我国三产品重介旋流器和重介选煤技术的 发展。目前,我国三产品重介旋流器分选技术及其 11 中国选煤业现状与发展趋势 设备已日趋成熟,已形成系列化产品,并得到普及 应用,其技术居世界先进水平。 5 2000年8月,第1座国产高效装配式选 煤厂 伯方选煤厂投产。这是实施设计总承包建 设、全部设备国产化的高效装配式选煤厂,整个工 程建设周期10个月,该厂设计能力0160Mt/ a ,分 选粒度25～0mm ,选煤工艺采用有压三产品重介 旋流器、煤泥浮选、尾煤压滤联合流程。 在伯方选煤厂建成之后,又陆续投产了神华准 格尔、邢台东庞、晋城寺河等一批采购国际先进工 艺设备、适合中国国情的高效装配式选煤厂,受到 广泛好评。 6我国新落成的第1座特大型现代化选煤厂 安家岭选煤厂是国际上屈指可数的特大型选煤 厂之一。其设计能力15100Mt/ a , 2000年投产, 现已扩建为21100Mt/ a。该厂采用分级重介选煤工 艺, 13mm块煤采用重介刮板分选机、13～ 0115mm末煤采用重介旋流器分选。机电设备国际 招标采购,国内外设备都性能可靠、指标先进。该 厂设计中有多项技术创新,工艺系统、土建结构、 机电安装、自动控制等各方面都采用了新技术、新 工艺、新材料。生产实践证明,该厂各项指标均达 到或超过设计水平,全员效率高达每日260t。 2 选煤方法、常用工艺现状 211 常用选煤方法 我国地域广阔,煤炭资源丰富,煤种齐全,煤 质变化较大,从世界范围看,可选性属难选煤和极 难选煤。所以,各种选煤方法在我国均有应用,主 要方法为跳汰、重介、浮选以及干法选煤。 1跳汰。跳汰方法选煤对不同煤质的煤具有 广泛的适应性,具有系统简单可靠,生产成本低, 分选效果好等优点,长期以来一直被作为主要的选 煤方法,目前在我国各种选煤方法中约占60 的比 例。随着煤矿现代化和文明生产的开展,近几年动 筛跳汰逐步被推广应用,用来代替人工排矸。 2重介。重介方法选煤经过几十年的生产 实践和科学研究已日趋成熟,特别是重介旋流器分 选技术取得重大进展。这主要归功于耐磨材料的应 用,它延长了设备和管道的使用寿命,以及密度自 动控制水平的提高,它使生产操作更加简单,同 时,也降低了介质消耗。由于重介选煤的投资及生 产成本已与跳汰接近,而随着社会对精煤产品的要 求提高,使近几年重介方法得到突飞猛进的应用, 大有取代跳汰方法成为第一的趋势。 3浮选。浮选技术在我国发展很快,但在 应用中,只有炼焦煤选煤厂和用于高炉喷吹的无烟 煤选煤厂选用浮选工艺。 4干选。干选包括流化床选煤和风力选 煤在西部和东北部寒冷、缺水地区以及易泥化煤 种得到应用。 5其它。摇床分选、螺旋分选、自生介质 螺旋滚筒分选、水力旋流分选在我国小型易选煤矿 也有应用。磁选、电选、X射线选、微波选、化学 选、生物选尚在研究试验阶段。 212 常用选煤工艺 由于煤质、煤种、厂型、市场、环境及历史的 原因,我国现行的选煤厂主要有以下几种工艺大 于015mm级的煤,一般用跳汰、重介选或跳汰与 重介组合分选;小于015mm级的煤,一般用浮选 或煤泥重介选;特大块煤一般采用手选或动筛选, 或者重介选。 3 中国应用的选煤设备现状 311 分选设备 发展较快的设备主要有重介质旋流器、干法 分选机、动筛跳汰机、微泡浮选柱机、重介刮 板分选机浅槽等。 发展较慢的设备主要有跳汰机、浮选机、重 介斜立轮分选机、螺旋分选机等。 没有发展的设备主要有螺旋滚筒分选机、水 介质旋流器、摇床等。 31111 重介质旋流器 重介质旋流器的发展主要表现在4个方面① 大直径,入选不分级原煤;② 无压给料,减少次生 煤泥量;③ 三产品,简化分选工艺;④ 寿命长,降 低维护费用。 中国制造的二产品重介质旋流器最大直径为 1300mm ,处理能力为550t/ h左右,分有压给料和 无压给料2种。目前国内应用最多的二产品重介旋 流器直径在660～1000mm之间。进口产品最大直 径已达到1500mm 应用在大同马脊梁选煤厂,为 澳大利亚产品 , 处理能力为800t/ h左右。 三产品重介质旋流器在前苏联研制成功,但在 中国得到发展。中国三产品重介质旋流器的研制和 应用居世界前列,特别是大直径无压给料三产品重 21 中国煤炭第32卷第11期2006年11月 介质旋流器在全世界独领风骚。有压给料三产品重 介质旋流器最大直径为1400/ 1000mm 大同四台 选煤厂 , 设计处理能力550t/ h。无压给料三产品 重介质旋流器最大直径为1400/ 1000mm 盘江老 屋基选煤厂 , 设计处理能力500t/ h。大直径三产 品重介质旋流器简化了重介质分选工艺系统,促进 了重介质选煤工艺在中国的应用。 31112 动筛跳汰机 动筛跳汰机应用于大块煤的排矸,在300～ 50mm原煤排矸下已显示出独特的优势排矸量 大,用水量小,系统简单,故障少。在兖州地区, 动筛跳汰机几乎成为各矿大块煤排矸的必配设备。 目前不少矿区如淮南等都在考虑采用动筛跳汰 机代替手选,其发展势头迅猛。 由德国KHD公司生产的动筛跳汰机,采用液 压传动方式,最大面积为4m2,处理能力为300t/ h。兖州兴隆庄选煤厂采用2台ROMJ IG20500808 型动筛跳汰机处理300～50mm块煤, I值01097 , 处理能力70t/ m2h ,矸石灰分大于80 。 国产动筛跳汰机有液压传动式和机械传动式2 种类型,最大面积为316m2,处理能力为200t/ h。 液压传动式使用效果较好,但故障率高,液压系统 尚需进口。机械传动式机构简单、可靠,适合目前 我国的操作水平和管理水平,比较受欢迎,但存在 噪音较大、不便在线调节等缺点。国产动筛跳汰机 在价格上比进口设备有较大优势。 31113 干选机 干选机用于易选或中等可选性煤炭的分选、动 力煤排矸、劣质煤提质、煤矸石分选、高寒缺水地 区煤炭的分选、遇水易泥化煤的分选等。从早期的 风力摇床、风力跳汰,到近年的空气重介选、复合 干选的应用,逐步走向成熟。国内目前使用的主要 有复合式干选机和空气重介干选机2类设备。 空气重介干法选煤技术是应用气固流化床的似 流体性质,在流化床中形成具有一定密度的均匀稳 定气固悬浮体,使入料中小于床层密度的轻产物上 浮,大于床层密度的重产物下沉。其处理煤炭粒度 下限为6mm ,要求入选煤的外在水分 4 。虽然 空气重介流化床在干法选煤工艺中处于领先地位, 但实际应用还受多种因素制约。 在我国使用较多的是FGX系列复合式干选机 和FX系列风力干法选煤机。这2种设备综合了摇 床和风力分选的优点,实用性强,投资较低,吨煤 投资3～6元;煤炭加工费用较低,吨煤加工费2 ～3元;入料粒度6～75mm ,入料外在水分 7 。经过分选后,精煤灰分比原煤灰分降低约5 ～10个百分点。虽然 6mm粒级在分选机中基本 没有得到分选,但有资料表明,入料中有适当的粉 煤量能改善粗粒级的分选效果,当 6mm粒级降灰幅度较大。正 是由于这一特征, 80～0mm级原煤可不分级入选, 进而简化了工艺流程。 31114 微泡浮选机柱 浮选机一直是用于 015mm级粉煤分选的主 要设备,大型浮选机的快速发展是在上世纪70年 代。我国目前大量使用的是机械搅拌式浮选机,但 其单槽容积已趋向大型化,最大的单槽容积16m3。 微泡浮选技术是今后的发展趋势。近年我国引 进了德国KHD公司生产的微泡浮选机,单槽矿浆 处理能力高达400m3/ h。平顶山田庄选煤厂和株洲 选煤厂合作开发的 3m、2m微泡浮选机,具有 自主知识产权,已通过鉴定。其中,性价比高于同 类进口设备和其他类型的浮选机,应用前景广阔。 浮选柱用于细粒煤的分选,近年在我国有较大 的发展。经过不断改进的浮选柱在柱体高度上大大 降低,对细粒煤的选择性较好,如在浮选泡沫层加 喷淋水,精煤灰分较浮选机的低1～115个百分点。 现国内使用较多的是FXZ系列静态浮选柱和FC2 SMC系列旋流-静态微泡浮选柱床。 31115 重介质分选机 上世纪八九十年代,在我国使用的用于块煤分 选的重介质分选机多为斜轮、立轮分选机。上世纪 90年代末,平朔安太堡选煤厂首次从美国引进了 重介质刮板分选机俗称浅槽 , 用于分选150～ 13mm级块煤。由于该设备具有易操作、易维护、 低投资和高效率等特点,在我国很快得到认可,随 着元器件及整机的国产化,逐步得到推广应用,有 替代重介斜轮、立轮分选机的趋势。目前我国新建 选煤厂块煤分选工艺多采用重介浅槽和动筛跳汰 机。重介浅槽分选机和动筛跳汰机相比,在价格和 分选精度上有优势。与块煤跳汰机相比,也具有分 选精度高,块煤破碎率低,矸石带煤量少的优势。 国内目前使用较多的是美国彼德斯公司生产的 重介分选槽,其设备排矸量在250～300t/ h ,分选 槽槽宽2～7m。国产重介浅槽分选机目前应用数量 较少,但各种技术参数与国外设备差别不大。 31 中国选煤业现状与发展趋势 31116 跳汰机 跳汰机是我国选煤厂一直使用的选煤设备。从 水泥机壳跳汰机,到目前装备有电磁风阀、全自动 排料系统、超声波床层检测、智能电控系统的筛下 空气室跳汰机,跳汰机的应用已走过了发展-完善 -成熟的阶段。近年来,随着重介质选煤工艺的大 力推广,跳汰选煤工艺所占比例在下降,跳汰机的 发展创新也相对缓慢。现阶段所追求的目标是设备 大型化、智能化,提高单机处理能力、分选效率、 控制装置的灵敏准确性、检测装置的精确性和整机 可靠性。目前国内使用较多的国产跳汰机有X系 列、SKT系列筛下空气室跳汰机,少数为CT、 L TG系列筛侧空气室跳汰机和BM系列跳汰机。 X系列跳汰机的跳汰面积4～45m2, SKT系列跳 汰面积6～24m2。国外引进的有德国的巴达克跳汰 机。巴达克跳汰机在性能及可靠性上略优于国产设 备,但价格较高,目前国内使用不多。 312 辅助设备 发展较快的设备主要有筛分机、煤泥脱水设 备如加压过滤机、隔膜压滤机等。发展较慢的 设备主要有末煤脱水离心机、破碎机等。没有发 展的设备主要有渣浆泵等。 4 中国选煤技术的发展趋势 虽然选煤技术的发展仍趋于多元化,但基本的 趋势是选煤装备大型化;重介技术占主要市场; 装配式成为选煤厂建设的新模式;选煤过程自动控 制和全厂自动化水平不断提高。 411 选煤设备大型化 中国选煤厂的生产规模正在向大型化的方向发 展,除已建成了山西平朔安太堡选煤厂15Mt/ a ,安家岭选煤厂21Mt/ a等特大型选煤厂外, 正在建设的选煤厂大多大于610Mt/ a ,其中一部分 大于10Mt/ a ,北京华宇工程有限公司正在设计的 内蒙神华哈尔乌素选煤厂为25Mt/ a。选煤厂规模 的大型化依赖于选煤装备的大型化。大型设备的采 用给选煤厂带来的优势是系统简单、投资降低、 操作人员少。 412 重介技术占主要市场 随着中国经济的发展,对煤炭产品的质量要求 越来越高,而我国的煤炭性质大部分比较难选。所 以,选煤方法的趋势大致是重介选将占主导地 位,跳汰选仍是易选煤的首选,浮选粒度上限将会 降低至012mm左右,其他选煤方法将会在特定条 件下合理应用。 经过几十年的生产实践和科学研究,重介选煤 技术日趋成熟,特别是重介旋流分选技术取得了重 大进展。传统的重介分选技术强调分级、脱泥入 选,而新技术的应用却可以有条件地实现不分级、 不脱泥入选,从而简化工艺系统、方便生产管理、 降低基建投资。耐磨材料的应用,延长了设备和管 道的使用寿命。自动化水平的提高使生产操作更加 简单,同时也降低了介质消耗。重介选煤方法已不 再像以前那样难以驾驭,而是和跳汰选煤方法一样 为人们所熟悉。由于重介选煤的基建投资及生产成 本已经和跳汰选煤接近,而分选精度却高于跳汰, 因此重介选煤方法将会占主导地位。 虽然浮选是细粒煤泥最有效的分选方法,但是 生产成本较高。因此,减少浮选入料量势在必行。 降低入浮上限是有效途径。目前,重力分选的有效 下限可到012mm左右,将来浮选的入料上限定在 012mm比较合适。 413 装配式成为选煤厂建设的新模式 我国正面临一个新建和改造选煤厂的重要时 期。今后新建设的将主要是动力煤选煤厂,以解决 大量动力煤需要洗选和提高质量的问题;而改造的 主要是炼焦煤选煤厂,以解决不少老厂的设备陈旧 和技术落后问题。随着市场要求和人们观念的变 化,动力煤和炼焦煤选煤技术的界限越来越模糊, 设计中再区分炼焦煤或动力煤已没有实际意义。 装配式选煤厂以“缩短建设工期、降低基本建 设投资、降低运营成本、提高生产效率、提高经济 效益”为目的,从系统工程的角度出发,研究、创 新和集成了一系列高效选煤技术,取得了良好的效 果。经过进一步改进和完善,装配式选煤厂将是未 来选煤厂的发展方向。 414 选煤过程自动控制和全厂自动化 为使产品的质量稳定、最大限度地提高产品产 率和高产高效工作,新建设的选煤厂大多设置各种 参数的在线检测,并通过计算机系统对选煤过程进 行自动控制。北京华宇工程有限公司最近设计投产 的选煤厂每班操作人员一般为3～5人。 随着信息技术的发展,选煤厂自动化今后的发 展趋势将是以网络为支撑、信息管理为核心、以信 息技术为手段,生产与管理一体化的“集成应用系 统” 。责任编辑 康淑云 41 中国煤炭第32卷第11期2006年11月