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我国选煤技术家底大盘点 全面而详尽

国际煤炭网  来源:56选煤服务中心  日期:2016-08-31

一、选煤工艺达到国际先进水平

我国煤炭资源丰富,煤种齐全,煤质变化大,从低变质褐煤到高变质无烟煤均有赋存,除褐煤外,从低变质程度的长焰煤到高变质程度的无烟煤均有入选,跳汰、重介、浮选、风选等各种选煤方法均有应用。重介质选煤技术具有煤质适应能力强、入选粒度范围宽、分选效率高、易于实现自动控制、单机处理能力大等优点,在各种选煤方法中所占比例已从2005年的39.5%上升到2010年的54%,成为我国的主导选煤方法。目前,新建的大型选煤厂多采用重介选煤工艺,原有采用跳汰选煤或重介-跳汰联合工艺选煤方法的选煤厂大部分也已完成了重介改造。选用的重介工艺有:根据煤质差别和产品要求,采用块煤重介浅槽、末煤三产品重介旋流器分选或二产品重介旋流器主再选、粗煤泥干扰床或螺旋分选机、细煤泥浮选的联合分选工艺;我国独创的原煤不脱泥无压三产品重介旋流器、煤泥重介简化工艺,以及脱泥分级重介旋流器分选工艺等。

跳汰选煤工艺因其流程简单、技术成熟、生产成本低的特点,虽然在选煤方法中所占比例有所下降,但因选煤厂总体数量大幅增长,尤其是动力煤入选比例的逐年增加,仍是现阶段我国选煤行业采用的主要选煤方法,对于易选煤仍是合理、经济的选择。

在煤泥浮选方面,随着井下机械化开采程度提高,粉煤量呈增加趋势,可浮性变化大。作为煤泥水处理的源头,浮选工艺也呈现出多样化。常规一次浮选工艺是主流,一次粗选-二次精选工艺、一次精矿沉降离心脱水-离心液精选压滤脱水工艺日益增多,同时煤泥分级浮选工艺也在个别选煤厂有应用。

近年来,随着国家对西部地区煤炭的开发,干法选煤技术因其不用水、工艺简单、建设周期短、投资少等优点,除用于炼焦煤原煤排矸外,更为高寒干旱缺水地区动力煤入选开辟了一条新路,干法选煤技术和装备得到进一步发展。复合干法分选设备大型化、系列化、自动化水平进一步完善提高,入选能力超过1.5亿t,FGX复合干法分选成套设备已出口到15个国家和地区。新一代空气重介干法分选示范项目实现长周期运行,块煤干法分选技术实现了多样化。

二、选煤装备取得长足进步,大型化和可靠性明显提高

目前,我国年处理原煤4.00Mt的选煤成套技术与装备已实现了国产化。研发成功的具有自主知识产权的三产品重介质选煤工艺及设备、干法选煤成套技术装备、大型全自动快开压滤机等达到国际领先水平,在选煤厂大规模推广应用并出口国外。跳汰机、浮选机、浮选柱、加压过滤机等大型化发展迅速,总体技术达到国际领先或国际先进水平,成为我国选煤厂使用数量达到或超过90%以上的国产设备,基本替代了进口设备,XJM-S系列浮选机已成功出口到国外。在消化、吸收国外引进设备先进技术的基础上,研发的各种规格型号的离心脱水机、分级破碎机、振动筛、磁选机等设备逐渐接近国际先进水平,并在选煤厂大量应用。国内选煤设备的快速发展及应用,迫使同类设备的进口价格大幅下降,为我国煤炭工业发展提供了技术与装备支撑。

1、重介质旋流器

重介质旋流器作为重介质选煤的核心设备,其结构参数和性能一直是研究的重点。在旋流器的介质和煤的给入方式、入料结构、柱段(锥段)结构、出料方式、布置形式以及耐磨材质等方面进行了改进。我国已研制成功世界上最大的三产品重介质旋流器,直径达到1.5m,并成功应用于选煤生产。研制的3SNWX1500/1100-W型四给介无压三产品重介质旋流器,有效地降低了入料泵能耗,处理能力达到550-650t/h,工作压力仅0.2MPa时有效分选下限达到0.5mm,一段可能偏差Ep=0.02-0.05g/cm3,二段Ep=0.05=0.07g/cm3,较单给介旋流器能耗降低20%;3DMC1500/1100AP型有压三产品重介旋流器不脱泥分选30-0mm原煤时,处理能力达580-620t/h,30-0.5mm的Ep=0.020-0.025g/cm3,0.5-0.25mm的Ep=0.065g/cm3,有效分选下限达0.25mm。采用蜗壳入料的FZJ1500型旋流器是目前国内研制最大直径的两产品重介质旋流器,适用于动力煤分选,处理入料粒度1.5-120mm原煤时,处理能力780t/h,Ep=0.03g/cm3。同时,对旋流器衬里新型耐磨材料的研究,大幅提高了旋流器的使用寿命。

2、跳汰机

跳汰机应用于选煤已有100多年的历史,随着选煤技术的发展,跳汰机也逐步得到了改进和完善。筛下空气室跳汰机具有单机处理量大、分选效果好等优点,适应了设备大型化的发展要求,成为跳汰选煤的主流产品,其中SKT型筛下空气室跳汰机一直是我国的主要跳汰选煤设备的主导产品。SKT跳汰机采用无背压软接触数控盖板风阀、多室共用风阀,高压风集中加油净化、U型结构筛下空气室、单格室漏斗型组合式机体、仓式稳静排料等多项新型专利技术,整体技术达到了国际先进水平。实际生产中,可根据煤质和产品要求选用两段或三段配置,设备单台面积6-36m2,最大面积36m2跳汰机已应用于工业生产,处理能力达500-650t/h,不完善度I≦0.16。

为适应跳汰分选时入选原煤中-6mm末煤含量大幅度增加的需要研发的复振跳汰机,在跳汰机主振基础上叠加了一个复振(辅助振动),从而延长有效分选时间,减少了透筛量,节约了顶水,提高了处理量,最大优点是可以降低跳汰分选粒度下限,解决常规跳汰机不易操作、指标难以稳定的难题。6m2复振跳汰机2013年底成功用于木城涧选煤厂高密度无烟煤的分选,精煤灰分9.68%,不完善度I1=0.11,I2=0.14,数量效率为91.15%,分选效果较理想。

研制的排矸跳汰机,通过对空气室、筛板结构、排料系统及专家控制系统的改进,使SKT跳汰机分选上限由原来的100mm提高到200mm。2013年5月,SKT-4.8两段跳汰机成功用于邢东煤矿井下30-200mm原煤排矸,实现了毛煤井下全部入选。研制的单段SKT-2.4排矸跳汰机2014年5月用于陕西禾草沟矿选煤厂代替手选预排矸,平均处理量可达60t/h,矸石中精煤含量平均0.23%,中煤含量平均1.99%,满足了现场对矸石带煤量不超过4%的要求。排矸跳汰机的应用,既克服了动筛跳汰机分选精度低、故障率高的缺点,又避免了浅槽分选机重介系统复杂、分选下限高、产品结构单一的不足。

3、浮选设备

目前选煤厂所用浮选设备包括机械搅拌式浮选机、浮选柱(床)、喷射式浮选机和微泡浮选机,以及国外引进的IF浮选机、詹姆森浮选柱、威姆科浮选机和德国KHD微泡浮选机等。以机械搅拌式浮选机为主,约占80%,其次为浮选柱约占15%,喷射式浮选机约占5%。

机械搅拌式浮选机以XJM-S系列浮选机为代表,该设备属自吸空气机械搅拌式浮选机,以其对不同煤种入浮煤泥的粒度、可浮性、入料浓度变化的较强适应性,占全国选煤厂浮选设备总量的70%以上。该系列浮选机特殊设计的“假底下吸、周边串流”式入料方式、独有的双层伞形叶轮与槽内稳流板配合,形成槽内矿浆“W”型立体循环,既能实现易浮选物料矿浆处理能力大的需要,又能满足难浮选物料提高回收率的要求。为适应选煤厂入浮煤泥可浮性变化大的情况,研发出XJM-S‘3+2”型浮选机,通过特殊结构设计的中矿箱,可灵活变化工艺,单台设备实现易浮煤一次浮选和难浮煤二次浮选工艺的切换,进一步增强了设备对煤泥可浮性的适应能力,突破了传统的由多台浮选机才能实现二次浮选的复杂系统M。目前,XJM-S型浮选机已形成单槽容积4-90m3系列化产品,通常采用3-4槽串连为一组使用。XJM-S28型浮选机矿浆处理能力900-1100m3/(h•组),XJM-S45型为1200-1500m3/(h•组)。国内最大的XJM-KS90型浮选机于2014年9月在朔州中煤平朔能源有限公司1.10Mt动力煤选煤厂应用于长焰煤泥浮选,一次带料试运行成功,一次获得合格产品,矿浆处理量达2400m3/h。

FCSMC系列旋流-静态微泡浮选柱(床)采用逆流碰撞矿化的浮选原理,在低紊流的静态分选环境中实现微细物料的分选。适用于细颗粒的分选,加喷洗水的情况下,浮精灰分可降低0.5%-1.0%。目前已形成直径1.2-5.5m系列微泡浮选柱和3000x6000、6000x6000浮选床等产品。FCSMC-6000x6000浮选床矿浆处理能力达800-1000m3/h。

FJCA系列喷射浮选机,是在XPM型喷射式浮选机基础上,进一步研发的产品,目前已形成FJC4-FJC44等多种规格,总体技术达到国际先进水平。单槽最大容积为44m3,通常由3-6槽串连为一组,单位容积矿浆处理能力为5-8m3/(h•组),在实际生产中通常采用粗选-精选工艺。利用射流喷射吸气和微泡析出实现煤浆吸气和气泡矿化是该浮选机的最大特点。矿浆经循环泵加压至0.15-0.16MPa后,通过喷嘴高速射出,溶解于矿浆中的空气以微泡形式析出,射流裏吸空气,湍流弥散气泡,经伞形分散器将三相混合物均匀分布到浮选槽中完成浮选过程。

株洲选煤厂和田庄选煤厂联合研制的压气式微泡浮选机,矿浆经给料泵打入矿浆分配器,然后均匀分配到各矿化器,空气被压入和射流吸入后在矿化器内与矿浆充分碰撞,经喷头喷出进入浮选槽,强化气泡矿化过程,设备规格φ2-6m,目前在选煤厂应用台数不多。

4、粗煤泥分选设备

粗煤泥的回收是选煤厂生产的重要环节,除煤泥重介旋流器外,干扰床分选机(TBS)是目前广泛应用的粗煤泥分选设备,对于易选和中等可选煤可取得良好效果。存在的主要问题是只有底流和溢流2个产品,分选难选和极难选煤时,存在分选精度不高,易出现损失精煤的情况。

在两产品基础上研发的三产品干扰床(TPS),可根据原煤性质和产品要求,在生产中灵活采用精中矸三产品工艺、两底流合并工艺、二段溢流脱泥工艺或三段溢流脱泥工艺,减少了精煤损失。MJXJ系列方槽型干扰床分选机,将水力分级旋流器与上升流分选机联合为一整体,设备结构紧凑,相同分选床面积时,方形结构干扰床尾矿排料阀数量少,如MJXJ1500x3000型方形干扰床分选机尾矿排料阀为2个,而φ2400mm型圆形干扰床尾矿排料阀为3个。同时不停车压力仓在线反冲洗专利技术为设备使用带来极大方便。MC脉动粗煤泥分选机采用脉动方式分选粗煤泥,对入料粒度范围0.2-6mm煤泥分选进行了尝试。

5、其他分选方法

动筛跳汰机、重介浅槽分选机和风力干选机也在全国范围广泛用于动力煤和原煤的排矸。FGX型干选机入料粒度小于80mm,单台最大面积24m2,最大处理量200t/h;FX型干选机入料粒度上限可达120mm,单台最大面积20m2,最大处理量240t/h。干选机分选系统现已形成模块化设计,实际应用中可采用2台背靠背或多台并列组合,以实现大处理量的需要,例如FGX-48A、FX-40A、FX-48A、FX-80A等。

6、煤炭破碎、筛分、脱水设备

我国大型分级破碎设备也取得了长足进步,分级破碎是针对岩石、煤炭的抗剪和抗拉强度远低于其抗压强度的特性,利用剪切、劈裂破碎机理,对混合物料进行选择性破碎。只对大块破碎,大幅降低了物料的过粉碎率。已形成2PLF系列分级破碎机、SSC系列早期分级破碎机和SSC系列高端分级破碎机,开发的SM系列半移动破碎站已投入工业应用,MCS系列全移动破碎站已完成了技术开发,提高了我国破碎装备水平。破碎机单机处理能力达到3000-5000t/h,基本可替代进口产品,除应用到矿井、选煤厂以外,还用于石灰石、氧化铝等非煤领域;大型振动筛的可靠性有了明显提高,宽度3.6m的香蕉筛、筛篮直径1.4-1.6m的卧式振动离心脱水机已研制成功,国内首台筛篮直径1.6m大型离心机于2013年投产,采用双质体振动原理,运行稳、噪声低,处理量400t/h,产品外水6.8%,接近国际先进水平;转鼓直径1.4m的沉降过滤式离心脱水机已进入工业化应用;加压过滤机在智能化控制方面取得一定进展,技术达到国际先进水平,快速隔膜压滤机处于国际领先水平。

三、选煤自动化控制取得新进展

发达国家选煤厂基本实现了自动化控制,美国、加拿大、澳大利亚、英国等对重介质分选密度自动控制和跳汰机自动控制的研发技术居于国际领先行列,各种工艺参数检测和工况变化感知元器件、多种测灰仪、测水仪等均已广泛应用,选煤厂生产系统完全由计算机控制,为提高全员效率发挥了重要的作用。随着信息和自动化技术的发展,我国选煤厂自动化控制技术也在不断的更新与进步。现代化的自动管理、监测及控制技术广泛用于选煤厂生产。在选煤专用仪表及传感器方面,先后研发成功灰分、水分、发热量、悬浮液密度、煤浆流量、浓度、料液位等各种在线检测装置,均已应用于工业生产,实现了选煤厂原煤系统、重介质分选系统、跳汰分选系统、浮选系统和产品储装运系统的自动控制。这些在线检测装置配合计算机专家系统和全厂监控系统,为选煤设备的高效运行、生产工艺参数的优化、产品质量的稳定提供了技术保证,提高了生产效率。

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