复合式干法选煤技术的研究与应用

1复合式干法选煤技术的研究与应用1复合式干法选煤的发展概况据统计，2000年全国有选煤厂1600座，实际入洗原煤386Mt。随着各种煤炭洗选加工技术的不断开发应用，在风力选煤基础上发展起来的复合式干法选煤得到了迅速发展。在短短四年中，已在全国20个省、市、自治区新建了89座复合式干法选煤厂(车间)，年入选原煤能力达到3000多万吨，使复合式干法选煤在我国选煤方法中所占比例由零迅速增加到5．7％，而且今后增长势头会更快，已成为一种不可忽视的新的选煤技术。这对于开发利用我国西部煤炭资源极其重要。复合式干法选煤是我国独创的一种新型选煤方法，具有不用水、工艺简单、投资少、生产成本低、回收率高、能耗低、对环境无污染、设备事故率低、建设周期短等一系列优点。受到煤矿、煤炭集运站、焦化厂、煤气厂、选煤厂等企业的欢迎。复合式干法选煤技术能够全面符合国家保护水资源、节能、环境保护及煤炭深加工等一系列政策，具有广阔的应用前景。复合式干法分选机已被列入“中国最新高精专利技术2000项”，获“全国专利科技成果精品城”金奖，获1998年煤炭工业科技进步奖，获第十届“中国新技术新产品博览会”金奖，获首届“河北省优秀发明奖”。并被确定为2001年国家重点环保实用技术。获得“河北省科技企业”称号的唐山市选煤成套设备厂专业生产的各种规格、型号的复合式干选机已发展到8种系列产品，年产值达2．0X107元以上。2发展复合式干法选煤的意义第一，我国煤炭资源丰富，而占全国78％的煤炭资源蕴藏在干旱缺水的西部地区。水资源缺乏已成为西部煤炭开发和加工的制约因素。复合式干法选煤技术为我国能源基地战略西移提供了一条新的煤炭加工的技术途径。第二，我国煤炭产品结构单一。2000年全国原煤人选比例平均38．5％左右，动力煤人选比例仅为14．6％。动力煤质量必须不断提高才能满足市场要求。复合式干法选煤作为动力煤排矸的有效分选技术，以其独有的特点适合我国2煤炭企业的要求而得到迅速推广应用。而且成为提高我国动力煤入选比例的一种切实可行的方法。第三，解决了易泥化煤的分选加工问题。同时，解决了严寒地区煤炭洗选带来的产品冻结问题。第四，复合式干法选煤突破了传统风力选煤的模式，使濒临淘汰的风力选煤技术获得新的发展，推动了科学技术进步。3复合式干选机的结构、原理和创新3．1结构复合式干选机采用自生介质(入选原煤中所含细粒煤)与空气组成气固两相混合介质分选；借助机械振动使分选物料做螺旋翻转运动，形成多次分选；并充分利用逐渐提高的床层密度所产生的颗粒相互作用的浮力效应而进行分选。按照这个总体思路，对床面形状、振动形式、物料运动轨迹、床层厚度控制、风力分布、风量控制、床面角度调节以及供风除尘工艺配套等作出了相应的结构设计，创造出一种全新的复合式干法分选机，其结构示意如图1。图1复合式干法选机结构示意图式干法分选机由分选床、振动器、风室、机架和吊挂装置等组成。分选床由床面、背板、格条、排料挡板组成。床面下有可控制风量的风室，由离心通风机供风，气流通过床面上的风孔作用于分选物料。由吊挂装置将分选床、振动器悬挂在机架上，可任意调节分选床的纵向和横向角度。3．2分选原理3．2．1物料在螺旋运动中的分选作用3入选物料由给料机送到分选床的给料口，在床面上形成具有一定厚度的床层。最下层的物料直接与振动的床面接触，床面振动产生的惯性力使下层物料由排料挡板向背板运动，由于背板的阻挡，引导物料向上运动。而上层物料受背板的推力和重力作用，沿表层向排料边下滑，在整个物料层上下形成正反方向速度梯度。最上层密度最小的煤首先通过排料挡板排出，其余物料继续做下一周期循环运动。如图2所示。图2物料在螺旋运动中的分选作用由于振动力和连续进入分选床的物料压力，使不断翻转的物料形成近似螺旋运动，并向矸石端移动。因床面宽度逐渐减缩，上层密度相对较低的煤不断排出，直到最后排出密度大的矸石和黄铁矿。风力的作用一方面加强粒群的松散，另一方面就是与细粒煤组成气固两相混合介质，提高分选精度。3．2．2自生介质的分选作用传统风力跳汰机的人料粒度比为2．5：1，粒度上限20mm，而复合式干选机人料粒度是80—0mm，大大突破了风力跳汰机的人料粒度范围。在干选机床面上方，由细粒物料和空气组成了气固两相混合介质，形成具有一定密度、相对稳定的气固悬浮体，加上风力向上的托力，使密度低的煤上浮，而密度高的物料下沉。随着分选过程进行，细粒粉煤不断随大粒度精煤排出，剩余粒度较粗、密度较高的中等颗粒又与空气组成新的密度更高的气固悬浮体。有利于中煤和矸石的分选。3．2．3离析作用及风力作用的综合效应复合式干法分选机床面上物料的松散与分层是由机械振动和上升气流的悬浮作用而实现的，松散强度随机械振动强度和风速的提高而增加。4根据热力学第二定律，任何体系都倾向于自由能降低。分层前床层的位能高于分层后的位能，只要给以适当的松散条件，重矿物就要进入下层，从而实现分层，即通过不同密度矿粒的再分布达到位能降低的过程。如果仅靠振动松散，就不可避免使矿粒群造成“离析分层”，密度小的大颗粒被挤入上层，密度小的细粒煤漏到底层，达不到按密度分层的目的。如果仅有风力作用，只能是将细粒物料吹向上层，也不能按密度分层。只有在风力和振动力的综合作用下，物料才能按密度分层。如图3所示。图3矿粒发层作用示意图由于综合作用的结果，使分选过程趋于完善，并在床面上形成一层矸石床层。矸石床层主要是由密度较高的矸石、黄铁矿组成。高密度颗粒相互作用产生的浮力效应可以有效地阻止低密度煤再混入矸石产品中，从而保证了排出矸石的纯度。综上所述，复合式干选机的分选原理就是在使物料做螺旋翻转运动的条件下，利用振动力和风力的综合作用造成床层松散和矿粒按密度分层。在不同区段有自生介质(粉煤)与空气形成的混合介质分选作用(精煤段)，又利用了颗粒相互作用的浮力效应(中煤段)。形成了一种不同于任何选煤设备的综合分选机理。3．3复合式干法选煤对传统风力选煤的创新和发展复合式干法选煤突破了国内外传统风力选煤的模式，创造出一种分选原理独特的新型干法选煤设备。与传统风选相比，主要创新点如下：(1)复合式干选机采用入选原煤中所含细粒煤(自生介质)与空气组成气固两相混合介质分选，而不是单以空气做分选介质，因此分选物料粒度范围宽，可达到80—0mm，而传统风选只能分选较窄粒级。(2)复合式干法选煤可用常规重力选煤指标衡量其分选效果，可能偏差Ep=0．20，不完善度I=0．1，数量效率，η=95％，分选粒度下限3mm，单位面积处理能力10t／(h．m2)。大大优于传统风选.。5(3)复合式干选机采用机械振动使物料做螺旋运动，在多次循环过程中，分选物料受到多次分选，可以生产出灰分由低到高的多种产品，中煤再选可保证精煤和矸石的质量。(4)复合式干选机所需风量仅用于松散床层和与细粒煤组成混合介质，不需要将物料悬浮，风量仅为传统风选的1／3，因而除尘系统的规模大大减小。(5)复合式干法分选机充分利用高密度颗粒相互作用产生的浮力效应，可以提高排出矸石的纯度，降低排出矸石的粒度。4复合式干法选煤的适用范围及特点4．1适用范围适用于动力煤排矸、降低商品煤灰分、提高发热量，避免了湿法选煤增加产品水分的缺点；适用于褐煤、易泥化煤、劣质煤、易选煤的分选；可用于高硫煤脱除粒状、块状黄铁矿硫；对于发电厂、煤炭集运站可预先除去煤中杂质，保证商品煤质量；对于干旱地区和严寒地区采用干法选煤具有特殊意义。对于分选粒度下限13mm、25mm的动力煤选煤厂，可作为末煤分选配套、补充、完善的加工方法。4.2特点1)投资少。不用水，工艺简单，设备少，不需要建厂房。全套FGX-6A型复合式干法选煤系统(60t／h)设备投资仅50多万元。2)生产成本低，劳动生产率高。吨原煤加工费仅2元，在所有选煤方法中生产成本最低。由于用工少，劳动生产率可达50—80t／工。3)商品煤回收率高。与水洗相比，干选不产生煤泥水，不仅有效回收细粒级煤，除尘系统收集的煤尘也可回收。4)选后商品煤水分低。干法选煤不仅不增加产品水分，还有一定脱水作用，从而减少了水分对发热量的影响。5)可出多种灰分不同的产品。有利于经营者在满足商品煤用户的条件下取得最大经济效益。6)适应性强(1)人料粒度范围宽。目前已投入生产的复合式干选厂(系统)，入料粒度有：80—0mm、50—25mm、50—6mm、50—0mm、25—0mm、13—0mm等粒级，均6能取得较好的分选效果。(2)对各煤种排矸均能适应，目前主要针对动力煤排矸。(3)对入选原煤水分要求不严。人料外在水分7％，内在水分不限。7)用风量少，除尘系统规模小。用风量仅为传统风选的1／3以下。8)除尘效果好，采用两段或一段并列除尘工艺和负压操作，保证大气环境和工作环境不受粉尘污染，排出的部分气体含尘量50mg／m3，符合环保要求。9)占地面积小。一套FGX-3型系统只需90m2水泥地面即可安装。10)建设周期短，投产快。复合式干选系统为钢结构、装配式选煤厂。由设备制造厂提供构件，安装调试后即可投产。11)运转平稳，操作简单，维修量小。5复合式干法选煤的分选效果(1)复合式干法选煤适用于动力煤排矸，降低商品煤灰分，提高煤炭发热量，避免了湿法选煤增加产品水分的缺点；可用于高硫煤脱除粒状、块状硫铁矿硫；对于煤炭集运站、发电厂等用煤单位可预先除去煤中杂质，保证煤炭质量稳定；对于分选粒度下限为13mm或25mm的动力煤选煤厂，可采用复合式干法选煤作为配套、补充、完善的加工手段。复合式干选机的分选效果见表1，主要分选指标见表2，脱硫效果见表3。表1部分复合式干选机分选效果煤矿煤种入料粒度/mm原煤灰分，%精煤中煤尾煤产率，%灰分，%产率，%灰分，%产率，%灰分，%黑龙江鸡西滴道矿气肥煤80—048.0062.0031.0016.0040.0022.0073.48沈阳矿务局前屯矿褐煤80—034.3788.8123.744.4242.496.7769.22山西阳泉矿务局五矿无烟煤13—030.8685.6421.447.3651.937.0076.31河南鹤瘦煤50—631.5671.8717.835.5031.2022.6375.247壁矿务局九矿山西太原东山煤矿贫煤50—1338.6273.5826.36----26.4271.79内蒙宁城四龙煤矿长焰煤50—033.3973.3123.3515.0347.5011.6678.306、复合式干法选煤的推广应用6．1复合式干法选煤成套设备已形成系列化复合式干法选煤成套设备在批量推广应用过程中，由于不断改进，不断创新，目前已日趋完善。我厂已形成不同生产能力的10种规格型号。按分选面积分为FCX—1型，FGX-2型、FGX-3型，FGX-6型，FGX-9型，FGX-12型。按结构形式又增加了FGX-6A型，FGX-12A型，FGX-24A型。处理量在10t／h，20t／h，30t／h，60t／h，120t／h，240t／h。能适应大、中、小型煤矿和集运站应用。我厂还针对不同用户要求，开发了适于分选末煤、块煤、劣质煤的复合式干选机。目前我国已有20个省、市、自治区的120家煤矿企业推广应用140多套各种型号的复合式干选机，人选原煤能力达30Mt。企业赢利2．5X108元以上。我国一些大型煤矿企业，如神华集团、大同煤矿集团公司、西山煤电集团公司、阳泉煤业集团公司等也已开始应用复合式干法选煤设备。除煤炭生产企业外，煤炭运销公司、煤炭集运站、焦化厂、煤气厂、选煤厂都已开始应用复合式干选技术。目前各应用单位反馈的信息表明，复合式干法选煤设备运转平稳，无重大设备事故；分选效果良好，能满足用户要求；经济效益好，被许多煤矿企业称为“生命工程”。部分使用单位在使用复合式干选设备后又继续向我厂订购。2001年5月，中国煤炭加工利用协会在成都召开的复合式干法选煤经验交流会上，已向全国有条件的地区推广应用干法选煤设备。6．2复合式干法选煤应用实例81)河南安阳矿务局铜冶煤矿2000年投产使用FGX-6型复合式干选系统，人料粒度0～80mm，原煤灰分为36％，分选