干法选煤技术的发展应用

2006年10月COAL　PREPARATION　TECHNOLOGYOct12006文章编号:1001-3571(2006)05-0039-03

干法选煤技术的发展应用

石燕峰,卢连永,薛守军,张文,胡丙升

(天地科技股份有限公司唐山分公司,河北唐山　063012)

摘要:介绍了目前在工业上广泛应用的干法选煤设备的优点、工作原理、分选过程和相应典型工艺流程,指出了研究先进高效干法选煤技术对顺应我国煤炭工业战略西移、促进洁净煤事业全面发展的重要意义。

关键词:干法;选煤;技术应用;发展趋势

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中图分类号:TD94214　　　　　文献标识码:A　　我国是世界上以燃煤为主的国家之一,煤炭在我国一次能源消费结构中约占70%。以煤炭作为主要能源直接燃烧,造成了严重的大气污染,燃煤的主要污染物是二氧化硫和烟尘。为了减少环境污染,必须大力发展洁净煤技术。

洁净煤技术是旨在减少污染和提高效率的煤炭开采、加工、燃烧、转换和污染控制新技术的总称。选煤是洁净煤技术的基础,通过选煤可以优化产品结构,提高煤炭利用效率。因此,加快发展选煤技术对于实现煤炭资源的综合利用、节约能源、减少环境污染具有十分重要的意义。

据了解,目前各主要产煤国原煤入选比例分别收稿日期:2006-06-30

作者简介:石燕峰(1973-),男,河北省唐山市人,高级工程师。1995年毕业于中国矿业大学选矿工程专业,现就职于天地科技股份有限公司唐山分公司,主要从事选煤厂设计和选煤设备研究工作,专业从事干法选煤技术的研究与推广及应用。联系电话:

(0315)7759415。

为:美国55%、俄罗斯60%、英国75%、德国

95%、澳大利亚75%、波兰50%。和这些国家相比,我国煤炭的平均入选比例较低,目前仅为33%,其中国有重点煤矿为58%,地方国有煤矿为1916%,乡镇煤矿7%,动力煤的入选比例较低。为此,我国把发展选煤业纳入煤炭工业中长期发展规划,计划到2010年全国原煤入选率达到50%,到2020年达到70%。

造成我国煤炭入选比例较低的原因是多方面的,其中水资源短缺是主要原因之一。我国煤炭资源主要分布在干旱缺水地区,已探明的1万亿t煤炭保有储量中,晋、陕、蒙三省区占6013%,新、甘、宁、青等省区占22.3%,东部4大缺煤区的19个省区只占1714%。目前煤的湿法分选工艺(如重介和跳汰工艺)在生产过程中需要消耗大量的水,大约为200～500L/t,这其中包括产品煤的水分,尾煤带走的水分以及生产过程中蒸发的水分;其次,中国相当数量的年轻煤种,如褐煤、不

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第5期　　　　　　　　　　　　　　　　　　选　　煤　　技　　术　　　　　　　　　　　　　　2006年10月25日

粘煤、长焰煤等遇水易泥化,不宜采用湿法分选;第三,采用湿法选煤工艺,其煤泥水系统的投资一般占到设备总投资的一半左右,吨煤投资及生产成本均较高,使一些资金比较薄弱的中小煤矿望而却步,从而导致大量未经加工的煤炭进入市场,造成运力浪费和环境污染。

为顺应中国煤炭工业战略西移,促进洁净煤事业全面发展,需要研究高效的干法选煤技术。干法选煤主要是利用煤与矸石的物理性质差别实现分选,物理性质包括密度、粒度、形状、光泽度、导磁性、导电性、辐射性、摩擦系数等。干法选煤包括风选、摩擦选、磁选、电选、X射线选、微波选、空气重介流化床选煤等,其中已实现工业应用的是风力选煤,在我国得到比较广泛应用的干法分选设备是FX型风力摇床和FGX型干选机。

流、机械振动或摇动的共同作用下,服从颗粒的干扰沉降规律,进行分层。粒度相同的颗粒中密度较大的集中在床面底层,密度较小的集中在床面上层;密度相同的颗粒中粒度较大的集中在下层,粒度较小的集中在上层。FX、FGX干选机的分选原理近似,但振动方式和激振力产生的方式不同。211　离析作用和风力作用

床面上物料的松散和分层是由机械振动和上升气流的悬浮作用来实现的,松散强度随机械振动强度和风速的提高而增强。

根据热力学第二定律,任何体系都倾向于自由能降低。按照迈耶尔的位能分层观点,将床层视为一个整体,分层前床层所具有的位能高于分层后床层所具有的位能。因此,只要给床层创造一个适当的松散条件,重物料就必然自发地进入床层的下层。所以说分层是通过性质不同的矿粒在床层中重新分布而达到床层内部位能降低的过程。

在无风作用的情况下,不同密度矿粒依靠位能降低的原理分层,就不可避免使矿粒形成一种类似筛孔可变的筛子,造成离析分层。即密度大的颗粒向下运动,密度小而粒度大的颗粒被挤到上层,密度小、粒度也小的颗粒则透过颗粒间的缝隙漏到下层。在有风作用的情况下,一方面可以加强粒群的松散,另一方面可以将密度小、粒度也小的颗粒吹到床层上部,强化分层。在离析作用和风力作用的共同作用下,使物料按密度进行分层(见图1)。

1　干法选煤的主要优点

(1)投资少,建设周期短,投产快。干法选

煤工艺简单,设备少,不用水,不需煤泥水处理系统,可不建厂房,投资仅为同型湿法选煤厂的1/4～1/5。

(2)维修量小,运转平稳,操作简单,生产成本低,加工费仅2～4元/t。(3)劳动生产效率高,生产工人少。年处理60万t以下干选系统全员效率50～70t/工;年处理60万t以上干选系统80t/工。

(4)入料粒度范围宽。对80mm以下原煤可

分级入选,也可不分级入选。

(5)对原煤水分要求不严,外在水分<9%,内在水分不限。原煤经分选后,不仅不增加产品水分,而且产品水分比原煤还略有降低。

(6)耗风量小。所需风量只用于松散床层,造成物料有较好的流动性,而不是将物料悬浮。因此,用风量比传统风选少,不足其1/3。

(7)占地面积小、占用空间小。对于简单系统可不建厂房,直接采用钢结构装配式干选系统。建设周期短,维修量小。

(8)除尘效果好。两段或三段除尘工艺和负压操作,保证了大气环境和工作环境不受粉尘污染。排出的部分气体含尘<50mg/m,低于国家规

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定的150mg/m标准。

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图1　离析作用和风力作用

212　自生介质的分选作用

在干选机中,细颗粒物料和风组成具有一定密

度的气-固悬浮体,称之为自生介质。按照阿基米德原理,小于悬浮体密度的煤上浮,而大于悬浮体密度的矸石、硫铁矿则下沉。随着分选过程的进行,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物料,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。213　颗粒相互作用的浮力效应

在干选机的分选过程中,作为自生介质的细颗

2　FX、FGX型干选机的工作原理

干法选煤是指粒度和密度不同的物料在空气40

第5期　　　　　　　　　　　　　　　石燕峰等:干法选煤技术的发展应用　　　　　　　　　　　2006年10月25日

粒物料逐渐随大颗粒精煤排出,其余物料进入后继分选过程。此时,起主要分选作用的不再是自生介质,而是颗粒相互作用的浮力效应,即物料沿床面横断面自上而下相对密度逐渐升高,低密度物料向下运动时,由于无法克服下层物料形成的强大浮力而转到煤层上面,高密度物料则能克服这种阻力,逐渐移动到床层底部,从而完成按密度分层。

综上所述,干选机的分选原理就是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。在不同的区段既有自生介质(粉煤)与空气形成的混合介质分选(精煤段),又有颗粒相互作用的浮力效应(中煤段),形成一种不同于其他选煤设备的综合分选机理。

由于分选床具有较大的横向坡度,表层煤在重力作用下进入下一条平行沟槽再选,经过平行沟槽的多次分选,得到的精煤首先在排料边排出。沉入槽底的矸石、黄铁矿等高密度物料,逐渐移动到矸石排料端排出,从而完成分选过程。在排料边,从精煤、中煤到矸石产品的灰分逐渐增高,可出多种产品。

312　FGX型干选机的分选过程

FGX型干选机分选过程如图4所示。物料给入梯形的分选床后,在风力和振动力的共同作用下,物料按密度分层。由于振动力垂直于床面的长度方向,床面底部物料向背板方向运动,受背板的阻挡,折而向上运动,上面的低密度物料在向上运动物料的推力和重力的联合作用下,从排料边排出。矸石、黄铁矿等高密度物料逐渐移动到矸石排料端排出,从而完成分选过程。在排料边,从精煤、中煤到矸石灰分逐渐增高,可出多种产品。

3　FX与FGX型干选机的分选过程

311　FX型干选机的分选过程

FX型干选机由分选床、振动源、风室、机架、

调坡装置等组成,如图2所示。

图2　FX-12型干选机结构示意图

图4　FGX型干选机的分选过程

FX型干选机分选过程如图3所示。入选物料

经振动给料机给入具有一定纵向和横向倾角的分选床,振动源带动分选床振动。床面下有若干个可控制风量的风室,空气由离心通风机供入风室,通过床面上的风孔,气流向上作用于被分选物料,在振动力和风力的共同作用下,物料松散并按密度分层,轻物料在上,重物料在下。风力分选机还利用了入料中的细粒物料作为自生介质和空气组成气-固混合悬浮体,在一定程度上相当于空气煤泥介质分选机,改善了粗粒级的分选效果。

4　FX与FGX型干选机的常用工艺流程

干法选煤工艺与一般选煤工艺基本相同,但也有其自身的特点:①干选机分选粒度级别宽,可以入选80～0mm粒级物料;②可以用来分选13～0mm、20～0mm等粒度较小的筛下物料;③干选

机对6～0mm细粒级粉煤分选效果不理想,但粉煤作为自生介质可以使>6mm的原煤分选效果得到明显提高;④干选机可以按用户要求出灰分、发热量由低到高的多种产品;⑤干选机最适于高密度分选,排出矸石。

根据以上特点,干法选煤工艺应包括以下作业:原煤破碎分级、干法分选、供风、除尘、产品运输与储存。目前生产中采用的干法选煤工艺流程有:原煤不分级入选、原煤选前破碎分级入选和选后产品分级等几种形式,如图5所示。

有时为了保证精煤和排出矸石的质量,还需要出一部分中煤产品或将中煤分出再选。一般中煤量约占入选量的10%左右。

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图3　FX型干选机分选过程

第5期　选　　煤　　技　　术No15

2006年10月COAL　PREPARATION　TECHNOLOGYOct12006文章编号:1001-3571(2006)05-0042-05

流膜分选技术研究与应用进展

陶有俊,刘炯天,高　敏

(中国矿业大学化工学院,江苏徐州　221008)

摘要:流膜选矿是具有一定浓度的颗粒群在极薄的流体介质层中的松散、分层过程,广泛应用于细粒矿物和煤的分选。这类设备主要包括斜槽分选机、摇床、螺旋分选机和离心重力分选机。文章论述了近年来流膜分选技术及设备的研究开发最新进展和应用前景。关键词:流膜;分选;研究;应用

中图分类号:TD94216　　　　　文献标识码:A

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　　随着采煤机械化程度的不断提高,原煤中的煤泥量大大增加,而煤泥分选的常规设备都有不同程度的缺陷:煤泥跳汰机分选效果差,己逐渐被淘汰;煤泥重介质分选机虽然分选精度高,但工艺流程复杂,操作管理难度大,管道磨损严重等,也很难得到广泛应用;浮选有效分选上限虽然通常是015mm,但实际浮选过程中,015～013mm级分选

20年来,国内外一直在致力于细粒矿物重选设备

效果往往较差,因此,如果生产中出现跑粗现象,往往会造成粗粒低灰精煤损失严重,尤其对无烟煤、氧化煤、含硫煤的分选效果更不理想,并且基建投资高,耗电量和耗药量大,成本高。因此,近

收稿日期:2006-06-30

作者简介:陶有俊(1964-),男,安徽滁州人,副教授,工学博士,1987年毕业于中国矿业大学,现在中国矿业大学化工学院任教。电话:(0516)83995976。

的开发和研制工作。其突出成就在于拜格诺理论在流膜类选矿设备开发中的应用,研制成功了一批具有旋转薄流膜离心选矿设备,显著降低了有用矿物的分选下限,大大加强了重选与其它选矿方法的竞争力。比如,上世纪80年代后期开始研究适合粉煤分选的螺旋分选机、复合力场条件下离心摇床分选机以及近年来在国外开始应用的一批细粒离心重力分选机,如Falcon分选机、Knelson选矿机、Kelsey离心跳汰机以及MGS分选机即离心摇床分选机等多种型式的重力分选机。这些设备的共同特点都是应用流膜分选技术在薄层水流中实现轻重矿物按密度分离。

流膜选矿发生在浓密的液固两相流中,它与稀疏的液固两相流有质的区别。处理细粒级的流膜具万t,其中西北部为5000万t,主要开采集中在毛乌素沙地外围与河西走廊西端———渭北一带,产量达4520万t。

这些地区是干旱严重缺水地区。随着西部大开发战略的实施,研究适合我国特点的高效干法选煤技术等节水型选煤技术已十分迫切。就我国国情而言,节水型选煤技术已成为煤炭洁净生产的一个重要的发展方向。国家计委、国家科委等10个部委编制的《中国洁净煤技术“九五”计划和2010年发展纲要》中提出:“特别要根据我国主要矿区分布在干旱缺水地区的情况,加强开发干法及省水型洗选技术”。

干法选煤的主要发展趋势是开发研究大处理能力、高可靠性及高自动化程度的干法选煤设备(如FX-18A型干选机),以及与其配套的干法深度筛分系统、干法除尘系统等辅助设备,以满足西部煤田大力发展选煤工业的需要。

图5　干法选煤工艺流程

5　干法选煤发展趋势

我国西北部地区,包括新疆、青海、甘肃、宁

夏、陕西和蒙西在内,煤炭总储量约39609亿t,占全国煤炭资源量的72%,探明储量约4984亿t,占全国的67%。在探明储量中,毛乌素沙地外围拥有3651亿t,约占全国的2/3,是我国西部最大的煤田。目前,西部地区煤炭总产量约为550042

Keywords:flotationcolumn;fineparticleseparation;equipment;technology

NewProgressinMechanicalAgitationCoalFlotationMachineinChina……………CHENGHong-zhietal(29)Abstract:XJM-SSeriesMechanicalAgitationFlotationMachineisoneofthemainequipmentincoalslimeflotationandintheresenttwoyears,thistypeofflotationmachinehasmadeanewprogressinresearchanddevelopmentaswell

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asitsapplication.Themachinehasacellvolumeupto20m,whichcanmeetrequirementofflotationsystemwithsin2glemachineservicing019～112Mt/ajiggingprocesssystemor115～210Mt/adensemediumprocesssystem.XIM-KSSeriesFlotationMachinehasdevelopedwithsimplifiedflotationsystem,enhancedseparationprocessandincreasedintegratedegreeofflotationsystemmodularization,whichcutdown20%～30%areaofbuildingofflotationsystem.Aninvestigationhasbeenundertakentoanoscillationflotationmethodfortheaimofimprovingflotationselect-abilityandsomeexperiencesonithasbeenobtained.

Keywords:mineraldressingengineering;frothflotation;mechanicalagitationflotationmachine;newprogress

ProgressinFrothFlotationTechnologyovertheThreeYears…………………………………WANGHuai-fa(33)DevelopmentandApplicationofCoalDryseparationTechnology…………………………SHIYan-fengetal(39)Abstract:Thepaperdescribestheadvantages,principleofoperationprocessandcorrespondingtypicalflowsheetcon2cernedwithcoaldryseparationequipmentthatiswidelyusedinindustryatpresent.ItispointedthattheresearchonadvancedhighperformancecoalpreparationtechnologyhasagreatsignificantinstrategicallytransferringChina’scoalindustrytothewesternandpromotingdevelopmentof\"cleancoaltechnology\".

Keywords:dryseparation;coalpreparation;technicalapplication;trendofdevelopment

ProgressinResearchandApplicationofFlowDiaphragmSeparationTechnology………TAOYou-junetal(42)Abstract:Diaphragmseparation,aprocessthatparticlegroupwithacertainthicknessisloosenedandstratifiedinaverythinflowfluidmediumlayeriswidelyusedinfinemineraldressingorfinecoalseparation.Thesetypesofequip2mentarebasicallycomprisedofinclinedtroughseparator,oscillatingtable,spiralseparatorandcentrifugalgravitysep2arator.Thepaperelaboratesondevelopmentandnewprogressinflowdiaphragmseparationtechnologyinresentyearsanditsapplicationprospectisalsodescribedinthepaper.Keywords:flowdiaphragm;studyonseparation;applicationCoalDeepPhysicalProcessingandSuper-CleanCoalPreparation……………………FUXiao-hengetal(46)CurrentStateofApplicationofAutomaticDetectingInstrumentinCoalSeparationProcess…YINHai-ning(54)CurrentStateandEvaluationofCoalCrushingEquipment………………………………PANYong-taietal(57)Abstract:ThepapersummariesnewtechnicalrequirementforcoalcrushinganddescribessomeconventionallyusedcoalcrushingequipmentaswellasgeneralstateofwidelyspreadapplicationofcoalsizingcrushingtechnologyinChi2na.Fordealingwithsomeproblemsconcernedincrushingprocess,thepapercomesupwithaproposalforselectionofcoalsizingcrushingequipment.

Keywords:sizingcrushing;currentstate;evaluation

CommentonDevelopmentofCentrifugalDewateringEquipmentinResentThreeYears……KANXiao-ping(61)TechnicalTheoryofThickenerandDevelopmentoftheEquipment…………………………LUYi-boetal(62)Abstract:ThepaperbrieflysummariestechnicaltheorygoverningthickeneroperationandmakesanapproachtothedevelopmentofthethickenerexploredinChinaandoversea.Descriptionisalsogivenofthestructureandcharacteris2ticofvarioustypesofthickenersandthedevelopmenttrendofthickenertogetherwithitstheoryandpracticeapplicationarealsoillustratedinthepaper.

Keywords:thickener;technicaltheory;progressindevelopment;trendofdevelopment

ResearchandProgressofCoalDewateringbyVacuumFiltrationProcessinChina’sCoalPreparationPlants………

………………………………………………………………………………………………FANXiao-nan(67)CurrentStateandDevelopmentTrendofCoalSlimeDewateringbyFilterPress…………………LIBai-yun(69)AnApproachtoNewTechnologyofFineCoalSeparationinCoalPreparationPlant…………………………………

……………………………………………………………………………………DUANJian-zhongetal(73)ApplicationofHighFrequencyVibratingScreeninTreatmentofCoalSlurryinCoalPreparationPlant……………

…………………………………………………………………………………………LIMong-kunetal(76)StudyofSulfurRemovalbyTestofFlotationofMan-MadeCoalSamplewithSeveralSortsofSulfurRemovalBiologi2calBacteriumasBiologicalRestrainer………………………………………………ZHANGMing-xuetal(79)CommentonCoalFlotationReagent…………………………………………………………LIYa-pingetal(83)Abstract:Thepaperpresentssomecoalflotationusedreagentssuchascollector,frother,compoundflotationreagentandregulatoretc,usedbothathomeandabroad.Theirstateofapplicationandoperationperformanceisalsobrieflysummarizedandcommentedon.

Keywords:flotationreagent;collector;frother;compoundflotationreagent;regulator

BasicCircumstancesofDesignofCoalPreparationPlantwithJiggingWashingProcess…………MAFu-ting(89)