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國內(nèi)外選煤技術與裝備現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

        我國煤炭資源豐富，保有資源量10202億t。根據(jù)第三次煤炭資源預測與評價，我國煤炭資源總量為5.57 萬億t，位居世界第一；可采儲量為2040億t，位居世界第二。根據(jù)預測，到2050年，煤炭在我國一次性能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)中這一比例不會低于50%。在未來幾十年內(nèi)，煤炭仍將是我國的主要能源之一。

1 國內(nèi)外選煤工業(yè)現(xiàn)狀

目前，大部分國家對煤炭洗選非常重視，尤其是發(fā)達國家?，F(xiàn)世界原煤平均入選比例在50%左右，一些國家甚至超過80%。雖然歐洲一些國家?guī)缀蹶P閉了所有的煤礦，但仍有選煤廠用來處理進口煤炭。主要產(chǎn)煤國原煤入選比例如圖1所示。

 
 
近幾年，國外一些國家在煤炭開采、選煤生產(chǎn)和選煤廠建設等方面發(fā)生了很大變化，大部分國家都在關閉中小型效益不好的煤礦和選煤廠，取而代之的是擴大現(xiàn)代化程度高、生產(chǎn)成本相對較低的煤礦和選煤廠的生產(chǎn)能力。近20多年來，美國關閉了75%的煤礦和近50%的選煤廠；英國煤炭資源已近枯竭，年產(chǎn)量約下降到300萬t，不但100%人選，還對一些進口商品煤進行再洗選；過去10年，俄羅斯關閉煤礦153座，選煤廠38座；過去10年里，波蘭通過調(diào)整合并，關閉了23座煤礦和59座選煤廠。到目前為止，我國也已關閉2811處小煤礦，并一直在新建大中型煤礦選煤廠。這說明國內(nèi)外有加強煤炭合理開采、優(yōu)化生產(chǎn)管理以及增強礦產(chǎn)資源有效利用和環(huán)境保護的趨勢。

據(jù)不完全統(tǒng)計，截止2006年，我國共有年入選原煤15萬t以上(包括15萬t的選煤廠1043座，年入選能力91602萬t。其中煉焦煤選煤廠582座，年入選能力38159萬t，占總能力的41.6%；動力煤選煤廠461座，年入選能力53443萬t，占總能力的58.4%。“十五”期間全國原煤入選率在30%~35%之間，但入選總量已從2000年的3.4億t增加到2006年的7.8億t。預計在“十一五”末，原煤人選率將提高到50%。

2 國內(nèi)外選煤技術現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外采用的選煤方法主要為重介、跳汰、浮選以及干法選煤。我國地域廣闊，煤炭資源豐富，煤種齊全，煤質(zhì)變化大，因而以上選煤方法均有應用。

（1）重介選煤技術。經(jīng)過幾十年的科學研究和生產(chǎn)實踐，重介選煤技術日趨成熟，重介質(zhì)旋流器選煤技術取得了重大進展。我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器選煤技術取得成功并廣泛推廣應用，選煤效率達到了95%。

（2）跳汰技術。跳汰選煤對易選和中等可選性煤具有廣泛的適應性，具有系統(tǒng)簡單可靠、生產(chǎn)成本低、分選效果好等優(yōu)點。目前跳汰選煤在我國各種選煤方法中約占60%。此外，動篩跳汰近幾年也逐步被應用，用來代替人工排矸。

（3）浮選技術。浮選技術近年來發(fā)展很快，多應用于煉焦煤選煤廠和生產(chǎn)高爐噴吹用無煙煤粉的選煤廠。我國研制的浮選柱有效分選下限可達10μm，使細粒精煤產(chǎn)率平均提高1~3個百分點；大型機械攪拌式浮選機單槽容積已達20m3；“十五”國家科技攻關課題“帶有礦漿預礦化器的機械攪拌式浮選機”已大面積推廣應用。

（4）干法選煤技術。干法選煤包括流化床選煤和風力選煤，主要應用于寒冷、水資源短缺地區(qū)的煤炭分選以及易泥化煤種的分選，在眾多選煤方法中應用比例相對較小，應用較多的為風力選煤。為了提高干法選煤的分選效果，日本、加拿大和我國先后開展了空氣重介質(zhì)流化床干法選煤技術的研究。日本煤炭利用中心(CCUJ) 用流化床分選>13mm的塊煤，用振動風力搖床分選13~0.5mm粒級煤，完成了煤炭干選性試驗項目。世界上用于處理50~6mm級煤炭、處理能力為50t/h的空氣重介質(zhì)流化床干法選煤技術首先由中國礦業(yè)大學完成并通過工業(yè)性試驗。目前中國礦業(yè)大學為實現(xiàn)全粒級(300~Omm)煤炭干法選煤，正開展<6mm細粒級煤振動空氣重介質(zhì)流化床選煤技術、>50mm塊煤深床型空氣重介質(zhì)流化床選煤技術、三產(chǎn)品雙密度層空氣重介質(zhì)流化床選煤技術和<1mm煤粉摩擦電選技術的研究。

（5）細粒煤脫水技術。對細粒煤的脫水，美國多采用超高速離心脫水技術，而歐洲則趨向于采用加壓過濾技術或隔膜擠壓技術。為了進一步降低細粒煤產(chǎn)品的水分，已開始嘗試將壓濾脫水與熱力干燥構(gòu)成一體的蒸汽壓濾脫水技術的研究，預期將具有節(jié)能和簡化工藝系統(tǒng)等技術特點。我國研制并推廣應用了加壓過濾機、超高速離心機和強氣壓穿流式隔膜擠壓壓濾機，很大程度上降低了浮選精煤水分，改善了煤泥水處理系統(tǒng)的工況。

另外，隨著選煤技術的不斷發(fā)展，選煤廠自動化、計算機技術和自動裝車技術、裝配式洗煤廠的設計和建設、在線測灰技術等輔助技術也在不斷更新和發(fā)展。目前，各國選煤廠的自動化控制程度已有很大提高，集選煤廠生產(chǎn)過程控制、生產(chǎn)設備集中控制，工藝參數(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量及數(shù)量、材料及能源消耗等數(shù)據(jù)的實時采集，生產(chǎn)及市場經(jīng)營管理為一體的“管”、“控”一體化的選煤廠設計、生產(chǎn)質(zhì)量管理體系正被廣泛采用。

3 國內(nèi)外選煤裝備現(xiàn)狀

近年來，國內(nèi)外選煤設備在朝著大型化發(fā)展的同時，由于各國選煤的歷史和對產(chǎn)品要求的差異而略有所不同。各國選煤廠在用的選煤設備詳見表1。

國別 裝備種類與型號
中國 重介質(zhì)旋流器、浮選機、跳汰機、動篩跳汰機、水力旋流器、干選機、浮選機、浮選柱(床)等
美國 重介質(zhì)分選槽、重介質(zhì)旋流器、螺旋分選機、跳汰機、浮選機、水力旋流器、搖床、浮選柱等
土耳其 Baum跳汰機和FeldspaiAcco跳汰機、重介質(zhì)滾筒分選機、重介質(zhì)旋流器、重介質(zhì)斜輪分選機、螺旋分選機、浮選機、水力旋流器、搖床等
南非 Wemco 滾筒分選機和重介質(zhì)旋流器、Norwalt分選槽、Dyna螺旋分選機、水力旋流器、ROM動篩跳汰機和傳統(tǒng)的跳汰機、搖床、浮選柱等
英國 干式細粒煤篩分機、BARREL分選機組、WEMCO滾筒分選機、重介質(zhì)旋流器、螺旋分選機、浮選柱等
澳大利亞 大直徑(1、1.15、1.3m)重介質(zhì)旋流器、150mm重介質(zhì)旋流器、螺旋分選機、搖床分選機、JAMESON浮選槽、跳汰機等
波蘭 DISA重介質(zhì)分選機、跳汰機、重介質(zhì)斜輪分選機、BARREL分選機、WEMCO滾筒分選機、浮選機和浮選柱等

3.1 重介質(zhì)旋流器

（1）兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器。目前，在兩產(chǎn)品旋流器生產(chǎn)與開發(fā)方面比較先進的國家除了我國還有荷蘭、美國、日本、英國等。荷蘭研制的DSM重介質(zhì)旋流器是目前世界上應用最廣泛的一種重介分選設備；美國研制了麥克納利重介旋流器和主要用于分選30~0.5mm原煤的圓筒重介質(zhì)旋流器(DWP)；日本大阪造船公司田川機械廠研制了最大直徑為0.75m的倒立式旋流器；英國煤炭局研制了有壓給料圓筒形重介質(zhì)旋流器和直徑為1.2m的大型圓筒重介質(zhì)旋流器(LARCODEMS)；我國于1991 年由煤炭科學研究總院唐山分院在國內(nèi)首先研制了直徑為0.5m的無壓給料NZX型兩產(chǎn)品圓筒重介質(zhì)旋流器。中國礦業(yè)大學綜合系也研制了DWP圓筒重介質(zhì)旋流器，并生產(chǎn)了HMCC一300型和HMCC一400型旋流器。

（2）多產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器。在多產(chǎn)品化方面，目前世界上比較先進的研發(fā)國家主要有意大利、英國、前蘇聯(lián)和我國。意大利在上個世紀80年代初研制了Tri-flo型三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器；上個世紀90年代中期，英國煤炭局先后研制了LARCODEMS圓筒重介質(zhì)旋流器和LARCODEMS500/350無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器；前蘇聯(lián)在上世紀70 年代末研制了гT一3/80和гT一3/50型三產(chǎn)品旋流器。我國則于上個世紀80年代初研制了3NZX50/350型有壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器；90年代初研制了無壓給料的3NWZX700/510 型三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器；90年代中期研制了“單一密度懸浮液、雙段間接串聯(lián)選三產(chǎn)品”的重介質(zhì)旋流器；90年代末期研制了當時國際上規(guī)格最大的3NWZXl200/85O型無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器；“十五”期間開發(fā)了雙供介無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器；目前又研制了四供介無壓給料的3NWZX1500/1100mm旋流器，其直徑已達1.5m。

3.2 跳汰機

目前，國外主要在跳汰機機體大型化、風閥工作方式以及自動排料方面做了大量工作。國外研發(fā)跳汰機較先進的國家主要有德國、日本、波蘭等。德國跳汰機針對末煤和塊煤采用了兩種不同的排料結(jié)構(gòu)：末煤跳汰機采用液壓閘門調(diào)節(jié)排料口的大小，而塊煤跳汰機則是用液壓缸調(diào)節(jié)篩板傾角來調(diào)節(jié)排料口的大??；日本研制的可變波形跳汰機采用兩種不同壓力的工作風源和兩套風閥，利用電子技術控制風閥的運動，使兩種風產(chǎn)生不同的疊加，以達到改變跳汰機脈動水流的目的，實現(xiàn)變波跳汰分選，使細粒煤的分選效果得到了明顯改善；波蘭研制的BOSS-2000型跳汰機，采用排料閘門和溢流堰互動的排料方法，通過調(diào)整伺服馬達的靜態(tài)和動態(tài)工作參數(shù)確定產(chǎn)品的排出量。

另外，美國、英國、澳大利亞還在研發(fā)離心跳汰機。離心跳汰機是借助巨大的離心力場來強化細小顆粒的分選效果，有效分選粒度可達0.04 3mm。

在我國使用較多的國產(chǎn)跳汰機有SKT系列、X系列篩下空氣室跳汰機。X系列跳汰機采用液壓托板排料方式，跳汰面積為4~45m2；SKT系列跳汰機跳汰面積為6~40 m2，采用無溢流堰深倉式穩(wěn)靜排料方式，可避免已分層物料撞擊或翻越溢流堰造成二次混雜。

3.3 動篩跳汰機

德國和澳大利亞均采用液壓驅(qū)動式動篩跳汰機。我國1989年自行研制了首臺TD型動篩跳汰機并試運行成功，十幾年來已有液壓式和機械式兩大類4個國產(chǎn)系列和1個引進系列產(chǎn)品。

3.4 干選機

原蘇聯(lián)是干法選煤生產(chǎn)規(guī)模最大、經(jīng)驗較豐富的國家，以Cп-6和Cп-12型兩種風力搖床使用效果最好，近年又開發(fā)了SP型風選機。

我國使用較多的是FGX系列復合式干選機和FX系列風力干選機。這兩種設備綜合了搖床和風力分選的優(yōu)點，在干旱缺水地區(qū)和對煤炭產(chǎn)品質(zhì)量要求不高的企業(yè)具有良好的應用前景。

該機的不足之處是分選精度低，要求煤的外在水分不高于7%，單位處理量較小。目前，最大處理量只有10t/m2•h)。

3.5 浮選機(柱)

（1）浮選機。浮選機一直是用于<0.5mm粉煤分選的主要設備。目前國內(nèi)選煤廠使用的大多是機械攪拌式浮選機，且單槽容積趨向大型化，已達20m3。煤炭科學研究總院唐山研究院研發(fā)了XJM-S型機械攪拌式浮選機系列產(chǎn)品，“十五”國家科技攻關課題研發(fā)的“帶有礦漿預礦化器的20m3機械攪拌式浮選機”已大面積推廣應用。

（2）浮選柱。自上世紀80年代以來，浮選柱分選技術取得了重大突破，一批新型浮選柱脫穎而出。如國內(nèi)的旋流-靜態(tài)微泡浮選柱、噴射式浮選柱、充填浮選柱以及澳大利亞的Jameson 浮選柱、加拿大的CPT浮選柱和VPI微泡浮選柱等。最近又出現(xiàn)幾種結(jié)構(gòu)新穎的浮選柱，如全泡沫浮選柱、美國Deister選礦有限公司的Flotair浮選柱、印度研制的電解浮選柱、俄羅斯IOTT研究所的多產(chǎn)品浮選柱、密西根技術大學研制的穩(wěn)流板浮選柱、美國弗吉尼亞大學提出的二維浮選柱等。

3.6 重介質(zhì)分選機

上世紀我國使用的塊煤重介質(zhì)分選機多為斜輪、立輪分選機。上世紀90年代初，我國首次從美國引進了重介質(zhì)刮板分選機，由于該設備具有易操作、易維護、低投資和高效率等特點，在我國很快得到認可。隨著元器件及整機的國產(chǎn)化，其應用范圍還將進一步擴大，有替代重介斜輪、立輪分選機的趨勢。

3.7 篩分設備

國外對篩分設備的研究，除提高可靠性外，還注重篩機大型化、品種多樣化和制造材料的多元化。在大型化方面，國外已生產(chǎn)出了面積為40~50m2的大型篩分機；在品種上，應用機械振動力、離心力、電磁振動力設計了各種振動篩分機；在制造材料方面，采用了復合材料、塑料及橡膠。

通過對上世紀80年代美國技術和90年代德國技術的引進、消化和吸收，我國篩寬3m及以下篩分機的可靠性不斷提高，已不再需要從國外引進。我國在完成“九五”科技攻關項目的基礎上研制成功了2ZKP3660型和ZKZ3660型振動篩，具有了與外國同類設備抗衡的能力。

鑒于細粒級煤炭難篩選的特性，國內(nèi)近年來對煤炭深度篩分機械的研究等較為深入，種類較多，發(fā)展較快的是棒條篩、博后篩、香蕉篩。由煤炭科學研究總院唐山研究院自行研發(fā)的新一代高端技術SXJ系列大型香蕉篩，處理能力提高了40% ~60%，且篩分效率在90%以上，達到了國際先進水平。

3.8 離心機

末煤脫水使用較多的仍是各種立式、臥式離心機。國內(nèi)外各生產(chǎn)廠家也在原有型號設備的基礎上做了不少改進，其發(fā)展方向是加大篩籃直徑，增加單機處理量，降低產(chǎn)品水分。

在國外，3CMI公司生產(chǎn)的VM系列臥式振動離心機、Ludowici公司的FC系列煤泥離心機，荷蘭TEMA公司的HSG系列臥式離心機、H系列煤泥離心機以其單機處理能力大的優(yōu)勢在國內(nèi)選煤廠逐步得到認可。國外最大的臥式振動離心機篩籃大端直徑已達1.5m，處理能力達300t/h，產(chǎn)品水分為5%一9%。

近年來，國產(chǎn)離心機也得到較快發(fā)展。煤炭科學研究總院唐山研究院研制了WZY系列臥式振動離心機、LLL立式刮刀卸料煤泥離心機，北京華宇工程公司研制了WZT140型臥式振動離心機，中國礦業(yè)大學研發(fā)了DG一WZL1200臥式振動離心機。

臥式沉降過濾式離心機可用于細粒煤泥和浮選精煤的脫水。國外該設備的生產(chǎn)廠家主要有美國的DMI公司、BIRD公司和德國的KHD公司等。我國該類設備近幾年也有所發(fā)展。國產(chǎn)的LWZ型系列沉降過濾式離心機已經(jīng)在一些選煤廠投人使用。

另外，隨著選煤技術和選煤裝備的發(fā)展，選煤輔助設備也在不斷地更新，并有向大型化和系列化方向發(fā)展的趨勢。如給料設備、提升設備、破碎設備以及過濾和壓濾設備等。

4 國內(nèi)外選煤技術與設備的發(fā)展趨勢

（1）新建選煤廠多采用以重介質(zhì)分選槽和重介質(zhì)旋流器為主要分選設備的重介分選工藝，其次是跳汰分選。對粗粒煤泥的分選趨向于采用重介質(zhì)旋流器、螺旋分選機和搖床。對細粒煤泥的分選趨向于采用浮選機、浮選柱。

（2）在分選技術上，開發(fā)大直徑重介質(zhì)旋流器和選別深度更大的各種分選設備如跳汰機、螺旋溜槽和新型的重介質(zhì)分選機等是未來選煤技術與裝備的發(fā)展方向。

（3）細粒煤和超細粒煤的分選技術與設備是未來選煤技術的研究熱點。

（4）改進和擴大現(xiàn)存的選煤廠，關閉一些零散的處理能力小、技術落后、效益不佳的選煤廠。

（5）模塊式選煤廠正在推廣與應用。

（6）為保證精煤產(chǎn)品質(zhì)量，穩(wěn)定生產(chǎn)，降低成本，減少煤炭損失，提高選煤廠的整體操作和管理水平以適應市場的需求，在線檢測和自動化控制技術的應用將逐漸加強。

5 我國選煤工業(yè)存在問題

盡管“十 五”期間我國煤炭洗選加工業(yè)得到了迅速發(fā)展，選煤技術有了較大進步，但與世界發(fā)達國家相比還存在不小差距。具體表現(xiàn)為:

（1）原煤入選比例低且發(fā)展不平衡。地方煤礦，尤其是鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦原煤入選比例低，且單廠規(guī)模小；煉焦精煤灰分偏高，不能滿足國內(nèi)市場需求;動力煤入選比例低，動力配煤技術剛剛起步。

（2）技術裝備落后。設備可靠性差，平均可靠性僅為70%，自動化程度不足20%；生產(chǎn)規(guī)模小，產(chǎn)品質(zhì)量不高，品種少；選煤設備型號、性能單一，洗選效率比主要產(chǎn)煤國低7~8個百分點，特別是大型振動選煤設備對國外的依賴度較大；選煤工藝配置靈活性差，不能適應原煤性質(zhì)和產(chǎn)品質(zhì)量、品種變化的要求。

（3）環(huán)保意識差、副產(chǎn)品利用率低。煤炭洗選總量和副產(chǎn)品產(chǎn)量與環(huán)境容量不平衡，節(jié)約能源和資源有效回收利用意識有待提高。

（4）政策法規(guī)不夠完善。推動原煤入選比例提高的政策法規(guī)不夠完善，不配套。對動力煤洗選，特別是電煤入選缺少行之有效的鼓勵和推動政策。

6 結(jié)語

根據(jù)預測，2020年前，以煤炭為主體，以電煤為中心的能源戰(zhàn)略已經(jīng)定位。隨著煤炭生產(chǎn)和消費量進一步增長，燃煤造成的環(huán)境問題將更加嚴重。為了改善環(huán)境，提高煤炭利用率和減少對環(huán)境的污染排放成為關鍵。因此，許多發(fā)達國家高度重視選煤技術與裝備的發(fā)展，不斷提高煤炭的入選率。我國也于2007 年1月出臺了煤炭工業(yè)發(fā)展“十一五”規(guī)劃，實施潔凈煤技術戰(zhàn)略，推進潔凈煤技術的產(chǎn)業(yè)化，大力發(fā)展煤炭分選加工，這正是提高煤炭企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益，保證國家能源安全和可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。