复合式干法选煤技术的应用与发展

复合式干法选煤技术的应用与发展

1复合式干法选煤是我国现代学据统计，2000年全国共有挖掘机1600家，实际改造煤矿4400吨。而在短短4年中,就在全国二十个省、市、自治区新建了89座复合式干法选煤厂(车间),年入选原煤量达到23Mt,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6%,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。对于我国西部煤炭资源的开发和深加工尤其重要。复合式干法选煤是我国独创的一种新型选煤方法。该法具有不用水、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、设备事故率低和建设周期短等一系列优点。受到煤矿、煤炭集运站、焦化厂、煤气厂与选煤厂等企业的欢迎。复合式干法选煤技术,能全面符合国家关于保护水资源、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”。该厂专业生产的复合式干选机,已发展到八种系列产品,年产值达2000万元以上。荣获“河北省科技企业”称号。2结构、原则和创新2.1复合式干法选床设计复合式干选机采用自生介质(入选原煤中所含细粒煤)与空气组成的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;充分利用逐渐提高的床层密度所产生的浮力效应进行分选。按照这样的总体思路,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等配套工艺作了相应设计,创造出一种全新的复合式干法分选机,见图1。复合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、格条和排料挡板组成。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。2.2配置原则(1)面板束缚下的运动过程入选物料由给料机送到分选床的给料口,在床面上形成一定厚度的床层。由于最下层矿粒与振动的床面直接接触,床面振动产生的惯性力使下层矿粒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。这样,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。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。(2)风力跳砾机入料粒度传统风力跳汰机的入料粒度比为2.5∶1,粒度上限20mm,而复合式干选机入料粒度是80～0mm,大大突破风力跳汰机的入料粒度范围。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。这有利于中煤和矸石的分选。(3)密度作用的原理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。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,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,就不可避免地使矿粒群造成“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。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和黄铁矿组成。高密度颗粒相互作用产生的浮力效应可以有效阻止低密度煤再混入矸石中,从而保证了排出矸石的纯度。综上所述,其分选原理,就是在使物料做螺旋翻转运动条件下,利用振动力和风力的综合作用使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。2.3煤气做选煤设备的优势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,主要创新点或创造性贡献如下:(1)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窄粒级。(2)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,处理能力10t/h·m2。大大优于传统风选。(3)采用机械振动使物料做螺旋运动。循环过程中,分选物料受到多次分选,可以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)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,因而除尘系统规模也大大减小。(5)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,可以提高排出矸石纯度,并减小其粒度。3特征性3.1投资低不用水,工艺简单,设备少,不需建厂房。全套FGX-6A型(60t/h)设备投资仅50多万元。3.2成本低、产量高吨原煤加工费仅2元,在所有选煤方法中最低。由于用工少,劳动生产率可达50～80t/工。3.3返回率高与水洗相比,干选不产生煤泥水,不仅有效回收细粒级煤,而且除尘系统收集的煤尘也可回收。3.4低产水率不仅不增加水分,而且还有一定脱水作用,减少水分对发热量影响。3.5可提取不同重量的产品有利于煤炭经营者取得最大经济效益。3.6煤排用量结果(1)入料粒度范围宽。目前已投产的复合式干选厂(系统),入料粒度有:80～0mm、50～25mm、50～6mm、50～0mm、25～0mm、13～0mm等,均能取得较好分选效果。(2)能适应各种煤排矸,但主要用于动力煤排矸。(3)对入选原煤水分要求不严。入料外在水分<7%适宜,内在水分不限。3.7尽量减少总次数和清洁系统规格用风量仅为传统风选的1/3以下。3.8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。3.9占地面积小一套FGX-3型系统只需90m2水泥地面即可安装。3.10建设周期长，生产快为钢结构、装配式选煤厂。利用提供的构件,安装上即可投产。此外,还具有维修量小,运转平稳,操作简单等特点。4煤质及立煤单位该系统适于动力煤排矸,能降低灰分,提高发热量,避免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,保证煤质稳定;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。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。5推广应用5.1结构形式及用量在推广应用过程中,不断改进、创新,使其日趋完善。目前,已形成不同生产能力的7种规格。按分选面积,分为FGX-1型,FGX-3型,FGX-6型,FGX-12型;按结构形式,又增加了FGX-6A型,FGX-12A型,FGX-24A型。使处理量从10t/h、30t/h、60t/h到120t/h、240t/h。适于各大、中、小型煤矿和集运站应用。同时,针对不同用户,开发出适于分选末煤、块煤、劣质煤的复合式干选机。近期又吸收俄罗斯Сп-12型风选机的优点,研制出先进的FGXB型新型干选机。5.2复合式干法选煤设备在煤炭企业应用的进展已有20个省、市、自治区89家煤矿企业应用96套复合式干选机,入选原煤量达23Mt,使企业赢利两亿元以上。复合式干选成套设备的推广速度非常快。1997年2套,1998年8套,1999年29套,2000年46套,2001年1、2月份9套。2000年以后,FGX-12A型、FGX-12型大型干选机推广速度加快,已推广13套。我国一些大型煤炭企业,如神华集团、大同煤矿集团公司、开滦(集团)公司、西山煤电集团公司、阳泉煤业集团公司、霍州煤电集团公司、汾西矿业集团公司、平顶山煤业集团公司、鸡西矿务局、鹤壁煤业集团公司、安阳矿务局、龙口矿务局和沈阳矿务局等,也开始应用复合式干法选煤技术。除煤炭生产企业外,许多煤炭运销公司、煤炭集运站也广泛使用复合式干法分选机。2000年4月,山西省煤炭运销总公司在朔州召开全省煤运系统煤炭干法选煤现场会,要求全省有条件的煤炭运销公司、集运站推广复合式干法选煤设备。另外,在焦化厂、煤气厂、选煤厂也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”。部分使用单位在第一次使用复合式干选设备后又继续扩大,再订购。如霍州矿务局、大同左云鹊儿山矿、太原东山煤矿等。我国最大的煤炭企业神华集团经过多年调研,在康家滩矿试用复合式干法选煤取得满意结果后,拟将在投资1亿多元的补连塔选煤厂全面改造成为复合式干选厂。5.3使用示例(1)选前煤的分配2000年投产使用FGX-6型复合式干选系统,入料粒度0～80mm,选前原煤灰分36%,选后精煤灰分21%(精煤产率87.46%);发热量由18.82MJ(4500kcal/kg)提高到25.51MJ(6100kcal/kg),吨煤售价提高30元。(2)煤粉系统结果99年投产使用FGX-6A型复合式干选系统2套,分选弱粘煤。2000年8月又购进FGX-12A型干选系统一套,实现原煤(90×104t/a)全部入选。经检测,硫分由1.61%降到0.97%,发热量提高267kcal/kg。干选加工费2.0元/t,吨煤售价提高10元。1997年9月7日,由大同市副市长主持召开了大同市煤炭提质增效现场会,推广鹊儿山矿采用的复合式干法选煤设备提高煤质的经验。(3)选好、选好煤煤。选好精煤。为煤的干选1999年5月投产使用FGX-6A型复合式干选系统一套。分选贫煤,入料粒度50～6mm。干选后,灰分由29.18%降到16.84%,干选精煤作为安阳钢铁公司高炉喷吹用煤,吨煤售价提高28元,每月入选原煤3×104t。除加工费外,年净收入170万元。九矿该选煤系统荣获鹤煤公司1999年度技术管理一等奖。(4)提高焦炭质量,节约脱硫添加剂2000年,投产使用FGX-6型系统一套,入选粒度30～100mm,代替原人工手选,取得重大经济效益和社会效益。年入选量14×104t,排矸量1.5×104t/a,排除硫铁矿900t/a。焦炭合格率提高30%,煤气中H2S含量由800mg/m3降到300mg/m3。居民使用煤气臭味少了,受到广泛赞扬。煤气厂获直接经济效益525万元/a。解脱了几十名手选工的繁重体力劳动,节约了昂贵的脱硫添加剂。干选系统总投资60万元,运行成本23万元(吨煤加工费仅1.6元)。(5)煤炭企业及其他资源量t2000年8月,2套FGX-12A型干选系统正式投产使用。分选长焰煤,入选粒度50～0mm。工作制度3班/d,6000h/a,年处理180×104t,干选日处理4000t。选后精煤发热量平均提高200kcal/kg(含6～0mm粉煤),加工费1.18元/t,选后吨煤价格提高6元,全厂每吨煤效益2.32元,年效益417.6万元。总投资380万元。其中,设备174万元,厂房59万元,运输钢架、电气76万元,土建54万元,其它17万元。静态投资回收期11个月。(6)复合式干选系统阳煤集团五矿生产规模为4Mt/a,配套大型动力煤选煤厂,分选50～13mm级无烟煤。由于13～0mm级末煤未经洗选,质量不稳定,导致全矿末煤销售困难,最高库存达40×104t。99年10月,一套FGX-6A型复合式干选系统正式投产,分选末煤,处理能力60～80t/h。选后精煤灰分降低5.56%～9.42%,起到与选煤厂补套作用,保证了外运末煤质量。总投资90万元,吨煤加工费2元。仅用20d完成全部工程,并一次试车成功。6环保节能效益复合式干法选煤用于动力煤加工,可以达到排矸、煤中粒状硫铁矿,降低灰分和提高发热量目的。对于燃煤用户,可以减少粉尘、二氧化硫的排放量,减少大气污染。该法不用水,因而不产生煤泥水对环境的污染,节省了大量宝贵的水资源。由于系统具有完善的除尘工艺,除确保大气不受污染外,而且除尘系统收集的煤尘可完全回收为商品煤,避免了一般选煤厂煤泥二次污染问题。另外,干选系统工艺简单,设备少,能耗低,具有间接环保效应。该系统除保证对大气无污染外,由于系统本身也采取负压操作,使煤尘不能从干选机外溢,保证车间环境清洁。6.1煤粉加工系统干法选煤可将原煤中90%以上的矸石杂质排除。按目前已推广96套系统年加工原煤21Mt、原煤平均含矸15%计,矸石年排出量283.5×104t。如不经加工,这些矸石需要花费上千列火车运输。6.2脱硫率复合式干法可将煤中2mm以上的硫铁矿排除。对于以硫铁矿硫为主的原煤,脱硫率可达60%,硫分下降一个百分点左右。仅按已投产的5座脱硫复合式干选厂统计,年处理量357×104t,硫分平均降低0.8%,可减少燃煤中SO2排放量达57120t。6.3复合式干选量选择水洗选煤,一般,吨煤耗水0.7m3。按目前复合式干选量2100×104t/a计