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國內(nèi)外選煤技術(shù)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(yù)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(yù)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(guān)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(shè)等方面發(fā)生了很大變化，大部分國家都在關(guān)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(guān)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(guān)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(guān)閉了23座煤礦和59座選煤廠。到目前為止，我國也已關(guān)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(yù)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(shù)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(yīng)用。

（1）重介選煤技術(shù)。經(jīng)過幾十年的科學(xué)研究和生產(chǎn)實踐，重介選煤技術(shù)日趨成熟，重介質(zhì)旋流器選煤技術(shù)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(shù)取得成功并廣泛推廣應(yīng)用，選煤效率達到了95%。

（2）跳汰技術(shù)。跳汰選煤對易選和中等可選性煤具有廣泛的適應(yīng)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(yīng)用，用來代替人工排矸。

（3）浮選技術(shù)。浮選技術(shù)近年來發(fā)展很快，多應(yīng)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(guān)課題“帶有礦漿預(yù)礦化器的機械攪拌式浮選機”已大面積推廣應(yīng)用。

（4）干法選煤技術(shù)。干法選煤包括流化床選煤和風(fēng)力選煤，主要應(yīng)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(yīng)用比例相對較小，應(yīng)用較多的為風(fēng)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(shù)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(fēng)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(shù)首先由中國礦業(yè)大學(xué)完成并通過工業(yè)性試驗。目前中國礦業(yè)大學(xué)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(shù)、>50mm塊煤深床型空氣重介質(zhì)流化床選煤技術(shù)、三產(chǎn)品雙密度層空氣重介質(zhì)流化床選煤技術(shù)和<1mm煤粉摩擦電選技術(shù)的研究。

（5）細粒煤脫水技術(shù)。對細粒煤的脫水，美國多采用超高速離心脫水技術(shù)，而歐洲則趨向于采用加壓過濾技術(shù)或隔膜擠壓技術(shù)。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(shù)的研究，預(yù)期將具有節(jié)能和簡化工藝系統(tǒng)等技術(shù)特點。我國研制并推廣應(yīng)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(shù)的不斷發(fā)展，選煤廠自動化、計算機技術(shù)和自動裝車技術(shù)、裝配式洗煤廠的設(shè)計和建設(shè)、在線測灰技術(shù)等輔助技術(shù)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(yīng)用最廣泛的一種重介分選設(shè)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(xué)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(xué)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(dāng)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(fēng)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(fēng)源和兩套風(fēng)閥，利用電子技術(shù)控制風(fēng)閥的運動，使兩種風(fēng)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(fēng)力搖床使用效果最好，近年又開發(fā)了SP型風(fēng)選機。

我國使用較多的是FGX系列復(fù)合式干選機和FX系列風(fēng)力干選機。這兩種設(shè)備綜合了搖床和風(fēng)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(yīng)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(shè)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(xué)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(guān)課題研發(fā)的“帶有礦漿預(yù)礦化器的20m3機械攪拌式浮選機”已大面積推廣應(yīng)用。

（2）浮選柱。自上世紀(jì)80年代以來，浮選柱分選技術(shù)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(shù)大學(xué)研制的穩(wěn)流板浮選柱、美國弗吉尼亞大學(xué)提出的二維浮選柱等。

3.6 重介質(zhì)分選機

上世紀(jì)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(jì)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(shè)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(yīng)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(shè)備

國外對篩分設(shè)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(yīng)用機械振動力、離心力、電磁振動力設(shè)計了各種振動篩分機；在制造材料方面，采用了復(fù)合材料、塑料及橡膠。

通過對上世紀(jì)80年代美國技術(shù)和90年代德國技術(shù)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(guān)項目的基礎(chǔ)上研制成功了2ZKP3660型和ZKZ3660型振動篩，具有了與外國同類設(shè)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(xué)研究總院唐山研究院自行研發(fā)的新一代高端技術(shù)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(shè)備的基礎(chǔ)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(xué)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(xué)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(shè)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(shè)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(shù)和選煤裝備的發(fā)展，選煤輔助設(shè)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(shè)備、提升設(shè)備、破碎設(shè)備以及過濾和壓濾設(shè)備等。

4 國內(nèi)外選煤技術(shù)與設(shè)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(shè)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(shù)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(shè)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(shù)與裝備的發(fā)展方向。

（3）細粒煤和超細粒煤的分選技術(shù)與設(shè)備是未來選煤技術(shù)的研究熱點。

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

（5）模塊式選煤廠正在推廣與應(yīng)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(yīng)市場的需求，在線檢測和自動化控制技術(shù)的應(yīng)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(shù)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?。粺捊咕夯曳制?，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(shù)剛剛起步。

（2）技術(shù)裝備落后。設(shè)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(shè)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(shè)備對國外的依賴度較大；選煤工藝配置靈活性差，不能適應(yīng)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(yù)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(yán)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(guān)鍵。因此，許多發(fā)達國家高度重視選煤技術(shù)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(shù)戰(zhàn)略，推進潔凈煤技術(shù)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。