今年来选煤技术综合评述

第6期23年12月选煤技术COALPREPA认JIONJl,ECH卜OLGYNo.6Dee.23文章编号:l朋1一3571306一以X1一13近年选煤杖术徐合评述峰摘要:对1998年以来选煤技术的发展进行了评述。指出选煤技术的发展状况主要表现为:原煤入选比例继续提高,选煤厂规模及选煤装备趋向大型化;重介质选煤比例迅速上升,重介质旋流器选煤技术发展迅速;传统选煤方法及设备的分选效果得到提高;研究开发细粒煤的新选煤方法取得丰硕成果;模块化成为选煤厂建设的新模式;选煤生产过程自动控制和全厂自动化水平迈上新台阶。关键词:选煤技术;重介质旋流器选煤;传统选煤方法;选谋厂自动化中图分类号:钧94文献标识码:A1998一20XX正值跨世纪的5年。在这5年中,随着全球围可持续发展战略的实施,人类对保护生态环境的高度重视,用户对煤炭产品质量及品种的要求日趋严格,形成了洁净煤技术继续不断发展的态势。作为洁净煤技术的源头和基础,煤炭洗选加土技术的发展状况主要表现为:原煤人选比例继续提高,选煤厂规模及选煤装备趋向大型化;重视研究开发与应用先进高效的选煤工艺与装备,重介质选煤比例迅速上升,重介质旋流器选煤技术发展迅速;基础理论研究的深人,提高了传统选煤方法及设备的分选效果;以重力和流体作用力为主的分选模式已逐渐被打破,应用重力与离心力、磁力、机械振动力、界面力等相结合的综合力场,研究开发细粒煤的新选煤方法取得丰硕成果;模块化成为选煤厂建设的新模式;随着计算机技术和信息技术的发展,选煤生产过程自动控制和全厂自动化水平不断提高。因煤质好,不需洗选即可符合用户要求。这些国家的精煤产品质量高,炼焦精煤灰分7%,硫分1%,水分10%,竞争力强。其原因除有些国家原煤煤质好以外,与采用高效分选方法、工艺系统合理、设备性能可靠密切相关,2。铃乏泪找线匡1原煤入选比例继续提高,选煤厂规模及选煤装备趋向大型化全世界原煤平均人选比例在50%左右,一些发达国家则明显高于这一比例。如德国为95%,英国和澳大利亚为75%,俄罗斯62.1%,南非60%,波兰50%。美国煤炭人选比例虽然只有55%,但其剩余部分收稿日期:2侧3一10一12作者简介:峰,男,怀远人,研究员,现任煤炭科学研究总院分院院长、天地科技股份有限公司分公司总经理、中国煤炭学会选煤专业委员会主任委员。联系:0315一7759880。中国波兰美国俄罗斯英国德国澳大利亚南非图1主要产煤国原煤入选比例许多国家的选煤厂数目减少,厂型大型化,原煤处理能力不断扩大。如美国的选煤厂,最多时达507座,平均处理能力为486t/h,而到19%年,选煤厂数量减至340座,平均处理能力增至716t/h闭。近年来,美国多数选煤厂的处理能力为800一150Ot/h,德国一般为1OO0t/h,澳大利亚新建的选煤厂处理能力均在1ooot/h以上。有的原设计能力较小的选煤厂,通过采用现代化技术和大型设备的改造,均扩大了处理能力。如澳大利亚Mo诩bahNorth矿选煤厂原设计原煤处理能力为SMt/a,通过原设施的更新和设备的改进,将处理能力提高到10Mt/a1。世界四座最大的选煤厂为:中太堡动力煤选煤厂,原设计能力为巧.3Mt/a,经增设了高硫煤分选系统、将原干燥系统改造为滚筒式热力干燥机、更新了全厂计算机控制系统,使处理能力提高到18Mt/a,小时处理能力l为5400t;美国宾夕法尼亚州的Consol能源公司Balley中央选煤厂,1984年投产时原设计能力为900t/玩经多次改造,20XX精煤产量达到20Mt;加拿大不列颠哥伦比亚的FordirlgRiver选煤厂,原设计能力为3Mt/a,经改扩建现已成为处理能力达9.ZMt/a,生产多种冶金用煤,用户遍及世界4O多个国家的大型炼焦煤选煤厂;南非的Grootegeluk选煤厂,1980年投产,至1998年又共建5座分厂,总处理能力达9000t/h,精煤总产量达16Mt/aSJ。这些大型选煤厂的突出特点是系统简单、设备可靠、自动化程度高、操作人员少。选煤厂规模的大型化依赖于选煤装备的大型化。近年来,世界主要产煤国注重研发机电一体化、自动化和智能化的大型选煤装备。如比利时研制了50时振动筛;美国生产了单槽容积为28时的丹佛浮选机、过滤面积为400讨圆盘真空过滤机和似500卿的卧式振动离心脱水机;德国制造了40护等厚分级筛、处理能力1500耐/h的Ekofiot-V浮选机、过滤面积为500时的圆盘真空过滤机和过滤面积为1800心的箱式压滤机;澳大利亚使用了似巧。,重介质旋流器;英国制造了由1350圆筒型重介质旋流器和处理能力达14tlh的分级破碎机;中国研发了中1200一1400无压给料兰产品重介质旋流器等t一,6。2重介质选煤比例迅速上升,重介质旋流器选煤已成为发展重点在主要产煤国家,重介质选煤己上升为主导地位。在20世纪80年代,国外基本以跳汰选为主,到90年代,重介质选煤比例己由第二位上升为第一位。如美国的重介质选煤比例由原30%上升至45%,而跳汰选煤则由49%降至35%。目前,美国的重介质选煤比重已占66%,法国占60%,加拿大为56%,澳大利亚和南非已基本淘汰跳汰选。值得注意的是,由于大直径重介质旋流器、有压给料和无压给料三产品重介质旋流器和煤泥重介质旋流器的出现,重介质旋流器选煤已成为首选技术。美国原大都采用槽式重介分选机,近年来其比例不断下降,使用重介质旋流器的选煤厂已上升到51.5%。澳大利亚新建的选煤厂均采用大直径重介质旋流器作主、再选设备仁。中国新建选煤厂和老厂技术改造也大都采用重介质旋流器选煤技术。由选煤设计研究院与朗艾道合作,为成庄矿设计、建设的中国首座模块式选煤厂也采用两产品重介质旋流器闹国际普遍采用的重介质选煤技术存在着一些缺点,如原煤人选前需要脱泥和分级,且单机只能出两种产品,而通常要求除了纯精煤和纯研石外还必须生产中煤,需要两套设备和系统才能满足需要。由于上述原因造成了工艺系统复杂,使投资和加工成本较高。研究如何既能保持重介质选煤的优势又能降低投资和加工成本是世界各国选煤界的热点、难点和努力方向sj。国外走的是设备和厂型大型化的道路。如英国把主选设备Lanod卿型两产品重介质旋流器的直径由700增至1350mm0;也曾试图研制无压给料三产品旋流器来简化工艺,达到降低投资、减少生产费用目的,但Lodelns500/350仅在工业上应用2年多就因矿井倒闭而停产,此后未见新进展的报导。俄罗斯研制成功了口710/500型等有压给料三产品重介质旋流器,但存在着泵送给料,次生煤泥及精煤损失过大,二段分选密度无法在线调节,型号小等问题,应用于主业生产的仅有两个厂l气为了简化工艺,我国从上个世纪80年代开始研制有压和无压给料三产品重介质旋流器,到1995年时具有代表性的产品是Nwxs710/5加型三产品重介质旋流器,并推广应用于16座中小型广,但其两段旋流器的分选密度差较小,不能满足多数选煤厂生产纯研石的需要。改进后的700/sooA型,单台设备处理能力偏小,工艺系统不够完善,也没能在大型选煤厂中推广应用习。为了加决重介质选煤技术的发展,1995、1996两年,原国家科委和国家计委分别下达了国家九五科技攻关课题高硫炼焦煤全重介洗选脱除无机硫成套工艺与设备和大型高效全重介选煤简化流程新工艺及设备对重介质选煤技术进行集中攻关。通过煤炭科学研究总院分院科研人员和现场工程技术人员的共同努力,九五期间重介质选煤技术取得了突破性的进展,以具有我国自主知识产权的大型无压给料三产品重介质旋流器为主选设备的简化重介质选煤土艺已经研究成功,经受了生产考验,在盘江煤电公司老屋基选煤厂建成了分选、80不脱泥原煤、单系统处理能力达1.2Mt/a的生产线,实现了二段分选密度在线调节,并应用三产品重介质旋流器自身在分选的同时对加重质具有分级、浓缩特性而产生的细粒介质,使部分粗月垃煤泥在煤泥重介质旋流器中得到分选,其有效分选下限达到01在南桐选煤厂实施的高硫炼在重介质旋流器大型化方面近年来发展甚为焦煤全重介洗选脱除无机硫工艺与设备项目中,迅速。澳大利亚的选煤厂大都采用似X刃的重应用两台两产品重介质旋流器串联的方法,以一套介质旋流器,英国在工业上应用了似350的无低密度悬浮液实现三产品分选和煤泥重介质分选,压给料两产品重介质旋流器,朗艾道有限并首创了双段悬浮液分选密度自动测控。其开发成公司在成庄矿建设的模块式选煤厂采用的则是功的煤泥重介质旋流器选煤技术,使有效分选下限似150两产品重介质旋流器川,中国近年来新建降低到。刀科。生产实践证明,无机硫脱硫率达选煤厂或老厂改造采用的重介质旋流器大部分直径80%以上4。此外,在大型脱介设备、强磁磁选为1200一1300。国外三产品重介质旋流器主机、配套专用泵和重介质选煤工艺参数自动控制等要技术性能比较见表1。由表1可见,中国研制的方面均取得了长足的进步,使我国重介质选煤技术三产品重介质旋流器是目前国际上首次应用于工业进人国际先进水平行列,基本具备了快速发展重介生产的、规格最大、技术指标最先进的无压给料三质选煤的条件。产品重介质旋流器s,比川。表1国外三产品重介质旋流器主要技术性能比较型号一段结构圆筒圆筒圆筒圆筒圆筒一圆锥圆筒圆筒圆筒圆筒圆筒圆筒二段结构备注圆筒一圆锥圆筒一圆锥圆筒一圆锥圆筒一圆锥圆筒一圆锥圆筒一圆锥圆筒一圆锥圆筒一圆锥圆筒一圆锥圆筒一圆锥圆筒一圆锥二段分选密度调节方法停产调节停产调节停产调节停产调节停产调节停产调节停产调节在线调节在线调节在线调节在线调节给料处理能人料粒方式力/t.h一度/mnl分选精度rT710/5加了r71o/5AP巴/501刁reodemss/350朽/350句10/53NWX50/3503N认仪710/5003NWXS叉/60有压有压无压无压有压有压无压无压无压无压无压蕊100簇100簇扔宾40EPIE啤岌0,片5簇0.095蕊0.渊5簇0.095075075071:06肠:06到动到056053037解洪解:04妙到动到动却3NWXI/83入W欠12/8504D蕊40成110廷50共120共150落2簇350簇25蕊25毛50蕊25落50蕊50岌70簇85俄罗斯俄罗斯俄英中国中国中国中国中国中国中国在重介质旋流器生产过程自动控制方面,由于自动化测控仪表及计算机技术的广泛应用,已实现了悬浮液人口压力变频控制,悬浮液密度、磁性物含量、料液位的自动测控和产品灰分智能控制及技术经济指标的优化控制,提高了设备的处理能力、稳定了产品质量,增强了市场竞争力。目前国际上较为先进的重介质选煤过程自动测控系统属美国Hl公司研制的53Sul000型重介质选煤过程自动测控系统,其控制算法仍采用PID控制。我国重介质悬浮液密度自校正控制方法和技术比传统的PID方法更精确,将重介质悬浮液密度控制精度稳定在士o.oo6k留L,与国外的土0.01k岁L相比,精度提高了40%。采用精煤灰分仿人智能控制方法,能实现精煤灰分在线回控。尚未发现国外的重介质选煤过程自动测控系统具备此功能的报导3。通过基础研究,完善重介质旋流器分选工艺及设备结构受到许多学者的极大关注。尤其对重介质旋流器的液相流、颗粒分选规律及其模型化、介质流变学等的研究,取得不少成果。一些学者将非DSM型旋流器的特点移植到DSM旋流器,如采用不同的人料口结构、加长筒体部分长度等,改善了DSM型旋流器的分选效果。针对重介质旋流器分选50一0.5原煤时对2左右颗粒的分选效率不如粗粒级的问题,澳大利亚JK矿业研究中心通过试验研制了JKDMc型重介质旋流器。其特点是旋流器筒体上部轴向逐渐收缩并呈锥形,溢流管与筒体之间的区域由上部开始向下逐步减小,以加快螺旋流和增强离心力,使旋流器上部有效地用于颗粒分选,提高细粒煤炭的分选效果;溢流管采用厚壁和特殊形状,使O轴向速度区变宽,以增加切向速度梯度;底流口径向面上设有凸台,以加大空气柱表面与旋流器壁的距离,减少重颗粒或大颗粒进人空气柱表面和溢流的概率。与DSM型旋流器对比试验结果表明,新研制的旋流器明显改善了全粒级,尤其是细颗粒的分选性能5。南非采煤业在生产中遇到了传统的DSM型重介质旋流器的排研能力受限制等问题,Multotech加工设备有限公司开发了一种排料口呈切线或渐开线形的Re-jector现圆筒型重介质旋流器其排研能力为传统旋流器最大能力的7倍。为了防止精煤错配进人研石产品中,在底流口附加了一个类似沃塞尔分选机用的涡流分离器,取得了理想的效果。据介绍,它具有处理能力大、介质循环量小和节能等优点仁川。此外,南非的Multoteeh公司和我国的煤炭科学研究总院分院均开展了采用CFD技术对重介质旋流器的流场进行研究的工作。为改善细粒级煤的分选效果,促使人们重视发展煤泥重介质旋流器分选工艺及设备。过去一般采用小直径旋流器、较高入料压力和微细磁铁矿介质进行分选。实践证明,其操作难度大、介质回收困难。目前研究的方向是采用低压给料和市场可得到的介质实现细粒级煤的精确分选7。微细磁铁矿粉重介质旋流器工艺是美国能源部匹兹堡能源中心20世纪80年代末开发的,19%年3月开始在美国Custom煤炭总公司的soot/h选煤厂中进行工业性试验。澳大利亚、加拿大和南非也都进行了深人的研究。该工艺目前存在的主要问题是介质的回收、粒度和稳定性问题。custom煤炭总公司的初步试验表明,采用微细磁铁矿粉重介质旋流器工艺可以有效地处理0.105一0.025二级粉煤,但介质回收问题尚未根本解决。南非的研究人员提出,分选一0.075的粉煤,介质的粒度组成中一001的含量必须大于50%才能取得良好的分选结果。加拿大的研究人员认为,如果人料为一2,则介质的流变特性对一0.5。粒级煤的分选指标影响较大,要高度重视介质的稳定性对细粒级煤分选的影响。分院的科研人员较详细地研究了工业生产中使用大直径重介质旋流器分选不脱泥原煤时,其中的细粒煤的分选效果明显变差的问题。重介质旋流器实际分选结果表明,在大直径重介旋流器中,随着分选粒度的降低,尤其当分选粒度低于0.5时,分选密度明显增高,可能偏差增加3一4倍,其主要原因是大直径旋流器的主导分选粒级是+0.5二,采用过高的人料压力对主导粒级分选不利,通常压力达不到细粒煤精选所达到的离心系数,且细粒煤的分选密度又高于主导粒级,不易调整。因而采用大直径重介质旋流器分选不脱泥原煤只能在对细粒煤分选精度要求不高的情况下采用。而以强化细粒煤分选为主要目的的脱硫4降灰则必须采用其他手段才能实现理论研究结果表明,要使细粒级物料在重介质旋流器中得到有效的分选,首要的问题是使细粒级矿粒在旋流器获得相应高的离心系数。而矿粒在旋流器中所受到的离心力与旋流器直径成反比,因而对细粒级分选宜采用小直径重介质旋流器,并适当增加人料压力,以获得比大直径旋流器较高的离心系数,强化作用于矿粒上的离心力和有效分离速度。同时要改善分选悬浮液的流变特性,采用微细介质以保持悬浮液的稳定性。生产实践证明,采用微细介质小直径重介旋流器分选细粒煤,可使有效分选下限达到0.045,且E。值在0.06一0.08左右,0.5-0045级无机硫脱除率可达65%以上8。为了提高重介质选煤系统可靠性,人们重视开展耐磨材料的研究,并取得了一定成果。王红敏等介绍了选煤厂材料磨损的类型,即有磨粒磨损、粘附磨损、侵蚀磨损、接触疲劳磨损、磨蚀磨损、微动磨损、高温及高速磨损、塑性变形等9气在选煤厂,以上几种磨损类型或单独或几种同时存在于不同使用场合。田庄选煤厂使用耐磨材料结果表明:不锈钢溜槽比普通碳素钢的寿命可延长2一3倍;用特种合金钢整体铸造的重介质旋流器使用寿命可提高2倍以上;特种合金钢铸管使用寿命为碳素钢管的3一5倍扛191。西曲选煤厂使用耐磨瓷复合管,其使用周期为普通钢管的13.1倍侧。3基础理论研究的深入,提高了传统选煤方法与设备的分选效果应用计算机技术、信息技术和现代化科学仪器、仪表,运用数值模拟、过程仿真、图像识别、信息管理、建立数学模型等方法,对各种选煤工艺进行基础理论研究,改进选煤设备结构、优化工艺参数、提高分选效果,是近年许多学者的研究重点3.1跳汰选煤方面跳汰分层理论的研究已持续了一个半世纪。对跳汰分选机理,目前尚停留在假设阶段。跳汰分层的研究仍是热点课题。荣曾等对跳汰机床层松散与分层的流体动力学进行了研究,从分析跳汰机中脉动水流作用下颗粒受力与床层松散过程出发,建立了较完整的颗粒运动基本方程,并提出水流和床层对颗粒运动的作用力与加速度对颗粒作用的惯性新算法;采用自行提高跳汰机的产品分离精度,一直是研究的重点容之一。周翠红等研究跳汰机动态分离排料装置,采用能跟随床层上下脉动的随动溢流堰,并选择合理的驱动装置和传动装置,经实验室试验测定取得了较好的效果3,。分院在跳汰机自动排料控制系统中采用灰色预测控制仪表,简化了控制系统的构成,提高了控制精度,稳定了跳汰产品质量34。对跳汰机的检测和控制技术,各国做了大量研究工作。波兰的Bos。一2X刃型跳汰机可检测床层的松散度,并直接用来控制风量、水量和风阀。澳大利亚的APIC跳汰机可检测脉动速度、空气室中的液位和床层的平均密度。日本的跳汰机可测量床层脉动的波形、波高、频率、空气室中的压力及给料量和排料量,并据以控制高低压风的进风量和频率,从而设计出可适应各种煤质分选的可变波形跳汰机,使选煤效率大大提高。一些国家根据检测的数据,结合计算机还实现了跳汰机的智能化管理。如波兰的Boss一2X刃型跳汰机,采用EMAG中心的AS一20以型控制系统技术,可使跳汰机实现无人操作;澳大利亚的Apic跳汰机采用平衡式蝶形阀控制气流,应用Jigscan控制器测量空气室中的气水界面,在人料变化时仍能保持脉动状态不变,可代替操作人员工作州;德国的BATAc跳汰机,其连锁功能采用可编程序控制器PLC控制系统,对所有排料闸门和脉动空气室进行控制,并通过调节振幅、频率对吸吸力进行闭环控制。近年来,动筛跳汰机作为一种块煤分选设备,以其处理量大、用水量少、工艺系统简单、分选效率高、运营费用低等优点,备受选煤界的关注。德国和澳大利亚均采用液压驱动式动筛跳汰机,中国则视厂型大小及处理粒级情况,分别采用液压驱动式或机械驱动式动筛跳汰机,以代替手选、重介质排研、选择性破碎机,有的还用于动力块煤分选,目前全国已应用20余台。新集二矿选煤厂引进的德国动筛跳汰机用于分选35一巧0动力块煤,其I值为0.09,数量效率为93.45%国。中国产液压驱动式动筛跳汰机I值为0.003,数量效率95%。中国产机械驱动筛跳汰机I值为0.095。液动驱动式的动筛运动特性可在线无极调节,机械驱动式则需停机改变机械参数来实现。据分析,中国国产液压驱动式动筛跳汰机的价格为引进的l/10左右,吨煤投资为国产机械驱动式的3/4左右,从性能价格上考虑,液压驱动式较为经济合理7,8。63.2浮游选煤方面微细煤泥浮选及提高煤泥浮选选择性,始终是国外研究的技术难点和重点。目前,在国际上出现了一种载体浮选的新概念,即用可浮性较高的颗粒为载体携带难浮选颗粒。煤泥中待浮选的细颗粒覆盖在附属物或载体颗粒上,使带有覆盖层的颗粒浮起。GAtesok等的研究表明,载体最佳粒度为0.1一0.3,被载体与载体之比的最佳值为0.02。此时,从灰分为16.3%,全硫分为2.0%的人料中,可选出粒度为一0.038的细粒精煤,其灰分为8.3%、全硫分为0.72%、产率为81.0%。究其原因,主要为载体和被载体颗粒之间因电荷相反而产生静电吸引力,在团粒表面上最终达到疏水/亲水平衡,从而产生气泡和团粒的杂凝聚现象39。为解决弥散型煤泥浮选问题,Iubinsteil,等通过使用添加剂,研究提高细煤泥浮选速度及其选择性的专门工艺,选择用药剂调节煤泥浮选条件和采用特定空气动力学条件的多段浮选柱等方法来提高细粒煤的浮选效率401。为了提高细粒级难浮煤和氧化煤的浮选效果,何杰从表面化学基本理论出发,分析了煤的本征表面性质与润湿性间的关系,探讨了表面活性物质的性质、浓度以及溶液的pH值等因素对润湿性的影响l。林玉清等分析了煤泥氧化后对可浮性的影响及加添加剂可改变氧化煤泥的疏水性,并对潞安煤泥氧化后添加OC一01添加剂进行浮选试验,证明其对改善煤的可浮性和选择性有一定效果网省煤炭科学研究所合成了兼具选择性和分散性的FO系列药剂,试验证明可取得节油和提高精煤产率的效果网。程双武等研发出高效煤泥浮选促进剂,也取得同样的结果44。为了降低浮选精煤被细泥的污染,程宏志等利用设置于浮选槽分离区的振荡分离器的机械振动,激励其周围介质振荡,当两个波动源之间最小局部振幅大于能够产生机械夹带的气泡表面间最大距离时,被气泡夹带的亲水性颗粒游离为自由颗粒,落回矿浆,从而减轻了夹带污染。工生!k生产实践证明,可有效降低浮选精煤灰分1一2个百分点,提高浮选完善指标3个百分点以上,突破了用冲洗水降灰的传统方法,为降低浮选精煤灰分提供了新的途径网。为了提高浮选效果,许多学者在改进和创新浮选工艺上作了大量研究工作。建中等针对细泥对浮选精煤污染的问题提出了分级浮选的流程祠王怀法等对高灰极难浮煤泥进行了絮凝浮选的研究,考察了团聚剂用量及种类、搅拌调浆浓度、分散剂用量等工艺因素对浮选的影响,获得优于常规浮选的分选效果网。宏丽等开展了煤泥反浮选的研究探索,考察了捕收剂种类和用量对煤泥反浮选效果的影响。结果表明,基本达到了正浮选的指标,但药剂耗量较大,有待进一步研究网。郭德等以杏花选煤厂为例,分析了研石易泥化、粘土含量大、水质软等问题,通过煤泥浮选最佳粒度组成的确定,采用脱泥浮选流程,全面改善了浮选、过滤、澄清等效果,并提出耙式浓缩机是原煤脱泥的理想设备49l。罗道成等针对褐煤可浮性差,传统浮选法不能分选的问题,提出了温度在25,用NaOH溶液对其进行预处理,用甲基二乙醇酞胺对其表面进行改性,然后用C重油进行造粒,再用少量仲庚醇对造粒褐煤进行浮选的新方法。试验结果表明,可以很好地浮选回收细粒褐煤50j。在研究提高极细煤泥浮选效果的同时,在国际上还注意进行提高浮选粒度上限以简化工艺流程的研究。美国R一HYoon等应用新开发的药剂对国的无烟煤煤样进行了实验室试验,可成功地分选上限为2一3的煤炭。并对1.41一0煤泥进行了半工业性试验,取得了很好结果叫。对浮选设备的研发工作,不少学者取得了卓有成效的结果。科技学院研发了浮选旋流器,并在杏花、南山和东海等选煤厂进行了工业性试验,收到理想效果,并取得专利i。随后又研制成功基于离心力场和重力场共同作用的中1500、叨500和中3XX等型号的系列圆形离心浮选机,工业性试验结果表明,微泡和旋流力场强化了煤泥的选择性,降低了浮选颗粒粒度下限;浮选时间由常规浮选的十几分钟减少到l一Zmin,提高了浮选效率和处理能力,且具有投资省、运行费用低的优点53,54:。为了实现浮选机的大型化,程宏志等根据机械搅拌式浮选机的工作原理、结构特点和工艺要求,运用相似理论,制定了适用于选煤用浮选机模拟放大设计的几何相似、动力相似和运动相似准则,应用于相似转换后,具有相似的搅拌强度、充气速率和颗粒悬浮条件,为浮选机的科学设计提供了理论依据国。俄罗斯在研制浮选机过程中,注重采用轴向叶轮,以增大气泡的上升力。试验结果表明,可增大气泡上升力1一2倍、降低能耗20%一33%,增大浮选槽有效容积20%国在浮选设备研制方面特别应该提到的是,为了强化细粒级煤的浮选效果,继20世纪60年代以后,浮选柱再次成为研究热点。在工业上当采用冲洗水喷淋泡沫时,浮选柱的精煤灰分可比机械搅拌式降低l一2个百分点。世界各国开发的浮选柱主要有美国的凡otair型和MierocellM型;加拿大的CF-CC型和玩eds型;前联的中n型和澳大利亚的Jameson型等。Honake:RQ等介绍了针对细粒煤精选的增强型浮选柱的浮选特性与使用情况困。中国开发的主要为FCMC型旋流一静态微泡式和FXZ型浮选柱,目前在工业上应用的主要是旋流一静态微泡浮选柱和静态浮选柱,已达50多台。炯天介绍了旋流一静态微泡浮选柱的研究及应用情况,其主要技术特点是底部旋流场的作用,在较高强度离心场和重力分离作用下,成泡与矿化过程突出了垂直的特点,并形成了微细物料分选的综合力场的优势国。当前各国对浮选柱研究的侧重点主要是柱体高度和气泡发生器。大量研究工作表明,浮选柱总的发展趋势是气泡发生器由部充气型向外部充气型发展,柱体由高柱型向低柱型发展59。3.3干法选煤方面干法选煤由于不用水、工艺系统简单、投资省、建设周期短、运行费用低和粉尘污染问题已得到解决,近年来在研究和应用方面又有上升的趋势。在世界上,原联是干法选煤生产规模最大、经验较丰富的国家。现拥有风力选煤厂20多座,年处理能力30Mt,以Cfl一6和Cll一12型两种风力摇床使用效果最好,近年又开发了sP型风选机。MikhailVDavydov较详细地介绍了sP型风选机的研究背景,原理及应用情况圆。中国由于西部大开发战略的实施,西部又处于高寒、缺水地区,因此干法选煤技术的应用得到迅速推广。据不完全统计,在1998一20XX的4年,分院研发的FGX型系列复合式干法分选机在全国应用了92套,人选煤量达23Mt,占总人选原煤的6%。Fx型风选机亦在继续扩大应用围叫。今后的发展方向是提高设备的可靠性,并继续向大型化方向发展。为了提高干法选煤的分选效果,日本、加拿大和中国先后开展了空气重介质流化床干法选煤技术的研究。世界上首先由中国矿业大学完成的处理能力为50t/h、月犷于处理50一6级煤炭的空气重介质流化床干法选煤技术完成工业性试验后,处理能力为70万t/a的干法选煤厂也投人试生产。工业试7验结果表明,该法具有分选精度高、投资省、无环境污染和分选密度调节围宽的优点,可适应不同煤质、不同产品质量要求情况下的分选,既可排研也可用于低密度分选。目前,中国矿业大学为实现全粒级煤炭干法分选,正开展50大块煤深床型空气重介质流化床选煤技术、三产品双密度层空气重介质流化床和1煤粉摩擦电选技术的研究阅。日本煤炭利用中心通过与私营公司和JCOAL合作完成了新能源和工业技术发展组织委托的煤炭干选工业性试验项目,13块煤采用流化床式分选机进行分选,13一0.5采用振动风力摇床分选,年9月一H月,进行的处理能力为lt/h、6h连续试验的结果表明,风力摇床和空气流化床分选设备可处理水分为5%的煤图。流化床分选设备所采用的加重质为玻璃珠和碳酸钙颗粒。玻璃珠的流动性优于碳酸钙颗粒,采用碳酸钙的目的是为了脱除连生体颗粒中的黄铁矿,其化学反应式为:CaCO3CaO+50,CaS凡流化床分选设备的E。值为0.1左右,可燃体回收率在90%左右03,。3.43.4.1辅助工艺及设备方面分级破碎设备分级破碎机的出现,使选煤厂原煤准备系统的简化成为可能。其特点是集破碎和筛分于一体,能严格控制碎后产品的粒度,过粉碎率低,可省去传统的用预先筛分构成的系统,因而大大简化了工艺环节。近年来,国际上分级破碎机产品种类众多,主要的有澳大利亚爱邦机械工程公司的齿辊型碎煤机、美国MCIANAHAN公司的DDC一Size:型破碎机和英国矿山机械发展集团公司的破碎筛分机等。其中尤以MMD的破碎筛分机性能最为突出。该机在整机的结构型式、破碎机理、破碎齿型的设计、齿的布置方式、安装形式及破碎齿材料的选择等多方面均处于世界前列,其最大处理能力可达14xt/h。中国几座选煤厂已引进了几台使用,8效果良好。我国煤炭科学研究总院分院吸取国外各种破碎筛分机的特点,也研发成功系列破碎筛分机,并已推广应用,但规格型号较小,处理能力一般毛300t/h,目前正向大型化方向发展65,洲。3.4.2筛分设备国外在筛分设备的研究方面,除了提高可靠性外,其发展的趋势是规格大型化、品种多样化和制造材料多元化。在大型化方面,国外已生产出面积为40一50讨的大型筛分机;在品种上,应用机械振动力、离心力、电磁振动力设计成功多种振动筛分机;在制造材料方面,采用了复合材料、塑料及橡胶等圈。中国学者对筛机也进行了不少的研究工作。如圆运动梯流棒条筛的研究、复频振动筛的研究、离心振动筛的研究、弹性振杆筛的研究,以及难筛物料堵塞筛孔原因和防堵措施的研究等,取得了不少成果,对推动中国煤用筛分技术的进步发挥了重要作用68一侧。3.4.3煤泥水处理煤泥水处理是选煤厂生产过程中关键的辅助环节,国外学者为提高煤泥沉降、回收和洗水澄清效果开展了有针对性的研究工作。南非的oslnan研究认为,涡流式渐开线人料口的旋流器具有最大的单机处理能力,但因其加工困难和成本较高,可改为采用带式人料口并配以压力扩管以降低入料口区的紊流,同样可提高处理能力;建议采用轴流式旋流器,可以改善进人溢流中的短路料流;借助水喷射器将水喷射到旋流器底部,可使进人底流中的短路料流减少50%73。澳大利亚JK矿业研究中心开发了一种新型分级旋流器,其特点为:机体上部轴向逐渐收缩,并呈锥形;溢流管采用厚壁和特殊形状;底流口径向面上设有凸台,试验证明,其分级粒度、底流流量比率明显低于传统旋流器1。为强化煤泥水的浓缩、回收,志强分析了煤泥水经磁处理后容易澄清的机理,通过试验证明,经磁处理后,煤泥水中悬浮颗粒的沉降速度增加,澄清水的清洁度提高,其固体含量可降低至0.19/L叫。忠彦等通过试验表明,磁处理可降低物料表面电位,改变浆体中的粒度组成,使固体颗粒总的表面积减少,粒径增大,改善物料的过滤性能,提高脱水效率国。冬研究了细粒煤泥的载体沉降,以粒度为一0.5nln域0.5一1的研石粉为收捕介质,与煤泥水混合,加人凝聚剂和絮凝剂,通过改变颗粒表面性质或桥联作用,使细颗粒粘附于收捕介质上或形成粒度大、质量大的絮团,因而提高了其整体沉降速度,降低了澄清水固体含量侧。为了充分回收、利用煤泥压滤机滤饼,分院研制成功集滤饼定量破碎、穿流干燥作业于一体的煤泥滤饼碎干工艺与设备。生产实践表明,碎干产品水分13%,粒度13x25,可满足商品动力煤的质量要求,已在一些选煤厂推广应用77。4细粒级煤的分选和脱水技术成为研究开发的重点对于细粒级煤的分选,除了开发各式浮选柱、高选择性浮选机和微细介质重介质旋流器外,许多学者正注重研究运用综合力场来进行分选。英国研究在摇床上施加离心力形成为MGS多重力分选机,其处理粒度围为l一l仪x脚,一台双滚筒分选机的处理能力相当于普通摇床的12倍,对黄铁矿的脱除率可达75%一80%。把离心力施加在跳汰机上,美国研制了INDECD离心跳汰机,英国研制了PYRADYNE离心跳汰机,德国研制了干选离心跳汰机,澳大利亚研制了较为有名的、可有效分选0.063一0.038煤的Kelsey离心跳汰机。美国研制的Falcon离心分选机,工作时产生的离心力为3009,可有效分选0.6一0.以3级物料,脱硫效果显著,其FalconC40型用于选煤的处理能力为loot/h,操作费用仅为浮选的1210。Hon砍erRQ等介绍了Falcon选矿机的应用情况,该设备在处理细粒煤时,各个试样的分选效率均大于90%,产率大于89%叫。此外还有美国的Knelson选矿机等。在美国,还研制了采用流膜选的Mozley多密度分选机和氏充填跳汰机,开展了选择性油团选的研究,3。氏充填跳汰机又名柱式跳汰机,原煤给人充填有波纹板的柱,脉动水流由柱底附近给人,物料在网格式上升液流的作用下进行分层,重物料颗粒由底部排出,轻颗粒物料则由顶部溢流排出。据称其可处理小于150或250拼m的极细物料闪。澳大利亚研制的干扰床层分选机利用干扰床层实现按密度分层,分选最佳粒度围为3一0.25,单位面积处理能力大,单机处理能力达lootzh即。凡eha司5RG等人利用eFD技术模拟螺旋分选机单元的颗粒流的流变情况,应用VOF运算法则、同位素RNCK一。扰动模型、L窖习n乡an法,通过应用程序成功地对分选效果进行了预测,为不断改进设备的几何形状以改善分选效果奠定了基础sll。目前在国外还开展了全氯乙烯分选煤泥、粉煤静电选、高梯度磁选、选择性絮凝以及水基磁流体分选技术的试验研究,均尚处于实验室试验阶段。总的看来,重力与离心力结合对细粒煤进行分选,由于其分选效率高、处理能力大,将具有很好的发展前景。在细粒煤的脱水回收方面,取得的最大成果是研制成功和推广应用加压过滤机、超高速离心机和强气压穿流式隔膜挤压压滤机,很大程度上降低了浮选精煤水分,改善了煤泥水处理系统的工况。在国际上,美国多采用超高速离心机,而欧洲则趋向于采用加压过滤机或隔膜挤压式压滤机图。为了进一步降低细粒煤产品的水分,一些学者建议开展将压滤脱水与热力干燥构成一体的蒸汽压滤脱水技术的研究,预期将具有节能和简化工艺系统等技术特点82。5模块化成为选煤厂设计和建设的新模式模块式选煤厂又称装配式选煤厂,由于其系统单机化、工艺简化、布置紧凑化和设备成套化,与传统选煤厂相比,显示出建设周期短、运行成本低和投资效益好的特点,因而近年来在国外都得到推广。美国、澳大利亚和俄罗斯等用的更多。俄罗斯在1999年以后即建成了8座装配式选煤厂或选煤车间83。中国首座模块式选煤厂成庄选煤厂是由朗艾道于1998年建成的。1999年又建成三汇坝选煤厂。德国DBT集团收购了朗艾道公司并在澳大利亚重建DBT选煤公司后,至22年,又为中国建设了朔里、马脊梁、寺河和鹊儿山选煤厂。选煤设计研究院根据中国国情并吸收国外选煤厂设计的优点,推出了新型装配式选煤厂,其设计特点为工艺多样化、系统灵活化、配置个性化、检修便利化、厂房低层化、控制自动化、指标可靠化和投资最小化,已先后建成伯方、黑岱沟、祁东、辛置和东庞选煤厂。煤科总院分院也开展了这方面的工作,正在建设的各庄选煤厂的技改工程预计在23年底投产。据介绍,装配式选煤厂与同规模选煤厂相比,可降低基建投资约20%一30%,节约生产成本约50%一60%,9提高综合效率约10%一20%网。6选煤生产过程自动控制和全厂自动化水平不断提高由于选煤厂用检测仪表的发展,国外大多数选煤厂实现了高度自动化。美国、德国、英国和澳大利亚等国家相继开发成功各种在线检测装置,如测灰、硫、发热量、灰融点、水分、产量、跳汰参数、介质密度和粘度、煤浆灰分和浓度、料液位等,并均已应用于工业生产中,实现了受煤系统、重介质系统、跳汰系统、浮选系统、干燥系统和装车系统的自动控制,选煤厂人料也实现了均质化。这些自动化装置配合计算机专家系统和全厂监控,为产品质量的稳定、选煤设备的可靠性、分选工艺和产品结构的优化、最大限度提高产品产率和经济效益提供了技术保证,使选煤厂工作人员大大减少,处理能力为800一1soot/h的选煤厂每班操作人员一般不超过3人lj。美国、澳大利亚和德国等,以计算机、PL:为基础平台构筑的选煤厂综合自动化技术,已趋成熟。目前,集选煤厂生产过程控制,生产设备集中控制,工艺参数、产品质量及数量、材料及能源消耗等数据的实时采集,生产及市场经营管理为一体的管、控一体化的选煤厂综合自动化技术,已成为选煤厂设计、生产质量管理体系中的基本要素被广泛采用。随着信息技术的发展,选煤厂自动化今后的发展趋势将是以网络为支撑,信息管理为核心,以信息技术为手段,生产与管理一体化的集成应用系统85。在中国,近年来选煤厂自动化技术也取得可喜的进步,研发了一批适应选煤厂生产、管理需求的软、硬件。在生产过程控制方面,分院研制成功跳汰机床层状态有源检测灰色预测自动控制系统,既可稳定床层也可估测跳汰机自动控制效果晰,洲。老虎台选煤厂采用Fix软件,通过直观方便的人机接口,实现了浮选过程计算机优化控制,提高了浮选效率,降低了药耗88j。分院研发的浮选精煤滤饼灰分自动测量系统,为浮选产品质量的在线测控开辟了一条新途径困;研发的煤炭灰分自动分级系统准确率可较人工提高40%;与鲍店选煤厂协作研发的应用灰分监测仪检测精煤灰分,利用模糊控制器为调控中心,对跳汰机床层自动控制进l0行回控的系统,使产品质量稳定率提高了7.6个百分点,精煤产率提高了1.7个百分点9。何京东等研制了配煤软件,可优化配煤策略,降低配煤成本圈。分院研发的煤炭水分在线测量系统已用于测量3nim煤炭的水分呵。鲍店煤矿与煤矿设计研究院协作开发的铁路装车自动化系统,使装车速度提高20%以上,装载误差由0.5%降至O15%。在煤炭产品质量检测仪器方面,分院研制成功同位素煤炭硫分测定仪,测硫速度最快为165,而国外同类仪器为smin,其测定值与化验值的对比误差,满足国标要求的数据达到80%以上95J;研发的MFA一01型光电式浮选尾矿在线测灰仪,用于测量固体粒度感0.7、浓度159几的尾矿浆时,其测量准确度为1.8%酬这些检测仪器的研发成功,为选煤生产过程自动控制提供了必要的条件,为提高选煤厂自动化水平奠定了良好的基础。在1998一20理年五年间,在有关刊物及学术会议上发表的相关文章和22年3月在南非约翰斯堡召开的第14届国际选煤会议上发表的论文众多,本文只择其主要文章的基本容作一概括性的介绍,如果读者感兴趣,请利用参考文献进行查阅或通过中国学术期干IJ网及万方数据网查阅详细资料。参考文献:l长林.国外选煤动态分析J.选煤技术,19洪,:科一48.仁2MelJl左lllrila.CoalPreparation:The玩t20Yea,、w。tUesAheadJ.Coal,1996,:32一36.3峰.我国跨世纪选煤科学技术的发展J.选煤技术,1999,:1一6.仁4RPe叮.Coalnreparationdevelovmentproblemsand详r-s哪etivesinUkrai朋eonsidexingthel托爪吧r比朋urnalC,alPreparationCongl55C.SandtonCnvention:em、,Johsburg,51川、Afriea:SA2,:53一55.6Bi欣Kschimxnouer.手:由yeoalvreparatio:1T,。、l恢,xJ.CoalA罗,1996,:82一86.7牛海金,王中民,屈飞,等.朗艾道模块选煤厂在成庄矿的应用Jl.选煤技术,2X1,:31一34.第6期峰:近年选煤技术综合评述2X3年12月25日飞.J1.JJJ件,尸ILL卫.,.JIIJ飞卫Jn只UC,.fr.LLIJLweL2526飞.J,.一了声只UZ2resL厂.几L,.J勺.J,1,.1通卫lrlF.esL飞IJ气esesJ902气,resL厂.L131415,、.JlJeses,12气、气resLr.L气.奋,J.I勺,月4气j勺resLF.L161735飞IJ飞.JU月z八、,JrlLF.L18飞r.J飞JesesO八O户凡J门r厂.L厂Ll9202122峰.第14届国际选煤会议概况tJ.中国煤炭,2印2,:6一61.SPre鸣er.LARCODEMSmediumproeessingteehnolo群J.Au日祀reitun邵一Teehnik,1998,9:467一468.DBaiilie.于rlllepr仪IudL川odelns、.aratordenlon-stration,installationand详dbnllaneetestingR.FinalreportEUR一17155一EN,1997:138一142.峰.中国选煤业技术水平的国际比较J.中国煤炭,22,:40一43.huFeng,URnihe.Studyan2:178-182.峰,瑞和.大型高效全重介选煤简化流程新工艺及设备的研究J,煤炭科学技术,23,:34一36.丛桂芝,周玉森,邢玉梅,等.高硫炼焦煤全重介洗选脱除无机硫成套工艺与设备的研究J.选煤技术,11拟,:1一4.RRo飞,TJNavier一Murm.Developmentofinlll飞ved由nse111以lium耐classifyingcyelonesA.而ee战n邵ofXlvInternatio耐C阅浅parationeollgressel,SandtonConventionCen,Johanneshu唱,阮uthAfriea:SACIS&SAIMM,2峨叉2:297一302.N助urens厂rheRejeetorA.Pnxeedi哪ofXIVInter-nationaleoal氏pal习tionCon脚sse.sandto。Conv-entionCentre,Johannesbu瑙,SouthA斤iea:SAC邓&SAIMM,2以2:285一289.GJdeKOrte,PHand,AForl,全5.SuPellracerAworkinpn9155A.Phxeedi哪ofXIVInternationalCoal饭lalationCollgll己55C.sandtoneonventioneerltre,Johannesbllrg,阮uthAfrlea:SAC巧&SAIMM,22:483一488.峰,俊利,徐建平,少章.FHMC一SF分选工艺实现煤炭深度脱硫降灰的探讨J,煤炭科学技术.1望为,.王红敏,振山.抗磨材料在选煤厂的应用J选煤技术,2l,:30一31.间宏亮,