模块式干法重介质流化床选煤系统—世界选煤技术的重大突破 / 开普饭

第一作者简介

赵跃民，男，1961年9月生，教授、博士生导师，国家教学名师奖获得者、国家杰出青年科学基金获得者、国家自然科学基金委创新研究群体学术带头人。现任中国矿业大学党委常委、副校长、校学术委员会主任。

赵跃民长期从事矿物加工工程领域研究，在煤炭干法分选和筛分领域做出了创造性贡献。创立了潮湿细粒煤炭深度筛分理论，发明了高性能大型振动筛关键技术，在我国煤矿得到广泛应用，解决了大型振动筛可靠性差、筛面堵孔的世界性技术难题。开发了新一代空气重介质流化床干法选煤技术，主持建设了世界上首座模块式干法重介质流化床选煤厂，为我国西部干旱缺水地区煤炭分选提供了一条有效途径。

现有的选煤技术主要是湿法选煤技术，湿法选煤过程用水量大，分选1ｔ煤需要用水3-5ｍ3，消耗水资源0.1-0.2ｍ3。但我国2/3以上的煤炭分布在西部干旱缺水地区，湿法选煤技术用水量大与水资源短缺相矛盾。对于储量丰富的褐煤资源，由于其遇水易泥化，也不宜采用湿法分选方法。因此，亟需开发高效的干法选煤技术，满足干旱缺水地区的煤炭分选需求。另外，水资源短缺是全球性问题，开发高效的干法选煤技术对南非、巴西、印度和土耳其等缺水国家的煤炭分选也具有重要意义。

中国矿业大学从事空气重介质流化床干法选煤技术的研究30a，先后完成了基础理论研究、实验室研究、中试试验研究和工业性试验等。2000年起，产学研联合，开展了新一代干法重介质流化床分选机和模块式干法选煤系统的研究。2007年中国矿业大学与唐山市神州机械有限公司合作开发，自主创新，建立了模块式空气重介质流化床干法选煤技术的工业示范系统，实现50-6mm煤炭的高效干法分选。2013年在神华新疆能源有限责任公司建立了世界上首座模块式干法重介质流化床选煤厂，生产灰分小于3.5％的超低灰精煤，实现了空气重介质流化床干法选煤技术的工业应用。2014年6月，模块式干法重介质流化床选煤系统及设备通过了中国煤炭工业协会组织的科技成果鉴定，专家组认为：“模块式干法重介质流化床选煤系统”技术水平居国际领先，是世界选煤技术的重大突破。

1干法重介质分选原理

以微细颗粒作为加重质，在均匀的上升气流作用下，形成具有一定密度的气固悬浮体，具有似流体的性质，煤炭颗粒在气固流化床中的受力大体可分为纵向力和侧向力。对于煤炭颗粒在流化床中的受力主要有惯性力F、重力G、浮力Ff、阻力Fr。当颗粒粒度足够大，可以受到床层平均密度的浮力作用时，它在流化床中的浮沉方向取决于受到的净浮力，即

2 设备与工艺

2.1新一代干法重介质流化床分选机

新一代干法重介质流化床分选机结构如图２所示，在第一代空气重介质流化床分选机的基础上进行了创新设计：

①分选机在精煤和尾煤的排料端分别设置了加重质的内循环装置，通过该装置，可以大幅度减少加重质的分选机外循环量，将吨煤加重质循环量控制在2ｔ以内，有利于维持床层密度的稳定性和降低加重质的损耗，减轻了系统负荷；

②分选机的分选室与布风室之间安装了新型耐磨抗堵布风板，且便于拆卸更换，解决了长期以来布风板堵塞及难以更换的难题，可保证分选机高效、连续、稳定、长时间的运行；

③设计了新结构运动部件，如刮板输送机、导向轮和压链轮等，滚动摩擦代替滑动摩擦，提高了运动机构和整机的可靠性。

新一代干法重介质分选机采用磁铁矿粉与煤粉组成的二元加重质，分选密度可调节范围为1.3-2.2g/cm3，适用性强。二元加重质中磁铁矿粉的粒度为0.30-0.06mm，与第１代分选机采用的0.30-0.15mm磁铁矿粉相比，粒级拓宽了2.5倍，同时保证了床层密度的均匀稳定性。

2.2模块式选煤系统

2007年，在乌海建成了40-60ｔ/ｈ模块式干法重介质流化床选煤的工业示范系统,如图3所示。采用该系统对我国内蒙古、陕西、山西、新疆等煤炭进行干法分选试验，分选效果良好。同时对南非干法选煤公司提供的煤样进行了分选试验，分选粒度下限可达到6ｍｍ，分选密度为1.75g/cm3，精煤产率为87.45％，精煤灰分为12.40％，矸石产率12.55％，矸石灰分为88.84％，可能偏差Ｅ值为0.05 g/cm3。

2013年中国矿业大学与唐山市神州机械有限公司在神华新疆能源有限责任公司建成了世界上首座模块式空气重介质流化床干法选煤厂（图４）。该系统将原煤准备系统、煤炭分选系统、介质净化回收系统和供风除尘系统集成装配在同一平台，设备布局紧凑，工艺流程简单。系统占地面积25m×8m,高11ｍ,与原有厂房式分选系统相比,该系统大幅度降低了基建投资。

模块式干法重介质流化床选煤厂的工艺流程如图５所示。原煤经过预先筛分和破碎，将＜100mm的煤炭经过10mm筛分，＜10mm细粒煤不进入分选系统，100-10mm煤炭进入到干法重介质流化床分选机中。若原煤表面水分较高，则将＜100mm的煤炭给入到振动混流干燥器中，经过低温干燥，降低煤炭表面水分，满足了空气重介质流化床分选机的分选要求，同时提高了后续筛分作业的筛分效率。分选后的精煤和尾煤分别经过两台振动脱介筛脱除加重质，得到精煤和尾煤产品。脱介筛筛下物经过分流器，一部分进入干式磁选机，经过磁选脱除煤粉，磁选精矿进入磁性物仓；另一部进入循环介质仓。干法重介质流化床分选机所需要的压缩空气由鼓风机产生，经过风包、流量计和阀门等进入分选机；从分选机上部排出的空气中含有次生的微细煤粉，通过引风机和布袋除尘器，回收煤粉，保证排到环境中的空气无污染。

３结果与讨论

3.1原煤性质

采用模块式干法重介质流化床选煤系统对神华新疆能源有限责任公司的长焰煤进行了分选，精煤产品用于生产活性炭。原煤性质见表１，入选原煤粒度为100-10mm，灰分为18.69％。为满足活性炭厂的生产需求，要求精煤灰分＜3.5％。根据原煤可选性，理论分选密度为1.485g/cm3，理论精煤产率为73％，可选性等级为较难选煤。

3.2 分选结果与效果

重介质分选技术的评价指标主要有可能偏差E值、分选的数量效率η等。在正常生产的条件下，按照相关规定和要求，确定合理的采样时间间隔、子样质量和采样方法，对原煤、精煤和尾煤产品进行取样分析。精煤实际产率为67.88％，灰分为3.46％，数量效率η=93％。通过浮沉试验，得到空气重介质流化床的分配率并绘制分配曲线，如图８所示。通过分配曲线，可以查得实际分选密度为1.49g/cm3，可能偏差Ｅ值为0.055g/cm3，分选精度要远大于跳汰、风力摇床和复合式干法分选机等选煤技术。模块式干法重介质流化床选煤厂满足了用户需求，并在世界上首次实现干法分选技术生产超低灰精煤的工业应用。自建成以来，设备运行平稳，无故障，可靠性高，经济效益显著。与传统的湿法选煤技术相比（表２），该系统建设周期短，吨煤投资低，分选工艺不用水，没有复杂的煤泥水处理，系统吨煤加工费用低，技术经济指标具有明显优势。