郭 靜，李 磊，李志明

(1.新疆中泰新能源有限公司，新疆維吾爾自治區(qū)吐魯番市，838000；2.唐山神州機(jī)械集團(tuán)有限公司，河北省唐山市，063001;3.河北省煤炭干法加工裝備工程技術(shù)研究中心，河北省唐山市，063001)

1 干法選煤技術(shù)的必要性及其主要特點(diǎn)

選煤是潔凈煤技術(shù)的龍頭，是煤炭清潔高效利用的重要基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，選煤可大大降低煤中的灰分和硫分，提升商品煤品質(zhì)，減少無效運(yùn)輸。2022年3月22日，國務(wù)院副總理韓正組織召開了煤炭清潔高效利用工作專題座談會。會上韓正強(qiáng)調(diào)：“要加強(qiáng)統(tǒng)籌謀劃，聚焦重點(diǎn)領(lǐng)域，整合各方面資源，形成推進(jìn)煤炭清潔高效利用的合力。要堅(jiān)持目標(biāo)導(dǎo)向和問題導(dǎo)向，抓住重點(diǎn)行業(yè)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，推動煤炭清潔高效生產(chǎn)和洗選?！庇纱丝梢?，選煤技術(shù)得到國家層面空前的高度重視[1-4]。目前的選煤技術(shù)工藝主要分為濕法選煤和干法選煤兩大類。濕法選煤每入選 1 t 原煤的耗水量為0.03～0.08 m3，部分選煤廠易泥化煤泥產(chǎn)率達(dá)到30%，并且濕式選煤工藝流程相對比較復(fù)雜，設(shè)備投資較高。而干法選煤技術(shù)具有不用水的特點(diǎn)，可以有效避免濕法選煤中煤泥水以及在高寒地區(qū)冬季選煤過程中結(jié)冰等問題。同時(shí)，干法選煤廠與濕法選煤廠相比還具有建廠和運(yùn)營費(fèi)用較低等優(yōu)勢，投資成本一般為濕法選煤廠的1/3左右。

干法選煤技術(shù)為提高動力煤入選比例提供了可能，尤其是在干旱缺水的西部地區(qū)。 干法選煤技術(shù)主要具有以下3個(gè)特點(diǎn)。

(1)降灰脫硫可以提高動力煤的產(chǎn)品質(zhì)量。我國大部分動力煤礦由于受到賦存條件等因素的影響，多數(shù)存在原煤層多、夾矸多等問題，且大多數(shù)原煤均為中高灰分煤，隨著綜采技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了動力煤原煤質(zhì)量變差、細(xì)粒級含量增多、灰分增加等問題。干法選煤技術(shù)一般可脫除大于3 mm粒級中75%以上的矸石及60%以上的黃鐵礦硫。

(2)可以節(jié)約運(yùn)力。我國80%的煤炭儲量都集中在西部地區(qū)，而70%的煤炭消耗在東南沿海一帶，因此原煤利用干法選煤可就地拋矸，對節(jié)約運(yùn)力的效果非常顯著，而且還可以減少煤炭運(yùn)輸過程中對環(huán)境的污染。

(3)可以降低煤化工項(xiàng)目的運(yùn)行成本。采用優(yōu)質(zhì)的原料可以充分發(fā)揮煤化工項(xiàng)目各裝置的能力、提升產(chǎn)品質(zhì)量、增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，如神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司煤化工項(xiàng)目甲醇項(xiàng)目運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)表明，在原料煤數(shù)量相同的條件下，原料煤灰分的降低有利于提高氣化爐的產(chǎn)氣量，在多產(chǎn)甲醇或油品的同時(shí)，還能夠減少爐渣的產(chǎn)量，節(jié)約灰渣運(yùn)輸費(fèi)用和填埋費(fèi)用并減少耗能[5]。

2 干法選煤技術(shù)及設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀及創(chuàng)新進(jìn)展

2.1 干法選煤技術(shù)簡介

干法選煤技術(shù)主要包括光電選煤(γ射線和X射線選煤)、風(fēng)力選煤、空氣重介質(zhì)流化床選煤、選擇性破碎選煤、摩擦選煤、高梯度磁選煤、靜電選煤等，其中得到大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的主要為復(fù)合式干法選煤(復(fù)合式的定義是干法選煤設(shè)備利用風(fēng)力和機(jī)械振動力的共同作用來實(shí)現(xiàn)煤和矸石基本按密度差分離)和光電選煤。目前市場上80～0 mm復(fù)合式風(fēng)選設(shè)備為主流干法選煤設(shè)備，風(fēng)力選煤(風(fēng)力搖床和風(fēng)力跳汰機(jī))發(fā)展歷史最長，曾經(jīng)被廣泛應(yīng)用，但現(xiàn)在應(yīng)用較少。

2.2 干法選煤設(shè)備發(fā)展進(jìn)程

1989年煤炭科學(xué)研究院總院唐山分院首次在引進(jìn)和消化吸收蘇聯(lián)風(fēng)選機(jī)的基礎(chǔ)上，研發(fā)出一種采用振動電機(jī)振動和風(fēng)力松散相結(jié)合的懸吊式風(fēng)選設(shè)備，即FGX復(fù)合式干法選煤機(jī)。唐山神州機(jī)械有限公司(以下簡稱“唐山神州”)在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善創(chuàng)新，提高了單機(jī)處理能力，并改善了分選效果，目前，單床面處理能力達(dá)到240 t/h，單模塊處理能力最大達(dá)到480 t/h。

按照分選床面結(jié)構(gòu)和激振器的差異，又出現(xiàn)不同類型的復(fù)合式干法選煤機(jī)，如1992 年在引進(jìn)俄羅斯 CП-12 型風(fēng)力搖床的基礎(chǔ)上，國內(nèi)一些廠家生產(chǎn)開發(fā)了 FX 型俄式干法選煤機(jī)，2003 年起出現(xiàn)了CFX 型差動式干法選煤機(jī)[6-7]。2013年唐山神州在FGX的基礎(chǔ)上成功開發(fā)了FGXH環(huán)保型分選機(jī)、ZM系列礦物高效分離機(jī)，2021年在ZM設(shè)備基礎(chǔ)上又開發(fā)出單位面積處理能力遠(yuǎn)超ZM型設(shè)備的CZM系列超級干法選煤機(jī)。FX、CFX、ZM和CZM型風(fēng)選設(shè)備主要用于100～0 mm混煤分選或100～25 mm塊煤分選。目前FGX和ZM系列復(fù)合式干法選煤技術(shù)裝備已在國內(nèi)大批量推廣應(yīng)用，并已出口到21個(gè)國家和地區(qū)。

目前，常用的小于50 mm末煤分選設(shè)備主要有ZM復(fù)合式干法選煤機(jī)和空氣跳汰干法選煤機(jī)，ZM末煤復(fù)合式干法選煤機(jī)和ZM型混煤分選設(shè)備原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本相同，不同的是床面孔徑和振動參數(shù)略有調(diào)整?？諝馓煞ㄟx煤機(jī)利用的是“恒定氣流+脈動氣流+床面機(jī)械振動力”結(jié)合實(shí)現(xiàn)小于50 mm的末煤分選，同類型的設(shè)備有德國亞明公司(Allmineral)的Allair 分選機(jī)[8]、國產(chǎn) TFX空氣跳汰末煤機(jī)[9]、TGS 梯流干法選煤機(jī)和韓國KAT末煤分選機(jī)等。

1984年中國礦業(yè)大學(xué)開始研究空氣重介流化床選煤技術(shù), 1988年完成中間試驗(yàn), 1994年6月在黑龍江七臺河桃山煤礦完成工業(yè)性試驗(yàn)。2014年2月，由中國礦業(yè)大學(xué)和唐山神州合作研制的全球第一個(gè)完全工業(yè)化的空氣重介干法選煤系統(tǒng)在神華新疆能源有限公司寬溝煤礦干法選煤廠建成并成功運(yùn)行。

目前，光電類智能分選機(jī)在食品行業(yè)和其他非煤領(lǐng)域早已大量運(yùn)用，γ射線類塊煤分選機(jī)也已經(jīng)在一些選煤廠使用。2016年以來，X射線智能型塊煤分選機(jī)順應(yīng)選煤行業(yè)智能化改造的潮流已經(jīng)在選煤廠大量運(yùn)用，主要替代人工撿矸和部分塊煤濕式選煤設(shè)備[10-16]。

2.3 干法選煤設(shè)備大型化和系列化

隨著劣質(zhì)產(chǎn)能的不斷淘汰和優(yōu)質(zhì)產(chǎn)能的不斷釋放，煤礦數(shù)量逐年下降，因此單一煤礦產(chǎn)能不斷上升。市場上已經(jīng)涌現(xiàn)出不同類型的干法選煤設(shè)備，單機(jī)或單元模塊處理能力不斷增加，可以滿足不同煤礦生產(chǎn)能力的需求。如唐山神州的系列復(fù)合式FGX干法選煤機(jī)、分選精度和環(huán)保效果更好的FGXH環(huán)保型復(fù)合式干法選煤機(jī)、ZM礦物高效分離機(jī)和CZM超級干法選煤機(jī)，中煤科工集團(tuán)唐山研究院研發(fā)的風(fēng)力搖床FX系列和CFX差動式系列干法選煤機(jī)等[17-19]。復(fù)合式風(fēng)選機(jī)可以對混煤(100～0 mm)和塊煤(100～13 mm)進(jìn)行分選，唐山神州FGX和FGXH設(shè)備24 m2單床面最大處理能力可以達(dá)到240 t/h，ZM設(shè)備雙24 m2床面最大處理能力可以達(dá)到600 t/h，CZM超級干法選煤機(jī)25 m2單床面處理70～25 mm塊煤時(shí)最大處理能力達(dá)到550 t/h，處理小于30 mm末煤時(shí)最大處理能力達(dá)到500 t/h。

復(fù)合式干法選煤設(shè)備除了可以對混煤和塊煤進(jìn)行分選外，通過操作參數(shù)的調(diào)整，ZM復(fù)合式干法選煤機(jī)也可實(shí)現(xiàn)單獨(dú)處理小于30 mm的末煤或更細(xì)的末煤。如山東能源集團(tuán)上海廟礦業(yè)公司一號井選煤廠ZM600分選機(jī)在處理30～3 mm時(shí)，24 m2單床面處理能力達(dá)到250 t/h[18]。德國亞明公司(Allmineral)的Allair Jig 跳汰機(jī)最大10 m2床面處理能力達(dá)到100 t/h[11]。典型的干法選煤設(shè)備見表1。

表1 典型的干法選煤設(shè)備

目前中國礦業(yè)大學(xué)和唐山神州公司合作研發(fā)的200 t/h空氣重介分選機(jī)正處于調(diào)試階段。

光電類智能分選機(jī)目前應(yīng)用較多的是使用X射線和γ射線智能識別+圖像輔助識別分選系統(tǒng)。根據(jù)矸石擊打執(zhí)行方式的不同，主要分為機(jī)械抓手和高壓風(fēng)噴嘴式。市場上出現(xiàn)的X射線智能分選機(jī)有唐山神州機(jī)械的IDS系列分選機(jī)、北京霍里斯特科技有限公司XRT分選機(jī)、天津美騰科技的TDS系列分選機(jī)、波蘭科麥思公司(COMEX)CXR系列智能干法分選機(jī)和德國陶朗公司(TOMRA)的COMXRT 系列X射線分選機(jī)等[11-16]。處理300～50 mm、100～25 mm及50～25 mm塊煤時(shí)，單臺IDS分選機(jī)最大處理能力可以達(dá)到240、140、60 t/h，排矸率分別達(dá)到98%、95%和92%以上。毛煤中一般大于50 mm粒度的煤很少超過30%，以500萬t的選煤廠為例，大于50 mm塊煤量小于300 t/h，使用2臺IDS-240A分選機(jī)可以滿足分選要求。因此現(xiàn)有的光電類設(shè)備已經(jīng)可以滿足大型煤礦的塊煤排矸需求，使全面機(jī)械化分選替代人工手選作業(yè)變?yōu)榭赡?。IDS分選機(jī)及其他光電類塊煤智能分選機(jī)代表性機(jī)型見表2。

表2 IDS分選機(jī)及其他光電類塊煤智能分選機(jī)代表性機(jī)型

2.4 大型干法選煤工程示范項(xiàng)目建設(shè)及成功實(shí)踐

干法選煤發(fā)展早期主要用于80～6 mm粒級高灰動力煤的分選，處理能力小且分選精度差，而新研發(fā)的干法選煤設(shè)備顯著增加了單機(jī)設(shè)備處理能力，并改善了分選性能指標(biāo)。隨著煤炭干法選煤應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，“十三五”期間建成了一批示范性的大型干法選煤項(xiàng)目，并有諸多創(chuàng)新。

2.4.1 干法選煤廠設(shè)計(jì)規(guī)模不斷增大

ZM單元模塊最大處理能力達(dá)到3.0 Mt/a，CZM超級干法選煤機(jī)最大單元模塊能力達(dá)到5.0 Mt/a, X射線智能分選設(shè)備處理能力達(dá)到300 t/h以上，新型空氣重介分選機(jī)設(shè)計(jì)能力達(dá)到200 t/h。2021年山東能源集團(tuán)上海廟礦業(yè)公司一號井選煤廠混煤干法選煤系統(tǒng)裝機(jī)處理能力達(dá)到9.0 Mt/a, 扎賚諾爾煤業(yè)有限責(zé)任公司鐵北礦IDS單通道300～50 mm處理能力達(dá)到240 t/h，山西原陽煤集團(tuán)五礦選煤廠小于13 mm末煤處理能力達(dá)到2.2 Mt/a[20]，國家電投集團(tuán)霍林河南露天礦IDS+ZM干法選煤系統(tǒng)處理能力達(dá)到2.0 Mt/a[21]。這些大型干法選煤項(xiàng)目的建成標(biāo)志著干法選煤系統(tǒng)處理能力已經(jīng)可以滿足大型煤礦對干法選煤能力的要求。

2.4.2 易泥化煤全粒級干法選煤工藝開發(fā)成功

低階煤如褐煤、長焰煤和不粘煤往往伴生有泥質(zhì)頁巖，濕式選煤過程中產(chǎn)生大量高水分煤泥，精煤回收率低，這也是造成內(nèi)蒙、新疆地區(qū)褐煤和長焰煤入選比例低的根本原因[19]。唐山神州在新建的易泥化煤煤礦中采用干法選煤工藝建設(shè)配套選煤廠，如沈煤集團(tuán)盛隆公司堿場礦建設(shè)了處理能力為100萬t/a的末煤干法選煤項(xiàng)目，解決了含白色泥巖末煤不能濕法選煤的問題；山東能源集團(tuán)上海廟礦業(yè)公司榆樹井400萬t選煤廠和一號井900萬t選煤廠均采用干法選煤技術(shù)改造了選煤廠原重介分選系統(tǒng)，徹底解決了易泥化褐煤入水泥化、煤泥量大和經(jīng)濟(jì)效益差的難題[17-18]。

2.4.3 高灰煉焦煤干法選煤預(yù)排矸效果顯著

煉焦煤在我國屬于稀缺資源，主流分選工藝為“重介+TBS+浮選”的濕法分選工藝，但在原煤矸石含量高特別是矸石易泥化時(shí)，存在設(shè)備磨損嚴(yán)重、高灰細(xì)泥影響重介和浮選分選效果等問題。干法選煤工藝近年來也逐漸在煉焦煤分選領(lǐng)域得到初步應(yīng)用，焦煤原煤干法預(yù)排矸首先提高了濕法入選原料煤的煤質(zhì)。由于矸石大量提前排除給后續(xù)分選工藝帶來諸多好處，如減少設(shè)備和管道磨損、減少了浮選系統(tǒng)入料高灰細(xì)泥含量、降低了重介質(zhì)中煤泥含量和介質(zhì)黏度、提高了濕式選煤分選精度和精煤回收率、節(jié)省矸石運(yùn)輸成本等[22-27]。

淮北礦業(yè)集團(tuán)使用的4臺FGXH-24A設(shè)備對50～6 mm原煤預(yù)排矸，分別在孫疃礦、青東礦、袁店一礦、袁店二礦應(yīng)用。干法選煤工藝為50～6 mm干法選煤機(jī)預(yù)排矸，取得良好的分選效果。袁店二礦入選50～6 mm原煤后灰分降低了35.04%，熱值提高了12.92 MJ/kg，矸石帶煤率低于2%, 排矸率90%，干法選煤排矸效果明顯，煤質(zhì)有大幅提升，為下游水洗減輕了壓力，減少了矸石泥化，減輕了設(shè)備磨損[28]。開灤集團(tuán)林西礦采用ZM末煤分選對50～0 mm末煤進(jìn)行預(yù)排矸，大于13 mm、大于6 mm和大于3 mm粒級干法選煤后+1.8 kg/L密度的矸石排矸率分別達(dá)到99.2%、88.9%和76.1%。經(jīng)過干法選煤后大于3 mm粒級矸石的帶煤率低于1%, 大于3 mm干法選煤效果顯著[29]。

2.4.4 小于30 mm末煤大型復(fù)合式干法選煤機(jī)的工業(yè)化應(yīng)用

傳統(tǒng)動力煤選煤廠多采用部分入選工藝，占原煤70%左右的小于13 mm末煤未能得到分選，不能保證末煤質(zhì)量。和濕式選煤設(shè)備相比，干法選煤設(shè)備有效分選粒度的下限一般較高，如FGX通用型復(fù)合式干法選煤機(jī)一般分選下限為6 mm。隨著干法選煤設(shè)備分選精度的不斷提高，ZM礦物高效分離機(jī)分選80～0 mm混煤時(shí)，一般分選下限可達(dá)到3 mm。新的ZM末煤分選設(shè)備可以專門對13～0 mm末煤進(jìn)行分選，分選下限可達(dá)1 mm。對采用部分入選工藝的選煤廠可以采用干法選煤技術(shù)進(jìn)行改造，增加末煤干法選煤系統(tǒng)、末煤干法選煤和塊煤濕式選煤工藝結(jié)合實(shí)現(xiàn)寬粒級入選，提高原煤入選比例，該工藝逐漸在我國選煤廠投入應(yīng)用，并取得良好的效果。

2020年山西陽煤五礦建設(shè)220萬t末煤系統(tǒng)專門對小于13 mm高灰高硫無煙煤進(jìn)行干法選煤，精煤產(chǎn)率為49.67%，與原煤入料相比，干選后的灰分降低了16.11個(gè)百分點(diǎn)，低位發(fā)熱量提高了5.82 MJ/kg ，脫硫率為62.15%。河南能源化工集團(tuán)貴州公司高山礦選煤廠2019年使用ZM150礦物高效分離機(jī)分選小于25 mm的無煙煤9號[30]，平均灰分為31.22%、發(fā)熱量為20.88 MJ/kg的原煤，經(jīng)過干法選煤后精煤產(chǎn)率為83.05%，灰分和硫分分別降低9.39和1.16個(gè)百分點(diǎn)，發(fā)熱量提高到24.25 MJ/kg，完全能夠滿足化工原料煤的指標(biāo)要求。國電建投內(nèi)蒙古能源有限公司察哈素煤礦選煤廠對30～3 mm長焰煤進(jìn)行干法選煤，精煤灰分可達(dá)6.64%～7.86%，精煤產(chǎn)率高于75%，精煤熱值可達(dá)到24.28 MJ/kg的化工用煤的質(zhì)量要求[31]。

小于13 mm末煤各分選工藝分選指標(biāo)見表3 。

表3 小于13 mm末煤各分選設(shè)備分選指標(biāo)

3 干法選煤除塵效率和污染物減排效果及節(jié)水節(jié)能效益分析

3.1 除塵效率大幅提高

傳統(tǒng)FGX、FX和CFX復(fù)合式干法選煤設(shè)備采用單級除塵，含塵氣流經(jīng)過布袋除塵器過濾后通過引風(fēng)機(jī)外排，由于布袋過濾風(fēng)速高，粉塵排放濃度一般在80 mg/m3左右。進(jìn)入循環(huán)風(fēng)機(jī)的含塵氣流只是經(jīng)過旋風(fēng)除塵器除塵，除塵效率低，粉塵極易造成主通風(fēng)機(jī)葉輪磨損和床面布風(fēng)孔堵塞。FGX分選系統(tǒng)一般露天排放，因此工作環(huán)境粉塵較大。ZM礦物高效分離機(jī)采用兩級除塵工藝，如唐山神州在開灤礦業(yè)集團(tuán)東環(huán)坨礦、山東能源集團(tuán)榆樹井和一號井礦選煤廠等干法選煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)中均采用多級除塵設(shè)計(jì)負(fù)壓操作，在沉降室采用“旋風(fēng)除塵器+布袋除塵器”設(shè)計(jì)。重力沉降室除塵效率一般為30%～70%，大幅降低了進(jìn)入原除塵系統(tǒng)的粉塵負(fù)荷，既降低了粉塵排放濃度也降低了主通風(fēng)機(jī)循環(huán)風(fēng)中粉塵濃度，減少了通風(fēng)機(jī)葉片磨損，但排放粉塵濃度仍在40 mg/m3左右。在入料粉煤含量高時(shí)，除塵系統(tǒng)負(fù)荷大，粉塵排放濃度有時(shí)超標(biāo)。分選系統(tǒng)作封閉處理，工作環(huán)境較FGX復(fù)合式干法選煤機(jī)有較大改善。2019年1月對榆樹井干法選煤系統(tǒng)進(jìn)行了污染物排放濃度和噪音水平檢測，結(jié)果表明，引風(fēng)機(jī)排放粉塵濃度平均為30 mg/m3, 工作環(huán)境無組織排放濃度低于1 mg/m3，廠界噪音晝間小于60 dB(A), 廠界噪音夜間小于50 dB(A),粉塵排放濃度和噪音均達(dá)到相關(guān)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

在新的環(huán)保政策嚴(yán)格要求下，干法選煤系統(tǒng)采用室內(nèi)布置設(shè)計(jì)，原煤和產(chǎn)品倉儲封閉運(yùn)行，給除塵系統(tǒng)提出新的更高要求，部分地區(qū)要求粉塵排放濃度低于20 mg/m3, 室內(nèi)粉塵濃度低于4 mg/m3。新一代復(fù)合式干法選煤機(jī)，如CZM超級干法選煤機(jī)除塵系統(tǒng)采用全布袋除塵，含塵氣流經(jīng)過布袋除塵器進(jìn)入主通風(fēng)機(jī)，主通風(fēng)機(jī)氣流進(jìn)入分選床下部布風(fēng)室循環(huán)使用。布袋除塵器為超大面積除塵器，過濾風(fēng)速低且除塵效率較高，粉塵排放濃度低于20 mg/m3，可以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。分選系統(tǒng)作封閉處理，工作環(huán)境好，粉塵排放濃度和噪音均達(dá)到相關(guān)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)[32-34]。

3.2 節(jié)能、節(jié)水和污染物減排效果顯著

一般來說，動力煤重介選煤工藝涉及原煤的脫泥、分選、脫介、脫水以及干燥等工序環(huán)節(jié)，存在設(shè)備臺數(shù)多、噸煤電耗較高等問題，而干法選煤工藝簡潔且設(shè)備臺數(shù)少，在和濕法選煤同等熱值提升效果下更為節(jié)能。

復(fù)合式干法選煤系統(tǒng)的電耗一般為2.5～3.5 kW·h/t，對300～0 mm寬粒級采用不同干法選煤設(shè)備組合分選結(jié)合末煤選前深度脫粉，噸煤電耗基本控制在 3 kW·h 以內(nèi)，X射線模塊電耗可以降到1.5 kW·h/t以下[35]。這主要取決于原煤粒度分布和煤種不同，動力煤濕式選煤耗水量一般在0.03～0.08 m3/t, 干法選煤不耗水，無煤泥水系統(tǒng)，不產(chǎn)生高水分煤泥，節(jié)省了水資源且杜絕了煤泥污染。

內(nèi)蒙古上海廟礦業(yè)有限公司榆樹井煤礦電耗由改造前重介分選時(shí)的6.00 kW·h/t降低到目前的2.65 kW·h/t, 節(jié)電55.8%，精煤產(chǎn)率提高16%，煤泥污染物零排放，人工功效提高2～3倍，加工成本下降了4.26元/t[36]。干法選煤不僅有利于選煤系統(tǒng)的節(jié)能降耗，還能惠及下游的煤炭用戶，按照平均值估算，濕式選煤電耗為7.5 kW·h/t, 水耗0.05 m3/t, 濕式選煤煤泥產(chǎn)率15%；干法選煤電耗為3.00 kW·h/t，排矸量20%，降硫0.8個(gè)百分點(diǎn)。若對目前每年尚未分選的10億t動力煤進(jìn)行干法選煤，則可節(jié)電45億kW·h/a、節(jié)水0.5億m3、減少煤泥排放1.5億t、減少電廠粉煤灰2億t、減少SO2排放1 600萬t。

4 干法選煤技術(shù)發(fā)展趨勢

4.1 干法選煤選煤智能化

智能化礦山建設(shè)離不開選煤系統(tǒng)的智能化，選煤廠智能化應(yīng)以自動化控制技術(shù)為基礎(chǔ)，依托信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來構(gòu)建選煤廠智能管控系統(tǒng)[37-43]。干法選煤系統(tǒng)智能化的核心是復(fù)合式干法選煤機(jī)的智能化，如ZM干法選煤機(jī)智能控制研發(fā)的主要目標(biāo)是以現(xiàn)有的、運(yùn)行穩(wěn)定的干法選煤系統(tǒng)為實(shí)施主體，通過核心工藝參數(shù)檢測、采集和數(shù)據(jù)處理建立特定條件下的控制模型，實(shí)現(xiàn)主要工藝參數(shù)的在線調(diào)節(jié)及精煤產(chǎn)品質(zhì)量管控，提高干法選煤系統(tǒng)的自動化控制水平，提高選煤效率，降低設(shè)備能耗，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)干法選煤機(jī)智能化打好基礎(chǔ)。

干法選煤系統(tǒng)智能化可分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)聚合分析、智能學(xué)習(xí)、設(shè)備執(zhí)行反饋等環(huán)節(jié)。通過數(shù)據(jù)采集和聚合分析建立干法選煤專家系統(tǒng)，對干法選煤過程進(jìn)行智能化調(diào)節(jié)，綜合數(shù)據(jù)特征和人工操作經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)產(chǎn)出情況自動對選煤過程進(jìn)行反饋執(zhí)行。專家系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取原煤的進(jìn)料情況、床面角度、風(fēng)力分布、電動翻板、激振電機(jī)的振動情況等特征數(shù)據(jù)，對選煤過程進(jìn)行建模，使用機(jī)器學(xué)習(xí)方法對特征進(jìn)行挖掘，求解得到系統(tǒng)運(yùn)行的最優(yōu)參數(shù)，再將指令下達(dá)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使設(shè)備根據(jù)煤質(zhì)變化自動運(yùn)行在最佳狀態(tài)，還可通過設(shè)置初始狀態(tài)值，加速系統(tǒng)達(dá)到最佳狀態(tài)。

4.2 研發(fā)入選煤粉的干法選煤設(shè)備

隨著采煤機(jī)械化的發(fā)展，原煤中小于6 mm煤粉含量越來越多，個(gè)別煤礦煤粉含量達(dá)到40%以上，目前FGX型設(shè)備對小于6 mm的煤粉還不能進(jìn)行有效分選。ZM礦物高效分離機(jī)的入料粒度最大為100 mm，有效分選粒度下限最低為3 mm，小于13 mm末煤入料時(shí)分選粒度下限為1 mm。6～3 mm粒級分選效果較差，干法選煤技術(shù)發(fā)展的方向就是降低分選粒度下限，需要開發(fā)專門處理小于6 mm的煤粉分選機(jī)。

4.3 井下干法排矸

煤礦井下排矸與充填一體化技術(shù)是煤礦安全綠色開采和煤炭清潔高效利用的具體工程實(shí)踐之一[44-47]。目前已經(jīng)下井的X射線分選機(jī)僅能對大于50 mm塊煤分選, 不能對占比較高的末煤進(jìn)行分選，同時(shí)單通道處理能力偏低。復(fù)合式干法選煤入料粒度范圍可達(dá)100～3 mm，分選下限低。將復(fù)合式分選和X射線分選設(shè)備結(jié)合，配合原煤脫粉，在井下實(shí)現(xiàn)300～6 mm寬粒級深度排矸，將是高效采選充填一體化技術(shù)的發(fā)展方向。需要解決的問題包括分選機(jī)硐室設(shè)計(jì)、井下干法選煤機(jī)密封除塵、清風(fēng)選煤、小型化拼裝式設(shè)計(jì)等。

4.4 干法分選煤矸石

目前我國煤矸石山累計(jì)1 500多座，約40億t，煤矸石總量還以每年5億t左右的速度遞增。煤矸石的大量堆存不僅占用大量土地資源，還會發(fā)生自燃、泥化，產(chǎn)生酸性廢水滑坡等災(zāi)害，對環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重危害[48-51]。濕法分選中煤矸石是重介或跳汰的重產(chǎn)物，X射線大塊智能分選可對大于50 mm的煤矸石進(jìn)行分選，挑出低密度可燃物，減少硬度較高的矸石破碎成本，實(shí)際生產(chǎn)中可作為復(fù)合式干法選煤設(shè)備的配套設(shè)備分選大于80 mm塊煤，實(shí)現(xiàn)300～0 mm全粒級干法選煤。對神東補(bǔ)連塔選煤廠濕式選煤產(chǎn)生的矸石進(jìn)行分選，可以回收低位熱值為12.66 MJ/kg的精煤。采用IDS分選機(jī)分選上灣礦大于50 mm煤矸石，調(diào)整分選密度為1.8 g/cm3，精煤產(chǎn)率為28.13%，煤中帶矸率為2.43%，矸石帶煤為1.97%，排矸率為99.04%，煤中帶矸和矸中帶煤均滿足干法選煤技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及光電類分選設(shè)備技術(shù)要求。

5 結(jié)語

干法選煤技術(shù)已經(jīng)在海內(nèi)外廣泛應(yīng)用于動力煤排矸和煉焦煤預(yù)排矸。目前，塊煤X射線智能分選機(jī)和末煤風(fēng)選技術(shù)已開發(fā)成功，采用干法選煤技術(shù)對易泥化濕式選煤廠大規(guī)模改造也獲得成功。干法選煤技術(shù)的進(jìn)步使得動力煤全部入選成為可能。IDS等塊煤分選技術(shù)將淘汰手選作業(yè)，末煤風(fēng)選用于高灰易泥化煉焦煤的預(yù)先分選，提高了濕式選煤入料原煤質(zhì)量，改善了濕式選煤效果。干法選煤在井下排矸領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。

但干法選煤廠的設(shè)計(jì)還沒有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，特別是在干法選煤工程化水平以及設(shè)備智能化水平和環(huán)保方面仍不如人意，干法選煤的持續(xù)和穩(wěn)定發(fā)展需要借鑒濕法選煤廠成熟的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在工藝流程、設(shè)備布置、除塵系統(tǒng)升級、原煤和產(chǎn)品儲運(yùn)等系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)有待進(jìn)一步提高。