張振紅

(河南能源集團(tuán)采購(gòu)有限公司，河南省鄭州市，450000)

0 引言

面對(duì)日益嚴(yán)峻的氣候形勢(shì)，全球100多個(gè)國(guó)家或地區(qū)相繼提出碳中和目標(biāo)?？紤]到激進(jìn)減碳的危害[1]，我國(guó)提出CO2排放量力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，2060年實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)[2]。2021年，習(xí)近平總書(shū)記考察國(guó)能榆林化工有限公司強(qiáng)調(diào)，煤炭作為我國(guó)主體能源，要按照綠色低碳發(fā)展方向，對(duì)標(biāo)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)任務(wù)，立足國(guó)情、控制總量、兜住底線，有序減量替代，推動(dòng)煤炭消費(fèi)轉(zhuǎn)型升級(jí)。黨的二十大報(bào)告指出，立足我國(guó)能源資源稟賦，堅(jiān)持先立后破，有計(jì)劃分步驟實(shí)施碳達(dá)峰行動(dòng)，深入推進(jìn)能源革命，加強(qiáng)煤炭清潔高效利用，加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系，積極參與應(yīng)對(duì)氣候變化全球治理。煤炭選煤加工作為煤炭清潔高效利用的源頭和基礎(chǔ)，應(yīng)按照綠色低碳方向發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)綠色低碳選煤，研究推廣干法選煤以及如何妥善解決干法選煤在推廣應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題日顯重要。

1 我國(guó)選煤產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

隨著我國(guó)煤炭行業(yè)落后產(chǎn)能淘汰與先進(jìn)產(chǎn)能陸續(xù)釋放，煤炭產(chǎn)能區(qū)域集中度進(jìn)一步提高，2022年全國(guó)原煤產(chǎn)量45.6億t，其中晉、蒙、陜、新4省(區(qū))占全國(guó)總產(chǎn)量達(dá)到80.9%[3]。“十三五”期間，我國(guó)千萬(wàn)噸級(jí)全重介分選技術(shù)、大型復(fù)合干法和塊煤干法分選技術(shù)、細(xì)粒級(jí)煤炭資源高效分選技術(shù)、井下選煤排矸和空氣流化床重介干法分選技術(shù)得到成功應(yīng)用。2022年受保供電煤的影響，我國(guó)原煤入選率為69.7%，入選原煤能力超過(guò)千萬(wàn)噸特大型選煤廠有84座，合計(jì)入選能力超過(guò)13億t。到 2025年，我國(guó)選煤目標(biāo)為：全國(guó)在運(yùn)行選煤廠入選能力達(dá)到35億t以上，原煤入選比例達(dá)到80%以上，動(dòng)力煤入選比例達(dá)到75%以上[3-4]。

2 我國(guó)干法選煤技術(shù)發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來(lái)，我國(guó)干法選煤技術(shù)與裝備取得了快速發(fā)展，為動(dòng)力煤入選發(fā)揮了重要作用，并成功應(yīng)用到冶金用原煤預(yù)排矸。最具代表性的分選技術(shù)有復(fù)合式干法分選技術(shù)、塊煤智能干法分選技術(shù)、空氣流化床重介干法分選技術(shù)等。

2.1 復(fù)合式干法分選技術(shù)

復(fù)合式干法分選的典型代表是唐山神州機(jī)械集團(tuán)有限公司的FGX與ZM系列，該公司與中國(guó)礦業(yè)大學(xué)合作研究了分選床中顆粒密度分布特性，協(xié)同優(yōu)化了振動(dòng)參數(shù)、氣流參數(shù)、床面結(jié)構(gòu)(格條、布風(fēng)板、背板等)，提高了分選精度，降低了分選粒度下限。研制了處理能力達(dá)到480～600 t/h的大型分選機(jī)，實(shí)現(xiàn)了煤炭大規(guī)模干法分選提質(zhì)；成功開(kāi)發(fā)了細(xì)粒煤在氣流和振動(dòng)復(fù)合力場(chǎng)中的干法分選技術(shù)，在+13 mm、+6 mm分選基礎(chǔ)上，-13 mm 末煤復(fù)合干法選煤取得了突破，分別在河南能源集團(tuán)的嵩山煤礦、龍門(mén)煤礦和高山煤礦以及陽(yáng)泉煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司五礦等煤炭企業(yè)運(yùn)行，效果較好。80～0 mm粒級(jí)復(fù)合干法分選國(guó)內(nèi)生產(chǎn)能力超過(guò)2億t，并出口至美國(guó)、俄羅斯等20多個(gè)國(guó)家[5]。

2.2 塊煤智能干法分選技術(shù)

塊煤智能干法分選原理是針對(duì)圖像識(shí)別分選技術(shù)和射線分選技術(shù)收集到的煤炭和矸石的信息差異，建立相應(yīng)的分析模型，利用深度學(xué)習(xí)等先進(jìn)計(jì)算機(jī)算法，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析對(duì)煤炭和矸石進(jìn)行識(shí)別或標(biāo)記，并發(fā)出相應(yīng)命令，最終通過(guò)響應(yīng)執(zhí)行裝置將煤炭和矸石分離。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外大力開(kāi)發(fā)塊煤智能分選機(jī)主要分選300～50 mm粒級(jí)物料，國(guó)內(nèi)已有數(shù)百套成功運(yùn)用。塊煤智能干法分選采用X射線+風(fēng)動(dòng)分離技術(shù)，主要代表廠家有天津美騰科技股份有限公司、唐山神州機(jī)械集團(tuán)有限公司等十余家[6]；塊煤智能干法分選采用圖像+風(fēng)動(dòng)分離技術(shù)，主要代表廠家有河南夢(mèng)云智能科技有限公司、中信重工開(kāi)誠(chéng)智能裝備有限公司等；塊煤智能干法分選采用γ射線+風(fēng)動(dòng)分離技術(shù)，主要代表廠家有巨龍融智機(jī)電技術(shù)(北京)有限公司等。

2.3 空氣流化床重介干法分選技術(shù)

空氣流化床重介干法分選原理是通過(guò)氣流和二元加重質(zhì)顆粒，形成一定密度的似流體性質(zhì)的流化床層，物料進(jìn)入流化床層后，不同密度組成的原煤物料按流化床層密度分層，其中高于流化床層密度的物料下沉，低于流化床層密度的物料上浮，最后再由排料裝置將各自產(chǎn)品排出。我國(guó)已成功投運(yùn)了2套空氣流化床重介干法分選系統(tǒng)，一是國(guó)能新疆寬溝礦業(yè)有限責(zé)任公司，其采用的是中國(guó)礦業(yè)大學(xué)與唐山神州機(jī)械集團(tuán)有限公司開(kāi)發(fā)的40～60 t/h干法選煤系統(tǒng)，主要分選50～10 mm原煤；二是徐州礦務(wù)集團(tuán)有限公司張集煤礦，應(yīng)用的是北京博后篩分工程技術(shù)有限公司研發(fā)的500 t/h空氣重介干法選煤系統(tǒng)[7]。

3 我國(guó)推廣應(yīng)用干法選煤工藝的必要性

干法選煤具備系統(tǒng)簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)智能化、不用水、不產(chǎn)生煤泥、投資少、建廠周期短、運(yùn)營(yíng)成本低和能耗低等低碳優(yōu)勢(shì)，不僅可滿足化工原料用煤與電煤提質(zhì)需要，而且適用于冶金用煤濕法分選預(yù)排矸以及矸石泥化與易泥化煤炭的分選[8]。

3.1 行業(yè)發(fā)展需要

經(jīng)過(guò)近10年的示范和升級(jí)示范發(fā)展，現(xiàn)代煤化工基本架通了煤炭向油氣燃料和基礎(chǔ)化工品轉(zhuǎn)化的橋梁，為發(fā)揮我國(guó)煤炭資源優(yōu)勢(shì)、降低油氣對(duì)外依存度、保障國(guó)家能源安全與煤炭消費(fèi)轉(zhuǎn)型開(kāi)辟了新途徑[9]。隨著新能源發(fā)電上網(wǎng)規(guī)模的增加，煤電調(diào)峰作用越來(lái)越強(qiáng)，深度調(diào)峰需要熱值相對(duì)較高和均勻穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)電煤?；诖耍煞ㄟx煤更適合化工原料用煤和優(yōu)質(zhì)電煤的分選加工[8]。

我國(guó)煤炭資源稟賦較差，低品質(zhì)煤儲(chǔ)量約占40%，灰分小于10%的特低灰煤僅占保有儲(chǔ)量的15%～20%。隨著機(jī)械化、智能化煤炭開(kāi)采方式以及開(kāi)采深度的增加，我國(guó)東部和中部煤質(zhì)普遍下降，原煤灰分多在40%以上，個(gè)別達(dá)到50%～60%，如采用傳統(tǒng)濕法選煤工藝擴(kuò)能改造，不僅投資、占用場(chǎng)地空間和改造難度大，且影響生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)。通過(guò)干法選煤對(duì)原煤預(yù)排矸，可減少煤泥量，同時(shí)降低投資和運(yùn)營(yíng)成本，從而降低綜合成本與能耗[10]。

3.2 煤種性質(zhì)與自然條件需要

隨著先進(jìn)產(chǎn)能持續(xù)釋放，我國(guó)煤炭產(chǎn)量越來(lái)越集中到干旱缺水與寒冷的晉、蒙、陜、新4省(區(qū))，且多為長(zhǎng)焰煤、褐煤等低階煤種分選，存在矸石和褐煤易泥化等問(wèn)題。濕法選煤工藝煤泥水處理系統(tǒng)投資高、運(yùn)營(yíng)成本高，且大量煤泥銷(xiāo)售困難。動(dòng)力煤濕法選煤雖然產(chǎn)品灰分有所降低，但<3(或6)mm粒級(jí)水分大幅提高，導(dǎo)致發(fā)熱量不升反降，干法選煤可規(guī)避這種問(wèn)題，既不產(chǎn)生煤泥，還可有效化解寒冷地區(qū)濕法選煤產(chǎn)品裝儲(chǔ)凍車(chē)、凍倉(cāng)等問(wèn)題。

3.3 “雙碳”目標(biāo)需要

實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的核心是減碳，實(shí)現(xiàn)煤炭清潔高效利用，作為煤炭清潔高效利用基礎(chǔ)和前提的分選環(huán)節(jié)也應(yīng)高效、低碳[11]。冶金用煤已全部入選，目前提高入選率的主要任務(wù)在動(dòng)力煤和現(xiàn)代煤化工領(lǐng)域。無(wú)論是化工用煤、電煤分選，還是冶金用煤選前預(yù)排矸，干法選煤都是低碳、高效的首選工藝。

4 我國(guó)干法選煤推廣問(wèn)題及應(yīng)對(duì)策略

4.1 對(duì)干法選煤認(rèn)識(shí)有待提高與普及

一是業(yè)界對(duì)干法選煤了解較少，或受早期干法選煤在技術(shù)、設(shè)備等方面的應(yīng)用問(wèn)題存在誤解，常常拋開(kāi)滿足用戶需要的目的與濕法選煤對(duì)比分選精度；二是礦物加工工程屬國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科，但各相關(guān)高?；緵](méi)有開(kāi)設(shè)干法選煤課程；三是各種渠道信息顯示從事干法選煤研究、設(shè)計(jì)、制造、使用人員總量偏少，涉及干法選煤內(nèi)容的論文在選煤專業(yè)雜志上每期發(fā)表的論文偏少。

為普及干法選煤知識(shí)，建議行業(yè)協(xié)會(huì)、科研院所積極參與，干選設(shè)備制造、供應(yīng)商等主動(dòng)謀劃，加大示范項(xiàng)目建設(shè)與宣傳力度，多組織召開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)交流會(huì)，呼吁相關(guān)高校盡早開(kāi)設(shè)干法選煤課程，提高對(duì)干法選煤認(rèn)識(shí)，從而增加干法選煤理論研究、設(shè)計(jì)、使用人員的總量，全面提升研發(fā)水平，促進(jìn)干法選煤正常發(fā)展。

4.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與建議

(1)選煤工藝選擇與效果對(duì)比。選煤工藝選擇應(yīng)結(jié)合煤種、煤質(zhì)特點(diǎn)與產(chǎn)品定位，以滿足用戶需求為前提，以最佳經(jīng)濟(jì)效益為基礎(chǔ)，綜合資金投入低者優(yōu)選，而不是采用傳統(tǒng)的分選效率、不完善度和錯(cuò)配率等指標(biāo)來(lái)評(píng)判。

(2)選煤設(shè)備適應(yīng)性與適用范圍。任何選煤設(shè)備都有適應(yīng)性與適用范圍，不能一概而論。如重介淺槽和塊煤跳汰用于分選塊煤、末煤跳汰與重介旋流器用于分選末煤，干法選煤設(shè)備對(duì)應(yīng)不同煤質(zhì)或粒度組成的原煤所需設(shè)備結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)不同[12]，在實(shí)際選擇和效果評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)充分考慮。

(3)片面宣傳高排矸率和與精煤帶矸率低不科學(xué)。無(wú)論是干法選煤還是濕法選煤，煤炭灰分越高含矸率越高、分選排矸率就越高，產(chǎn)品灰分降低幅度也越大。如果原煤灰分本身比較低，無(wú)論采用什么方法分選排矸率都不會(huì)很高[13]。分選動(dòng)力煤、化工用煤與冶金用煤預(yù)排矸，對(duì)分選精度要求都不苛刻，關(guān)鍵是可否提高綜合經(jīng)濟(jì)效益或降低成本的幅度。

4.3 干法選煤需準(zhǔn)確分工定位

(1)塊煤智能干法選煤粒度范圍。塊煤智能干法選煤按個(gè)體“顆?！睓z測(cè)物塊區(qū)分煤與矸石，而傳統(tǒng)跳汰、重介與復(fù)合干法選煤、空氣重介流化床等工藝都是基于阿基米德原理以及煤泥浮選基于煤粒表面疏水性原理，通過(guò)密度或表面性質(zhì)差異按“粒群”分選。塊煤智能干法選煤對(duì)物料準(zhǔn)確識(shí)別的前提是單層平鋪，隨著粒度變小，系統(tǒng)處理能力大幅降低[6]，即使通過(guò)提高帶速和增加擊打頻次抑制選煤能力下降，但設(shè)備操作機(jī)構(gòu)增多，制造成本和運(yùn)行故障率等會(huì)相應(yīng)增加。建議塊煤智能干法選煤定位于替代傳統(tǒng)人工手選與塊煤排矸，分選粒度下限定在50 mm和80 mm，上限定在150～300 mm。

(2)鎖定目標(biāo)“易干則干、易濕則濕”“干濕結(jié)合、取長(zhǎng)補(bǔ)短”。結(jié)合煤種、煤質(zhì)特點(diǎn)，明確既定目標(biāo)，本著滿足用戶需要降低投入與運(yùn)營(yíng)成本的原則，科學(xué)論證選取工藝。建議塊煤智能干法選煤降低投資門(mén)檻定位并替代傳統(tǒng)人工手選，應(yīng)用于煤礦井下排矸；動(dòng)力、化工用煤優(yōu)選復(fù)合干法選煤工藝；水分較低、易選和極易選的冶金用煤，優(yōu)先經(jīng)過(guò)干法選煤試驗(yàn)判斷能否達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量要求；高灰冶金用煤分選無(wú)論是老廠改造，還是新建選煤廠，均建議考慮干濕結(jié)合，首先采用干法選煤預(yù)排矸，提高濕法選煤系統(tǒng)入選原煤質(zhì)量和小時(shí)處理能力，減少煤泥量并改善其可浮性，減輕設(shè)備磨損、降低投資規(guī)模與加工成本，從而實(shí)現(xiàn)高效、低碳選煤。

4.4 配套裝置水平需提升

干法選煤工藝的廣泛推廣在不同程度上均受到礦井原煤水分和環(huán)保制約，建議相關(guān)選煤設(shè)備制造商一是緊盯核心業(yè)務(wù)研發(fā)，廣泛吸取國(guó)內(nèi)外先進(jìn)干燥技術(shù)，對(duì)水分偏高的原煤預(yù)干燥；二是與國(guó)內(nèi)外先進(jìn)煤塵、噪音治理廠商合作，進(jìn)一步提高煤塵排放標(biāo)準(zhǔn)和噪聲治理力度，增強(qiáng)適應(yīng)性；三是加大空氣重介選煤技術(shù)的研發(fā)與推廣。

4.5 項(xiàng)目設(shè)計(jì)有待規(guī)范

在干法選煤項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，因系統(tǒng)簡(jiǎn)單、投資少，往往缺少詳細(xì)設(shè)計(jì)方案和規(guī)范設(shè)計(jì)圖紙，沒(méi)有嚴(yán)格按照地面生產(chǎn)場(chǎng)所配套消防、安全防護(hù)和環(huán)保、設(shè)備安裝檢修起重等方面設(shè)計(jì)，一定程度制約干法選煤在項(xiàng)目程序要求嚴(yán)格的大型國(guó)有企業(yè)廣泛推廣[13]。建議選煤設(shè)計(jì)單位發(fā)揮系統(tǒng)與規(guī)范設(shè)計(jì)長(zhǎng)處與干法選煤相關(guān)廠家合作，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，主動(dòng)參與項(xiàng)目規(guī)范設(shè)計(jì)，按照建設(shè)程序正常開(kāi)展工作。

4.6 提高項(xiàng)目前期與售后服務(wù)工作質(zhì)量

(1)項(xiàng)目實(shí)施前，按國(guó)標(biāo)要求采取煤樣做干法分選與篩分浮沉試驗(yàn)，結(jié)合煤種、煤質(zhì)特點(diǎn)，合理確定產(chǎn)品定位，科學(xué)選定分選設(shè)備與操作參數(shù)，確保項(xiàng)目實(shí)施效果，以便開(kāi)展技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性論證，為項(xiàng)目按程序?qū)嵤┨峁┲巍?/p>

(2)設(shè)備廠商務(wù)必重視設(shè)備操作維護(hù)與管理人員崗前培訓(xùn)以及售前和售后服務(wù)，指導(dǎo)建立科學(xué)的使用管理、檢修和保養(yǎng)機(jī)制，同時(shí)通過(guò)回訪用戶收集干法選煤系統(tǒng)存在的問(wèn)題(如風(fēng)管、除塵器堵塞)并及時(shí)研究解決，提升技術(shù)水平與提高用戶滿意度。

4.7 提高設(shè)備可靠性、自動(dòng)化程度和監(jiān)測(cè)監(jiān)控配置水平

隨著煤礦智能化建設(shè)與選煤智能化的快速發(fā)展，干法選煤設(shè)備應(yīng)進(jìn)一步提高生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性、自動(dòng)化和智能化水平，減少維護(hù)和檢修工作量；采用可靠、精確儀器儀表監(jiān)測(cè)和監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)適應(yīng)原煤質(zhì)量變化和產(chǎn)品質(zhì)量調(diào)整變化的自動(dòng)化和智能化調(diào)節(jié)。

5 結(jié)語(yǔ)

基于我國(guó)能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，煤炭作為主體能源短時(shí)間不會(huì)改變，但煤炭消費(fèi)行業(yè)亟待轉(zhuǎn)型發(fā)展。隨著“雙碳”目標(biāo)實(shí)施推進(jìn)，減碳必要性日益增強(qiáng)，煤炭清潔高效利用的重要性更加凸顯。選煤加工是清潔高效利用的基礎(chǔ)和源頭，其自身也應(yīng)低碳發(fā)展。干法選煤具備高效低碳、適用范圍廣等諸多優(yōu)勢(shì)[14]。隨著從業(yè)人員對(duì)干法先煤認(rèn)識(shí)的不斷提高，干法選煤技術(shù)、裝備水平的不斷提升，以及干法選煤工藝配套和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和適應(yīng)性等持續(xù)規(guī)范，干法選煤的普遍應(yīng)用必將為我國(guó)“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)做出積極貢獻(xiàn)。