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复合式干法选煤技术原理和实用范围

  复合式干法选煤技术是我国独创的,适合我国国情的新型选煤方法。这种选煤方法既能全面符合保护水资源、节能、环境保护、资源综合利用及发展洁净煤技术等各项国家方针政策,又能适应我国各种大小不同类型动力煤煤炭企业的需求。为国家2020年力争人选比重达到90%的要求提供了一条简单易行,经济高效的技术途径。

  经过唐山市神州机械有限公司的大胆创新、开拓市场,在短短的7年的时间里,已在全国24个省、市、自治区377个煤矿企业新建了复合式干法选煤厂(车间),推广应用各种型号复合式干选设备380多(台)套,原煤入选能力达到1.1亿吨/年,使复合式干法选煤在我国选煤方法中所占的比例由零迅速增加到16%,而且今后增长势头更快,已成为一种生命力较强的动力煤选煤技术,受到煤炭行业领导的高度重视。该设备已出口到美国、菲律宾等国。

  复合式干法选煤成套设备获第十届“中国新技术新产品博览会”金奖;获首届“河北省优秀发明奖”;并经国家经贸委认定为“__重点新产品”;煤炭工业技术委员会评定为“2002的煤炭工业十大科技成果”;被国家环境保护总局批准,列为“2004年国家重点环境保护实用技术(A)类”,经多次省部级技术鉴定,技术水平达到国际先进。

  1.1 我国煤炭资源丰富,而占全国80%的煤炭资源(主要是动力煤)蕴藏在干旱缺水的西部地区。水资源缺乏已成为西部煤炭开发和加工利用的制约因素。复合式干法选煤技术为我国能源基地战略西移提供了一条煤炭加工利用的新的技术途径。

  1.2复合式干法选煤作为动力煤排矸、降硫的有效实用技术,以其独有的特点适合我国煤炭企业的需求而得到迅速推广应用,为提高我国动力煤人选比例提供了一种切实可行的选煤方法。

  1.3复合式干法选煤解决了困绕动力煤洗选加工的难题。如煤泥水处理、煤泥销售、经济效益不高等问题,是一种经济实用的动力煤分选加工技术。

  1.4复合式干法选煤厂投资仅为同规模洗选厂投资的1/5-1/10,解决了煤矿企业资金不足的问题。易被我国大、中、小各型煤矿企业所接受而得到迅速发展。

  1.5复合式干法选煤技术解决了不适于洗选的易泥化煤(如褐煤等)的分选加工问题。已有不少煤矿采用复合式干法选煤代替了原有的跳汰选煤厂。

  1.6 复合式干法选煤产品水分低,解决了因动力煤洗选加工使产品水分增加而降低商品煤发热量的问题。还可解决严寒地区冬季洗选产品冻结的问题。

  1.7复合式干法选煤技术在现有选煤厂不断拓宽应用范围。可对现有选煤厂预先排出矸石及煤粉,降低选煤厂加工费用和煤泥水处理量,如海渤湾矿务局平沟选煤厂;可对已有分选粒度下限25 mm或13 mm的动力煤选煤厂起到补充、配套作用将未经分选的末煤进行分选加工,如阳泉矿务局五矿选煤厂;可对现有煤矿煤矸石进行回收利用,如攀煤集团精煤公司;可对现有选煤厂废弃洗矸加工利用,如宁夏太西洗煤厂干选车间。

  1.8复合式干法选煤可作为动力配煤生产线的首要环节,在配煤前预先排除矸石、硫铁矿等杂质,减少优质煤配煤量,提高经济效益。如山西和顺县古窑煤炭公司。

  1.9复合式干法选煤技术突破了国外传统风力选煤(风力跳汰、风力摇床等)模式,采用了多项新的分选原理提高了分选精度,使濒临淘汰的风力选煤技术获得新的发展,推动了科学技术进步。使我国风力选煤达到国际先进水平。

  复合式干选机采用自生介质(入选原煤中所含细粒煤)与空气组成气固两相混合介质分选;借助机械振动使分选物料做螺旋翻转运动,形成多次分选;充分利用逐渐提高的床层密度所产生的颗粒相互作用的浮力效应而进行分选。按照这个总体思路,对床面形状、振动形式、物料运动轨迹、床层厚度控制、风力分布、风量控制、床面角度调节以及供风除尘工艺配套等做出了相应的结构设计,创造出一种全新的复合式干法分选机,其结构示意如图1。

  分选床由床面、背板、格条、排料挡板组成。床面下有可控制风量的风室,由离心通风机供风,气流通过床面上的风孔作用于分选物料。由吊挂装置将分选床、振动器悬挂在机架上,可任意调节分选床的纵向和横向角度。

  入选物料由给料机送到分选床的给料口,在床面上形成具有一定厚度的床层。最下层矿粒直接与振.动的床面接触,床面振动产生的惯性力使下层矿粒由排料挡板向背板运动,由于背板的阻挡,引导物料向上运动。而上层物料受背板的推力和重力作用,沿表层向排料边下滑,在整个物料层上下形成正反方向速度梯度。最上层密度最小的煤首先通过排料挡板剥离出,其余物料继续做下一周期循环运动。如图2所示。

  由于振动力和连续进入分选床的物料压力,使不断翻转的物料形成近似螺旋运动,并向矸石端移动。因床面宽度逐渐减缩,上层密度相对较低的煤不断排出,直到最后排出密度大的矸石和黄铁矿。风力的作用一方面加强粒群的松散,另一方面与细粒煤组成气固两相混合介质,提高分选精度。

  传统风力跳汰机的入料粒度比为2.5:l,粒度上限20 mm,而复合式干选机入料粒度是80~0mm,大大突破风力跳汰机的入料粒度范围。在干选机床面上方,由细粒物料和空气组成了气固两相混合介质,形成具有一定密度,相对稳定的气固悬浮体。物料通过悬浮体时,密度低的煤上浮,而密度高的矸石下沉。随着分选过程进行,细粒粉煤不断随大粒度精煤排出,剩余粒度较粗,密度较高的中等颗粒又与空气组成新的密度更高的气固悬浮体。有利于中煤和矸石的分选。

  复合式干法分选机床面上物料的松散与分层是由机械振动和上升气流的悬浮综合作用而实现的,松散强度随机械振动强度和风速的提高而增加。

  根据热力学第二定律,任何体系都倾向于自由能降低。分层前床层的位能高于分层后的位能,只要给以适当的松散条件,重矿物就要进入下层,分层即通过不同密度矿粒的再分布达到位能降低的过程。如果仅靠振动松散,就不可避免使矿粒群造成“离析分层”,密度小的大颗粒被挤入上层,密度小的细粒煤漏到底层,达不到按密度分层的目的。如果仅有风力作用,只能是将细粒物料吹向上层,也不能按密度分层。只有在风力和振动力的综合作用下,物料才能按密度分层。如图3所示。

  复合式干选机在分选过程中会在床层底部自然形成矸石床层。不同粒度的矸石颗粒在振动作用下相互挤压碰撞,产生一种浮力效应。随着矸石层向矸石端移动过程中,密度低的煤粒不断浮出矸石层,从而使矸石产品得到净化。为了强化这一过程,复合式干选机设置了可调矸石门,在原煤含矸量较少的情况下,也可使矸石在排出前形成矸石层防止煤粒混入,提高矸石产品纯度。

  复合式干法选煤突破了国内外传统风力选煤的模式,创造出一种分选原理独特的新型干法选煤设备。与传统风选相比,主要创新点或创造性贡献如下:

  2.4.1 复合式干选机采用入选原煤中所含细粒煤(自生介质)与空气组成气固两相混合介质分选,而不是单以空气做分选介质,因此分选物料粒度范围宽,可达到80-0 mm,而传统风选只能分选窄粒级。

  2.4.2 复合式干法选煤可用常规重力选煤指标衡量其分选效果,可能偏差Ep=0.20,不完善度:0.1,数量效率11=95%,分选粒度下限3 mm,单位面积处理能力10 t/hm2。大大优于传统风选。

  2.4.3复合式干选机采用机械振动使物料做螺旋运动,在多次循环过程中,分选物料受到多次分选,可以出灰分由低到高的多种产品,中煤经破碎解离后再选可保证精煤和矸石的质量。

  2.4.4复合式干选机所需风量仅用于松散床层和与细粒煤组成混合介质,不需要将物料悬浮,风量仅为传统风选的1/3,因而除尘系统规模也大大减小。

  2.4.5复合式干法分选机充分利用高密度颗粒相互作用产生的浮力效应,可以提高排出矸石纯度,降低排出矸石的粒度。

  唐山市神州机械有限公司组织有关专家和技术人员,不断对小型设备进行改进与创新,并开发出适应大、中、小型煤矿应用的12种不同规格型号的复合式干选机系列产品,全部产品都在各类型煤矿成功应用,并取得五项国家专利和一项国际专利,拥有自主知识产权。

  公司在新产品开发过程中,不断吸取用户反馈的意见和建议,不断改进设备性能,拓宽干选机应用范围。就复合式干选机新产品开发可作如下分类:

  3.1.3按用途已开发出:块煤型、混煤型、末煤型、煤矸型、矿渣型。正在开发垃圾分类干选机、废电器板金属回收干选机等。

  复合式干法选煤适用于动力煤排矸,不仅可降低商品煤灰分,提高煤炭发热量,还避免了湿法选煤增加产品水分的缺点;还可用于无机硫为主要含硫成分的高硫煤,脱除2 mm以上的粒状,块状黄铁矿及结核、连生体等,以降低商品煤硫分从而保证商品煤质量稳定。

  5.1.1原煤的外在水分(或称表面水分)对干选影响较大,而内在水分影响很小。当外在水分过高时,入选物料颗粒间粘度增加,使粒度较小的煤和矸石难以分离,,尤其是原煤中含易泥化的泥质页岩、粘土质矿物较多时影响更明显。在复合式干法选煤工业性试验中,用灵新矿原煤做了不同外在水分对分选效果的影响的试验,其结果如表5,其关系如图7所示。

  ①在入选原煤泥质岩较少的情况下,原煤外在水分增加会使精煤灰分增加,矸石产品灰分降低,说明小粒度矸石和煤对产品的污染加重。

  ②原煤外在水分6%时,对分选效果基本没有影响,外水10%时,分选效果明显变差,因此要求干选外在水分9%,最好7%。

  复合式干选机适于分选的原煤粒度是80-0 mm混煤,包括50,25,13mm以下的混煤,分选粒度下限为3 mill。如果采用选前分级,将6~0 mm粉煤单独分选,适当调整床面风孔直径,减少风量,也可取得较好的分选效果,其分选粒度下限可降低到3 mm。

  复合式干法选煤适于动力煤排矸。根据原煤浮沉试验结果,煤与矸石一般按1.8 kg/L密度级分界,因此当分选密度为1.8时,按分选密度0.1%含量法评定原煤可选性难易,我国大部分原煤1.80.1%含量10%属于易选煤。复合式干法选煤作为动力煤排矸,分选密度在1.8~2.1 kg/L,因此都能取得较好的分选效果,排出矸石的纯度较高。

  原煤中含矸量越高,煤的内在灰分越低,干选效果越显著。现在复合式干法选煤已大量用于煤矸石、洗矸的分选、回收煤矸石中的低热值煤用于矸石发电。

  ①排除原煤中的矸石,降低商品煤的灰分,提高商品煤的发热量。要求排出的矸石产品中含煤越少越好,商品煤质量达到用户要求;

  ④与炼焦煤选煤厂配套,预先排出矸石和部分粉尘不进入选煤厂,以减少选煤成本,减轻煤泥水处理负担;与动力煤选煤厂配套,实现对未洗选加工的末煤进行干法分选加工。

  1)适于我国干旱缺水产煤地区的煤炭分选分加工,要求原煤外在水分9%,入选原煤粒度80mm。

  选煤工艺简单,不需要建厂房。全套FGX一6型复合式干法选煤系统,生产能力60 t/h,投资仅50多万元,而同规模300 kt/a选煤厂投资500多万元。干选投资是水选投资的1/5~1/10。

  吨原煤平均加工费2元,而跳汰选煤加工费68元/吨。干选是水选的1/3~1/4。

  用人少,干选系统操作人员2-3人,劳动生产率高达80-250吨/工。越是大型干选设备,劳动生产率越高。

  对褐煤、烟煤、无烟煤各种煤作为动力煤分选加工排除矸石,均有较好的分选效果。入料粒度范围宽,目前已投入生产应用的复合式干选系统入料粒度多种多样。混煤(80~0mm,50~0mm,25~0mm),块煤(70-30 mm,50-25 mm),末煤(25~0 mm,13-0 mm)以及选前筛分分出末煤,粉煤后(80~13 m。


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