我国动力煤干选技术现状及展望
摘 要：鉴于现有湿法分选工艺在处理动力煤过程中存在的一系列问题，比较了不同排矸设备的技术特点和优缺点;介绍了各种煤炭干选工艺和技术的应用进展，论述了不同干选工艺和设备的技术特点和未来发展方向。动力煤干选以提高产品发热量、排除矸石及硫分为目的，具有产品不增加水分、分选成本低等优点。采用分级入选、块煤加介选、末煤干选、湿煤预处理浅度脱水再干选的双干提质、空气重介选等新工艺可以实现干选厂工艺流程的个性化设计，弥补传统FGX风选工艺和设备单一的局限性。建立先进、高效、经济、大型化的煤炭干选厂，开发分选精度高、处理能力大、能耗低、更低分选粒度下限的干选设备是煤炭干选厂的未来发展方向。
关键词：干法选煤;X射线智能分选;块煤干选;末煤干选;干燥-干选联合工艺;空气重介
0 引 言
我国煤炭资源的地理分布不平衡，生产和消费区域分离、经济发展的区域差距决定了我国动力煤运输“西煤东调，北煤南运”的大格局。目前我国动力煤入选技术问题较多，湿法分选经济效益不佳制约了动力煤选煤的发展。动力煤水选主要存在以下问题：① 末煤产品水分高，热值低;② 易泥化煤湿法分选产生大量高水分煤泥;③ 煤泥水系统负荷大，处理成本高;④ 高水分煤泥产品储运困难，冬天易冻结，环境污染严重。一般动力煤选煤厂只对gt;13 mm块煤进行分选，末煤直接旁路不选。由于动力煤入选比例较低，大量低热值、高灰高硫动力煤的远距离运输造成运力浪费和燃烧后环境污染。近年来，随着环保要求的提高，开发高效排矸、降硫、降水提质工艺、加大动力煤入选量、降低动力煤产品灰分和硫分、提高发热量已成为必然趋势。
目前我国动力煤入选原煤多为低变质程度动力煤，如无烟煤、贫瘦煤、长焰煤、不黏煤或弱黏结煤等。虽然国家对动力煤深度分选并无具体要求，但电厂对燃煤质量要求越来越严格，环保标准不断提高，要求动力煤必须进行深度分选，以大幅降低加工成本，增加吨煤利润，提高企业市场竞争力。相对于炼焦煤分选，动力煤分选的盈利性较差，选择分选指标良好、成本低廉的动力煤分选工艺十分必要。选煤工艺的选择是选煤厂设计的关键，直接决定了选煤厂的产品结构、生产方式、运营成本、经济效益，因此动力煤选煤厂分选工艺的制定既要符合原煤特点，满足用户要求，又要最大化提高精煤产品的回收率。在目前煤炭市场下行的情况下，动力煤分选具有以下特点：① 动力煤分选以提高精煤发热量为主要目标，排除矸石及杂物为目的，不需要生产低灰精煤;② 产品结构多元化,不同用户对产品粒度要求不同。一般动力煤厂原煤或精煤产品根据市场需求进行筛分以提高经济效益，产品可分为大块煤、小块煤、混煤、优质动力煤、一般动力煤等产品;③ 对高硫煤地区，动力煤分选以降低硫分并提高发热量为目的;④ 对产品水分要求更加严格。由于低阶煤中水分对动力煤发热量的影响超过灰分的影响，因此脱水非常关键，湿法分选后末煤、煤泥或部分低阶煤(如褐煤)全水含量高，需要干燥处理。
笔者在分析干选工艺特点的基础上，论述了国内外煤干选工艺的特点和研究进展，并进行展望，以期为新建、改扩建动力煤选煤厂提供分选工艺参考。
1 常规排矸方法对比
动力煤选煤是根据煤和杂质在物理性质(如粒度、密度、硬度、磁性及电性等)上的差异进行分选，保证精煤质量符合灰分、硫分、水分和发热量等指标的物理分离工艺。主要的物理分选方法有：① 湿法重力选煤，包括跳汰选煤、重介质选煤等;② 干法重力分选，包括风力分选和干法重介分选等。
常用的排矸方法有重介浅槽排矸、动筛跳汰排矸、普通跳汰机排矸和干法分选排矸。煤灰分和水分直接影响动力煤的发热量，采用重介分选或跳汰工艺降灰脱硫来提高发热量和品质是目前国内外最有效、最常用的提质方法，但湿法分选末煤成本高，虽然分选降低了灰分，但同时增加产品水分，除对产品发热量有影响外，还会影响商品煤的计价数量;而干法分选可以较低的成本去除部分灰分，而不增加产品水分。
各分选设备的入料粒度范围、分选密度区间及其分选精度见表1，其优缺点对比见表2。
表1 常用gt;1 mm动力煤排矸设备分选技术参数对比
Table 1 Comparison of effective separation technical par-ameters of gt;1 mm power coal gangue removal equipment
1.1 重介浅槽刮板分选机排矸
重介浅槽分选机是目前分选精度最高的重选设备。传统的特大型动力煤选煤厂大多以块煤重介浅槽水选工艺排矸为主，分选下限为25、13、6 mm，原煤脱粉处理，对末煤一般直接筛分、旁路不选[1]。如采用水选方法分选末煤会带来一系列问题：① 工艺系统较为复杂，投资成本大，基建周期长;② 煤泥水系统处理量大，运行成本高，回收的煤泥水分高，难以销售和利用;③ 水选后商品煤水分增加明显,热值降低，抵消了部分提质效果;④ 水耗大，水资源浪费以及水污染问题突出。
重介浅槽分选机排矸在大型和特大型动力煤选煤厂中应用比较广泛，如榆家梁、韩家村、石圪台、黑岱沟等选煤厂。重介浅槽刮板分选机主要有以下优点： ① 分选粒度范围宽，通常为300～13 mm，个别情况入料粒度下限可达6 mm;② 对原煤数质量波动适应性强，既适合低密度分选精煤，又适合高密度排矸，适用于难选和极难选煤的分选，处理能力大，如丹尼斯T-26060浅槽分选能力达到590 t/h，最大排矸能力达到275 t/h，精煤溢流堰宽度7.9 m，其单位处理能力为74 t/(m·h);③ 介质扰动少，分选效率较高，其分选可能偏差Ep为0.015～0.025 g/cm3，数量效率大于98.5%，矸石带煤(密度lt;1.80 g/cm3)小于3%;④ 滞留时间短，次生煤泥量少;⑤ 质量轻,功耗少,占地少。其缺点有：① 系统相对复杂,需要添加重介系统，需要脱介和介质回收系统，产生介质消耗，生产成本高;② 受磁铁矿介质性质限制，分选密度上限低，实际生产介质配置密度很少超过1.70 g/cm3，若超过此分选密度,重介悬浮液不稳，易分层沉淀，影响分选精度;对密度1.70～2.20 g/cm3的中煤产品不能回收，对某些煤种的高密度低灰分优质天然焦也不能有效回收;在产品灰分要求不高的情况，如采用重介浅槽分选，分选密度过低，虽然精煤产品灰分远低于产品要求，但精煤产率偏低，重介选存在过度分选现象;③ 原煤需要提前分级，对lt;13 mm 粒级煤的分选效果不如重介质旋流器;若原煤筛分级效率低会使lt;13 mm混入浅槽分选机，造成精煤损失;④ 维修量大，如刮板运行一段时间后，易弯曲变形，导轨、链条、棘轮等运转部件磨损快。
表2 常用gt;1 mm动力煤排矸设备优缺点比较
Table 2 Comparison of merits and drawbacks of gt;1 mm power coal gangue removal equipment
1.2 动筛跳汰机排矸
动筛跳汰机利用筛板做上下往复运动，使筛板上的物料按密度分选，适用于300～25 mm大块煤(gt;13 mm)分选,分选入料粒度下限一般为50 mm。动筛跳汰机分选优点：工艺简单、维护方便、用水量极少、节省动力、易操作、建设及使用费用低，适用于易选煤分选。缺点是要求入料必须均匀，否则会造成矸石中夹带精煤，矸石带煤率有时可达20%;由于筛板运动造成介质紊流而引起分选介质密度波动，动筛分选精度低于重介浅槽分选机。为减少密度波动对分选过程的不利影响，通常要求入料粒度下限为50 mm。原煤易泥化矸石含量大时易造成煤泥水系统负荷增加，煤泥水处理成本大。
1.3 普通跳汰机
跳汰分选机采用定筛跳汰机分选动力煤，入料粒度范围宽，gt;0.5 mm矸石可以排除。依据入料粒度不同可用于粗(150～0 mm)、中(50～0 mm)、细(13～0 mm)煤的分选，适用于易选煤分选，具有系统简单、动力消耗少、设备台数少、投资成本及运营成本低等优点，缺点：① 分选精度低，矸石带煤率(lt;1.80 g/cm3)通常为 8%～12%,特别是分选难选煤时矸石带煤现象比较严重，降低了精煤回收率;② 增加煤泥水循环量;③ 跳汰机人为操作因素影响大;④ 不适合易泥化煤的分选。
1.4 干法排矸
复合式干选设备适宜分选氧化煤[2]、褐煤[3]、工程煤、脏杂煤[4-5]、高灰煤[6-8]、炼焦煤预排矸[9-10]和高硫煤[11]。复合式干选机按处理粒度不同可分为混煤分选机[12]、块煤分选机[13]和末煤分选机[14]。复合式干选机尤其适合高寒干旱地区的煤炭分选[15-16]。
炼焦煤原煤矸石含量高时采用干法预排矸可以大幅减少矸石进入重介选煤厂旋流器的数量和旋流器堵塞的现象。一部分矸石被预先排除，使选煤厂在其他设备不变的情况下增大了原煤处理能力，主要应用于高灰分或高硫动力煤分选。低阶原煤中矸石易碎易泥化时，夹矸煤和矸石经多次转载和破碎作业后产生大量细碎矸石，并在分选中泥化生成大量的高灰细泥，不仅污染了精煤，而且占据了储煤仓的有效容积，增加了矸石系统各环节设备的消耗和磨损。褐煤水分高，筛分困难，遇水易泥化，难以采用常规水选方法分选。湿法选煤后一般末精煤外水为10%～12%，而动力煤用户主要关注末原煤的收到基低位发热量，该值不仅与煤的灰分有关，而且与煤的全水分含量有密切的关系。燃料煤水分与热值呈负相关关系，燃烧中蒸发水分要消耗一定热量，且一定的含水量会影响末煤制粉和喷吹煤粉的通畅以及运输、储存和成本。普通复合式干选排矸的分选数量效率为90%以上，有效分选粒级100～3 mm,Ep = 0.15～0.25 g/cm3;从产品热值角度看，分选效果与跳汰排矸相差不大，但投资和生产成本却比后者低很多，其最大优势是不用水，分选过程不增加精煤水分，节省了煤泥水系统的投资。
2 普通FGX复合式风选的问题
虽然FGX型复合分选机得到迅速推广，但受分选机理和设备结构的限制，其仍然存在一些问题[17-18]，制约了复合分选在选煤行业的大规模应用。主要问题有：① 设备型号过于单一。主要设备结构设计和操作参数单一，以一种设备来处理不同可选性和粒级的原煤，不能适应煤种变化要求，造成部分用户分选效果不理想，影响设备推广和应用。② 分选效率低。重介选Ep值取决于入选原煤粒度和分选密度，一般在0.025～0.060 g/cm3，分选数量效率可达98.5%以上;FGX干选Ep一般为0.20～0.30 g/cm3，分选数量效率可达80%～90%。在入料粒度范围过宽或粉煤量大时，分选效率下降。③ 分选粒度上下限限制。三产品重介旋流器分选理论下限为0.25 mm,但普通复合分选机分选粒度下限只有3 mm左右，对末煤含量大的lt;100 mm混煤入料，由于大量未有效分选的煤粉进入精煤，造成复合干选总体分选效率不理想。目前最大复合干选机入料上限为100 mm,受分选机理和设备大型化限制，对gt;100 mm块煤不能风选，不能替代手选。④ 湿煤分选难。当入选煤较湿时,选前筛分机效率下降,因泥化而使块煤与煤泥、矸石黏连在一起，堵塞布风孔和除尘风管，影响分选,使产品质量下降。⑤ 分选密度高，不能低密度分选。复合风选需要高风量来松动床层，在大风量条件下，低密度精煤和煤粉位于分选层上部，大部分高密度细颗粒也会混入精煤产品中，因此床层分选密度较高，一般在1.80～2.30 g/cm3。在低密度分选时由于分选效率低，精煤损失大，因此普通风选机不能分选出低灰分精煤，不适用于炼焦煤的低密度分选。⑥ 粉尘污染。原有FGX设备除尘系统设计不完善，没有完全封闭作业，亟需改进除尘系统以满足新的环保法规要求。
3 动力煤干选技术
3.1 高效风选设备大型化
ZM系列矿物高效分离机为最新一代风选设备，与其他干选机相比，具有以下优势：① 处理能大，单元模块最大处理能力达到1 000 t/h;② 分选粒度范围宽,混煤分选为100～3 mm，末煤分选为13～1 mm;③ 分选精度高，Ep=0.13～0.23 g/cm3;④ 设备高度模块化设计，主机无需混凝土基础，安装拆卸方便迅速，节约工期;⑤ 环保性能好，全封闭设计，布袋除尘设计，杜绝粉尘外溢，降低噪声;⑥ 自动化程度高，无人值守，人员少，全员工效高。迄今为止ZM系列设备已广泛应用于高灰高硫混煤、块煤和末煤的分选。
3.2 大块块煤智能分选
智能分选可以分为3种： X射线、γ射线、色差智能识别分选系统[19-26]。根据γ射线与物质相互作用,γ射线穿过不同物质时衰减不同的原理,设计了煤矸石分选系统，该系统由给料系统、检测系统、决策系统和执行系统构成。物料通过γ射线强度的探测装置后微处理器进行数据处理和识别,最后执行系统对煤矸石进行分选。γ射线和X射线穿透能力有限，如射线在煤块穿透方向的厚度小于50 mm,由于小粒度矸石的透过强度可能与某一厚度煤块的透过强度相混，因此γ射线和X射线分选的粒度下限一般为50 mm。入料下限小于50 mm时矸石易和煤块混淆，造成矸石带煤损失。另外，我国对γ射线方法中辐射源材料管控较严，同时系统对人员辐射防护要求高，投资较大。
X射线大块智能分选对gt;80 mm大块煤分选精度高，可替代人工手选，是一种更为实用的块煤智能分选设备;但对lt;70 mm块煤，特别是lt;50 mm块煤分选精度差[23]，原煤为难选煤或粒度较小时，矸石带煤率显著增加，分选数量效率下降。X射线智能分选机存在的单通道处理能力低、吨煤投资大等问题限制了其大规模应用。
3.3 末煤干选排矸技术的开发和应用
根据我国“十三五”煤炭分选技术发展规划，动力煤原煤产量将从目前的25亿t增长到2020年的33亿t，入选率将提高到75%以上。随动力煤入选率的提高，分选工艺将从目前分选gt;25 mm 块煤为主向全粒级精细化分选转变。传统动力煤选煤厂大多为块煤选煤厂，即选块不选末。受筛分技术限制分选下限高，一般在13 mm或25 mm。虽然流程简单，但由于末煤不选，原煤总体降灰脱硫率偏低，按入厂原煤评价分选效率不高。动力煤全级分选时降灰脱硫率高，但投资大，生产费用高，我国很少采用。
近年大型动力煤选煤厂开始采用弛张筛对动力煤进行深度干法和湿法分级。对于仅入选块煤的选煤厂进行原煤深度分级，降低了块煤分选下限，增加了块煤入选量，降低了末煤进入重介浅槽分选机数量，改善了重介浅槽分选机分选效果。对于全级入选的动力煤选煤厂，弛张筛3/6 mm分级减少了进入水选的煤泥量，末煤可以视其原煤质量选择进入块煤分选系统分选或末煤分选系统分选，流程灵活。但由于6 mm或3 mm筛分时分级效率低，即使采用筛分效率相对较高的弛张筛，仍然有部分lt;6 mm末煤进入块煤水选系统，弛张筛深度脱粉不能从根本上解决水选煤泥问题。末煤水选产品水分大，在降灰的同时增加了动力煤的水分，对动力煤热值的提高帮助不大。但末煤干选可以避免末煤水选过程中产品水分高、煤泥水量大、加工成本高等问题，可大幅提高原煤总体降灰脱硫率，对提高精煤质量、优化煤炭产品结构、降低选煤生产成本、增加煤炭企业和煤炭用户的经济效益都具有重要意义。
块煤浅槽重介分选/动筛跳汰分选和末煤干选工艺相结合可以提高精煤综合产率或降低精煤灰分，该组合工艺流程适合在原煤末煤含量大且煤炭易选的情况下使用。
3.4 块煤分选技术
混煤分选时粉煤量大，片状矸石多，分选效果不佳[14-15],因此对粉煤含量大的原煤应做分级入选处理。块煤可以单独进行分选，但块煤分选过程中流化较差，需要额外介质促进块煤按密度分层，也可对部分块煤入料进行破碎充当介质。由于大多数动力煤分选只需在分选密度gt;1.80 g/cm3时排矸即可满足产品质量要求，且在分选密度gt;1.80 g/cm3 时块煤可选性多数表现为易选或中等可选，采用干选即可达到产品质量要求。虽然块煤干选和重介浅槽及动筛跳汰分选相比，精煤灰分略高，但干选精煤产率更高，投资和加工成本低，在动力煤分选工艺中，干选具有较强竞争力。
3.5 空气重介选煤技术
干法重介质分选机是由中国矿业大学和唐山市神州机械有限公司合作开发的，适用于100～6 mm粒级的物料高精度分选，可大幅度提高煤质。分选原理为：利用空气动力学使压缩空气和磁铁矿干粉形成一定密度的稳态流化床层实施矿物分选，根据阿基米德定律，密度高于该气固两相流化床的物料下沉，密度低于该流化床的物料上浮，从而实现物料按密度分选[27-31]，在新疆神华天电公司宽沟煤矿已实现工业化应用，实现了高精度分选和连续稳定运行。该技术广泛适用于炼焦煤、兰炭和活性炭用煤、易泥化煤及干旱缺水地区煤炭的低密度精选，其特点：① 完全干法分离，不用水，分选精度高;② 分选密度可控，分选精度高;③ 工艺优化设计，流程简单，无需复杂而耗资大的煤泥水处理系统;④ 模块集成化装配式设计，占地面积小，拆装方便，建设周期短;⑤ 采用双级除尘，环保高效，符合国家环保要求;⑥ 可和干燥预处理系统结合实现湿煤低密度干法分选;⑦ 智能化程度高，数字控制，人员劳动生产率高;⑧ 投资和运营成本低均低于湿法分选，可替代重介浅槽、重介旋流器和跳汰块煤分选。其技术指标为入料粒度100～6 mm，分选密度1.30～2.20 g/cm3;分选精度Ep=0.05～0.07 g/cm3，最低数量效率95%，介耗lt;0.5 kg/t。
空气重介系统缺点：① 分选粒度下限高。由于空气重介系统磁介质回收采用干法磁选工艺，细粒度非磁性矿物颗粒和磁铁矿在干法条件下分离困难，造成磁选尾矿中磁铁矿损失，因此应限制入料中lt;6 mm颗粒含量。空气重介分选系统入料分选粒度下限高，一般为6 mm，需要对入料预先筛分处理。② 对原煤的水分要求严格。原煤颗粒必须松散且煤粉和介质颗粒不得在块煤表面黏连[29],否则影响分选效果增加介耗。同时相对普通分选工艺，空气重介系统，投资和运营费用较高。③ 处理能力小。现有第1套工业化装置处理能力只有60 t/h，亟需解决设备大型化以及大型设备流化床密度稳定和控制技术。
空气重介分选技术可用于块焦煤低密度分选或高密度排矸。经过改装更换介质后也可用于其他高密度矿石的分选，如高岭土、油母页岩、膨润土、萤石和磷矿石等矿物分选除杂，若与普通末煤分选工艺结合可以实现焦煤全粒级干选生产低灰精煤。
3.6 干燥干选双重提质技术
煤炭水分直接影响动力煤发热量，由于某些煤层受天然赋存条件的限制及机械化采煤过程中喷雾降尘的影响，煤炭表面水分过大，煤湿，变黏，特别是在原煤泥化严重时影响干选分选效果，造成矸石带煤率增加，因此必须进行干燥处理，提高原煤松散度。在煤干燥时应避免温度过高而导致挥发分析出。滚筒干燥机干燥温度过高，安全风险大，同时干燥过程中易产生煤炭过粉碎现象，不利于后续干选作业。振动混流干燥系统采用大风量低温干燥技术，操作安全，热交换效率高，主要针对lt;13 mm或lt;50 mm混煤干燥。采用振动混流干燥技术和复合干选相结合可以实现潮湿煤炭的干法分选，双干工艺特别适合原煤水分较大的动力煤或低阶煤褐煤分选。原煤预干燥系统采用振动混流干燥设备、低温大风量干燥的技术路线，可根据煤水分的不同要求进行个性化设计，去除原煤表面水分5%～10%，提高发热量1.255～2.510 kJ/kg，干燥后物料煤粉和块煤黏结少，泥化现象减轻，入料松散，提高了原煤筛分分级效率，改善了干选分选和提高分选精度。因此预干燥和干选系统相结合可起到去水和降灰的双重提质效果。唐山神州机械有限公司提供的双干系统技术指标：入料粒度100～0 mm，按工艺要求可实现6、13、25 mm分级入选，对末煤进行预干燥处理，入料表面水分lt;15%，块煤(gt;13 mm)和末煤(lt;13 mm)的最低数量效率分别为95%、90%，单系统处理能力100～1 000 t/h。
4 动力煤分选发展趋势
4.1 复合式干选机分选机理
物料性质(粒度、密度、形状)及操作参数(风量、风压、振幅和振次、床面倾角)等均影响设备分选效能。在设备几何尺寸和操作参数一定的情况下，颗粒大小和密度对分选性能具有重要的影响。针对传统水洗厂中重介分选设备和跳汰机的分选性能评估和预测已有广泛的研究。虽然对水洗重选设备分选性能的数学模型研究和应用较多，但鲜见干选分选性能数学模型的报道。王新华等[32]研究了振幅对分选的影响，王旭哲等[33]研究了颗粒在床面的运动轨迹并建立了位移曲线方程，吴万昌等[34]使用灰色关联分析方法确定的操作参数对指标K的影响由大到小的排序为振幅、横向倾角、频率、风量和纵向倾角。这些理论研究有助于理解干法分选原理，但仍然不能对颗粒粒度和密度对分选性能的影响进行量化模拟。因此开发相关数学模型有助于用户提前对产品构成和质量预测，也有助于干选厂设计人员模拟各种工况，优化工艺流程设计。唐山神州机械有限公司研究了入料粒度上下限和全粒级分选密度对各粒度级实际分选密度和分选Ep值的影响，并建立了数学模型。通过干法分选经验模型模拟结果和半工业试验的对比，证明该模型可以准确地用于干法分选的预测和优化，对分选效果的预测和干法选厂流程设计具有指导意义[35]。
4.2 新设备的研制
空气跳汰分选机是利用可调风压恒压风和脉动风与机械振动使物料按密度及颗粒在分选床上进行松散与分层，利用可调排料机构对不同密度及颗粒的原煤进行分类，达到分选、排矸和脱硫目的。孙鹤等[36-38]使用空气跳汰处理lt;13 mm末煤，Ep达到0.203～0.273 g/cm3。Snoby等[39]和Alderman等[40]测试了Allminerals 公司开发的Allair 跳汰机，对50～0 mm粒级进行分选试验，表明干法跳汰适宜易选煤和中等可选煤的分选，分选难选煤时，分选密度为2.05 g/cm3，Ep值在0.195 g/cm3左右。干法跳汰机的缺点：分选精度不高，工业化单元最大生产能力为100 t/h，矸石排料机构复杂，维修量大。
按传动方式和激振器不同，干选机可分为CFX型差动式干选机、FX型俄式干选机和FGX型复合式干选机。差动式干选机[41]具有动力消耗小、处理能力大、对入料外水适应性强及设备投资少等优点。FX型俄式干选机[42] 处理能力高，冲程大，对入料外水的适应范围广，但机体笨重，设备基础要求较高，高额基建投资限制了其推广应用。从目前干选项目应用看，CFX型干选机和FX型干选机的工业应用规模远小于FGX复合干选机。
我国还开发了新型结构的干选机，力图提高末煤的分选性能。振动逆流干选机[43-44]对不同煤质的适应性较好，但对原煤外水比较敏感，窄粒级分选时效果更好。针对现有干法选煤技术分选lt;6 mm煤粉效果较差的缺陷，中国矿业大学研制了一种振动螺旋干法分选机[45-46]，能对50～6 mm难选原煤进行分选，同时对细粒物料(lt;6 mm)和黏湿物料也能达到一定分选效果。在水平垂直加风力作用的同时，对床面施加旋转力，该扭转作用力起到2个作用：① 强化物料的松散，主要是针对黏湿抱团颗粒;② 提供物料螺旋输送的动力，并根据密度的差异使得轻重物料在径向存在速度梯度。试验证明在分选25～13 mm中等可选性煤时，分选精度不理想，矸石带煤率较高。上述分选设备从分选原理角度和FGX复合式分选机相比，没有大的原理突破，设备大型化和市场应用广度尚不如FGX分选机。
4.3 宽粒级重介质流化床干选技术
迄今为止,空气重介分选系统最大处理能力只有60 t/h，入料粒度只限于120～6 mm。空气重介分选技术亟需解决的问题： ① 设备大型化以降低设备投资;② 研发大型设备气固分选流化床中密度均匀稳定技术;③ 实现浓相高密度大型流化床稳定的主要参数匹配;④ 研制宽粒级煤炭干法重介质流化床选煤系统及装备;⑤ 开发风力干法选煤技术与干法重介质流化床分选技术相结合工艺实现焦煤全粒级干法分选，解决传统风力分选精度差的问题;⑥ 开发两段分选密度空气重介选煤系统装备，生产低灰精煤的同时回收中煤，降低矸石带煤损失。
4.4 全粒级干选分选工艺技术的完善和提高
在低阶动力煤分选方面，提高入选比例必然降低分选入料粒度下限，按照传统湿法分选工艺，分选下限越低，生产煤泥量越大，而且与低阶煤伴生的矸石易泥化，形成的煤泥灰分高，难脱水，热值低(一般lt;12.56 MJ/kg)，成为低热值燃料,难以销售,并造成环境污染。目前我国低阶动力煤的分选工艺主要是选块不选末，分选下限一般在25 mm，入选率只有40%，商品煤平均灰分28.6%，平均硫分1.01%。若将商品煤灰分降至16%以下，硫分lt;1%,绝大多数原煤需要全粒级分选。由于动力煤产品对深度脱灰降硫要求不高，需完善和提高干法分选技术、全粒级干选分选工艺技术，以及干选分选中粉尘深度净化、干粉储运、压块成型和安全运输等新技术。今后干选分选主要研究的任务之一是提高lt;13 mm末煤，特别是lt;6 mm煤粉的分选精度。
4.5 设备通用化和模块化
设备高度模块化和可移动性是干法分选区别于水选系统的一大显著特征。干选系统适合处理小存量的工程煤、脏杂煤，也适合和露采设备配套就地排矸，节省矸石运输费用。加强设备设计通用化和模块化的研究有利于缩短项目建设周期，节省维修费用，利于分选系统处理能力的扩展。
5 结 语
湿法分选方法如重介浅槽和跳汰机应用广泛，具有使用经验成熟、设备处理能力大等特点，在动力煤块煤分选中得到广泛应用。但由于末煤湿法分选存在精煤水分大、煤泥水系统负荷大、原煤易泥化时煤泥产品量大水分高等问题，末煤入选比例低。干选工艺避免了末煤湿法分选带来的煤泥问题，在分选易泥化末煤时，虽然分选精度低于重介旋流器和跳汰，但干选末精煤产率高，精煤水分低，干选精煤热值反而高于水洗精煤产品。同时末煤干选过程不用水，无需煤泥水处理系统，投资和运营成本皆大幅降低。以X射线智能分选为代表的块煤干选设备替代了人工捡矸工序，但在设备大型化和降低投资成本方面还需进一步研究和发展。空气重介分选设备如能在降低分选粒度下限和设备投资方面有所突破，将在炼焦煤低密度高精度分选机非煤矿石分离领域具有广阔的应用前景。双干分选工艺解决了湿煤无法干选的难题，大幅提高了末煤的产品质量。采用不同干选设备组合实现原煤全粒级干选，或对现有动力煤选煤厂进行升级改造实现块煤湿法分选和末煤干选相结合，可以达到稳定提高末煤质量以及丰富动力煤产品结构的目的。干法分选工艺的开发以及不同干选设备的工程应用，为大幅提高中国动力煤入选比例提供了一种强有力的手段。
参考文献(References)：
[1] 付银香.动力煤选煤厂选煤工艺现状及展望[J].洁净煤技术,2015,21(6):30-33.
FU Yinxiang.Status and prospect of coal preparation technology of steam coal preparation plant[J].Clean Coal Technology,2015,21(6):30-33.
[2] 解祯,赵建群,刘昆仑,等.FGX复合式干选机分选平朔风氧化煤和杂煤的可行性分析[J].选煤技术,2015(6):59-62,67.
XIE Zhen,ZHAO Jianqun,LIU Kunlun,et al.Feasibility study on separating weathering-oxidized coal and mixed coal in Pingshuo by FGX compound dry washing machine[J].Coal Preparation Technology,2015(6):59-62,67.
[3] 韦鲁滨,李大虎，朱学帅，等.潮湿褐煤干法分选实验研究[J].洁净煤技术,2014,20(6):5-8:22.
WEI Lubin,LI Dahu,ZHU Xueshuai,et al.Experimental study of dry preparation of moist lignite[J].Clean Coal Technology,2014,20(6):5-8:22.
[4] 马建军.复合式干法选煤技术的研究与实验应用[J].科技资讯,2014,12(13):84.
[5] 方庆洲，赵伟.干法选煤在淮矿西部工程煤处理中的应用[J].煤炭加工与综合利用,2016(1)：49-50,55.
[6] 张博，赵永刚.霍州煤电集团可移动干法选煤方案的设计[J].煤炭加工与综合利用,2013(6):23-26.
[7] 谌托.复合式干法选煤预排矸工艺在淮北矿区的实践[J].煤炭加工与综合利用,2013(3)：47-49.
[8] 刘金明,华成利,王丽华.复合式干法选煤系统在大明矿选煤厂的应用[J].选煤技术,2009(6):43-45.
LIU Jinming,HUA Chengli,WANG Lihua.Application of compound dry coal separation system in Daming colliery[J].Coal Preparation Technology,2009(6):43-45.
[9] 许述纯,高锋,朱惠臣.干法选煤厂运营效果分析[J].中国煤炭,2009,35(1)：68-69.
XU Shuchun,GAO Feng,ZHU Huichen.Dry coal preparation plant performance analysis[J].China Coal,2009,35(1)：68-69.
[10] 姚霞,刘亿,顾立新.复合式干法选煤技术在临涣洗煤厂许瞳干选分厂的应用[J].选煤技术,2011(3):41-42.
[11] 左伟,骆振福,吴万昌,等.高硫煤的干法分选技术[J].煤炭加工与综合利用,2009(6):17-20.
[12] 任杰，刘明富.干法选煤厂设计中的问题探讨[J].煤炭加工与综合利用,2012(2):1-3.
[13] 吕俊贻.复合式干法选煤系统在郑煤集团超化煤矿的应用[J].企业导报,2014(1):144-154.
[14] 蒋志新.复合式干法选煤在阳煤五矿的应用[J].山西煤炭,2008,28(6):46-47,58.
JIANG Zhixin.Application of composite dry washery in the No.5 mine of Yangquan coal group[J].Shanxi Coal,2008,28(6):46-47,58.
[15] 郭学亮.风力干法选煤技术的现状及在新疆选煤市场中的应用前景[J].煤炭技术,2015,34(8):292-294.
GUO Xueliang.Actuality of pneumatic dry coal preparation technology and application prospect in Xinjiang coal separation market[J].Coal Technology,2015,34(8):292-294.
[16] 郭建新.发展新疆动力煤干选推广风力干法选煤技术[J].中国高新技术企业,2012(23):125-128.
[17] 李松民.FGX-9型复合式干法选煤机改造[J].煤矿机械,2010,31(2):142-143.
LI Songmin.Modification of FGX-9 compound type dry coal selector[J].Coal Mine Machinery,2010,31(2):142-143.
[18] 薛林伟,靳树.FGX-48A型复合式干法选煤设备在韩家村选煤厂的应用[J].内蒙古科技与经济,2010(21):116,118.
[19] 张朴,孔力,黄心汉.基于中、低能射线的K值判别法煤矸在线识别仪的研究[J].仪器与仪表,1990(3):17-18,25.
ZHANG Pu,KONG Li,HUANG Xinhan.The study of an online identification device for coals and gangues based on the value ofK for low and high energy γ-rays[J].Instrument Technique and Sensor,1990(3):17-18,25.
[20] 韩成石,董长双,周西军,等.煤和矸石γ-射线分选系统的研究[J].山西矿业学院学报,1997,15(2):157-161.
HAN Chengshi,DONG Changshuang,ZHOU Xijun,et al.Research on a system of separating coal from stone by γ-ray[J].Journal of Shanxi Institute of Mining,1997,15(2):157-161.
[21] 孔力,李红,徐琦,等.基于双能γ射线的煤、矸石取悦分割识别方法[J].华中理工大学学报,1998,26(1):39-40,62.
KONG Li,LI Hong,XU Qi,et al.Filed segmentation method for the identification of coal and gangues based on dual-Energy γ-ray[J].Journal of Huazhong University of Science and Technology,1998,26(1):39-40,62.
[22] LÜTKE von Ketelhodt,林辉.通过双能量X射线透射对煤炭进行干法分选[C]//国际选煤大会国际组委会、美国选煤学会.第16届国际选煤大会论文集.[S.l.]:国际选煤大会国际组委会、美国选煤学会,2010:7.
[23] Christopher Robben,Johan de Korte,Hermann Wotruba,et al.Experiences in dry coarse coal separation using X-ray transmission based sorting[J].International Journal of Coal Preparation amp; Utilization,2014,34(3/4):210-219.
[24] 袁华昕.基于X射线图像的煤巧石智能分选控制系统硏究[D].沈阳:东北大学,2014:9-21.
[25] KAI Bartram,JOHAN van Zyl,EZIO Viti.Dual energy X-ray transmission sorting of coal for deshaling and ash content reduction[C]//Proceeding of 17th international coal preparation congress.Istanbul Turkey:[s.n.],2013.
[26] 张晨.煤矸光电密度识别及自动分选系统的研究[D].北京:中国矿业大学(北京),2013.
[27] 马鑫.干法选矿技术的现状及空气重介质流化床技术前景分析[J].国土资源导刊,2015,12(3):92-95.
MA Xin.Current situation of dry processing technology and analysis of air-heavy medium fluidized bed technology[J].Land amp; Resources Herald,2015,12(3):92-95.
[28] 李敏,王安,唐利刚,等.气固流态化干法选煤技术现状[J].煤炭加工与综合利用,2013(4):25-29.
[29] 朱学帅,李大虎,刘道春,等.水分对流态化干法分选过程的影响研究[J].煤炭工程,2016,48(1):122-125.
ZHU Xueshuai,LI Dahu,LIU Daochun,et al.Research on influence of water content in fluidized dry separation of coal[J].Coal Engineering,2016,48(1):122-125.
[30] 赵跃民,李功民,骆振福,等.一种新型的高效干法选煤设备[J].中国煤炭,2011,35(10):90-92.
ZHAO Yuemin,LI Gongmin,LUO Zhenfu,et al.A new ype of dry high-efficiency separaor for coal[J].China Coal,2011,35(10):90-92.
[31] 熊建军,骆振福,牛惠娟.空气重介流化床干法选煤机结构参数的研究[J].煤矿机械,2009,30(8):54-56.
XIONG Jianjun,LUO Zhenfu,NIU Huijuan.Study of structural parameters of coal separator of dry beneficiation with air dense-medium fluidized bed[J].Coal Mine Machinery,2009,30(8):54-56.
[32] 王新华,郭建英.振幅对复合式干选机分选效果的影响研究[J].选煤技术,2012(5):6-9.
WANG Xinhua,GUO Jianying.Research on the effect of amplitude on separation law of compound dry separator[J].Coal Preparation Technology,2012(5):6-9.
[33] 王旭哲,吕春晓,吴万昌.复合式干选机床面颗粒运动状态分析[J].选煤技术,2015(1):17-19,23.
WANG Xuzhe,LYU Chunxiao,WU Wanchang.Morphological analysis of material movement on the bed of compound dry cleaning machine[J].Coal Preparation Technology,2015(1):17-19,23.
[34] 吴万昌,赵跃民.灰色关联分析在复合式干法选煤中的应用[J].煤炭技术,2015,34(10):295-297.
WU Wanchang,ZHAO Yuemin.Application of grey relation analysis in compound dry coal separation[J].Coal Technology,2015,34(10):295-297.
[35] 夏云凯,梁大伟.FGX干选机选煤分选性能预测模型[C]//全国选煤学术交流会.广州:[s.n.],2015.
[36] 孙鹤,任尚锦,任彦东,等.TFX型末煤跳汰干法分选机的应用[J].煤炭加工与综合利用,2015(7):11-13.
[37] 刘维生.风力跳汰机干法选煤系统的研究[J].矿山机械,2010,38(10):95-97.
[38] 任尚锦,孙鹤,夏玉才,等.干法末煤跳汰机的研制及应用[J].煤炭加工与综合利用,2015(11):9-15.
[39] RICHARD Snoby,HONAKER R Q,Richard Weinstein.Dry jigging coal:Advantages and limitations[C]//第15届国际选煤大会论文集.徐州:中国矿业大学出版社,2006.
[40] KIP Alderman,RICHARD J Snoby,Heribert Breuer.Dry jigging of coal 10 years allair technology-operational results and testwork data[C]//Proceeding of 17th international coal preparation congress.Istanbul Turkey:[s.n.],2013.
[41] 任尚锦,任彦东,胡永亮.差动式干法选煤机的应用[J].煤炭加工与综合利用,2008(4):14-16.
[42] 魏亮.FX-24大型干选机的开发和应用[J].煤矿机械,2015,36(8):248-249.
[43] 邓锋.物料参数对振动逆流干法选煤效果的影响[J].煤炭技术,2015,34(12):270-272.
DENG Feng.Affects of material parameters on coal separation efficiency in vibrating adverse-flow fluidized bed[J].Coal Technology,2015,34(12):270-272.
[44] 张厦,章新喜.振动逆流干法分选机的试验研究[J].选煤技术,2011(1):1-3.
ZHANG Xia,ZHANG Xinxi.Experimental study on vibration counter flow dry separator[J].Coal Preparation Technology,2011(1):1-3.
[45] 陈建中,隋占峰,沈丽娟.振动螺旋干法分选机动力学分析与分选机理初探[J].矿山机械,2013,41(4):90-94.
[46] 陈建中,沈丽娟,刘才金,等.振动螺旋干法分选机运动特性研究[J].中国矿业大学学报,2015,44(1):125-131.
CHEN Jianzhong,SHEN Lijuan,LIU Caijin,et al.Study of motion characteristics of the vibrated spiral dry separator[J].Journal of China University of Mining amp; Technology,2015,44(1):125-131.
Current situation and prospects of power coal dry separation technology in China
Abstract:In view of the problems of wet process in coal preparation,technical features and advantages of different deshaling equipment were compared. Application progress of various coal dry separation process and technology was also introduced,and technical characteristics and future development direction of different coal dry separation process and equipment were discussed. The objective of power coal dry separation is to enhance clean coal product heating value and remove its refuse rock and sulfur content. There are many advantages such as no product moisture increase and low processing cost. With the new processes of classified separation,lump coal dry separation,fine coal dry separation,dual quality upgrading of pre-drying and dry separation process and air dense medium separation,process flowsheet of coal dry preparation plants can realize custonized design,which makes up for the limitation of traditional single FGX dry coal cleaning process and equipment. It will be an inevitable tendency for the future dry coal preparation plant designers to develop high efficient,large scale,low energy consuming,lower efficient separation bottom size type dry separation process and equipment,and high-efficient,economical,large scale coal preparation plants.
Key words:coal dry separation;X-ray intelligent sorting;lump coal dry separation;fine coal dry separation;drying amp; dry separation process;air dense medium separation
中图分类号：TD94
文献标志码：A
文章编号：1006-6772(2017)06-0017-09
收稿日期：2017-08-30;责任编辑张晓宁
DOI:10.13226/j.issn.1006-6772.2017.06.004
引用格式：夏云凯，李功民.我国动力煤干选技术现状及展望[J].洁净煤技术，2017，23(6)：17-25.
XIA Yunkai，LI Gongmin.Current situation and prospects of power coal dry separation technology in China[J].Clean Coal Technology，2017，23(6)：17-25.
