煤炭洗選工藝技術的應用及改造

＊楊勇 姜興民

（1.棗莊礦業（集團）有限責任公司柴里煤礦安全監察處 山東 277000 2.棗莊礦業（集團）有限責任公司柴里煤礦生產技術科 山東 277000）

煤炭是全球主要的能源資源之一，然而原煤中包含的雜質，如灰分、硫分等，不僅影響燃燒效率，還對環境產生負面影響。為了提高煤炭的質量，延長燃料壽命及減少對環境的不利影響，煤炭洗選成為必不可少的環節。因此，本文將深入研究煤炭洗選工藝技術的應用及改造升級，旨在探討如何通過現代科技手段更有效地應用和改進煤炭洗選工藝，力求滿足不斷增長的能源需求和可持續發展的要求。

1.煤炭洗選概述

煤炭洗選作為煤炭資源開發與利用中的重要環節，旨在從原煤中高效去除雜質，提高煤質品位，從而滿足工業、能源生產的需求，并減緩對環境的負面影響。煤炭洗選的核心原理在于通過物理、化學等手段，對原煤中的灰分、硫分、礦物質等雜質進行有效分離，從而提高煤的燃燒特性和經濟價值[1]。洗選過程的開始要對原煤進行破碎，接著通過篩分操作，根據煤的顆粒大小進行分類，在進入重力選煤和浮選等技術操作前，煤炭通常需經過浸泡、脫水等預處理步驟，提高分離效果。而重力選煤則依賴于煤與介質之間的密度差異，實現對煤與雜質的有效分離；浮選技術則通過在煤炭漿料中引入氣泡，利用氣泡與煤炭顆粒的親附性差異，使雜質浮至液面，從而達到分離的目的。

圖1 洗煤流程圖

煤炭洗選的主要作用在于提高煤炭質量和利用效率。通過洗選工藝，可以有效地去除煤炭中的雜質和灰分，從而提升煤炭的發熱量和燃燒效率。此外，洗選還能調整煤炭的粒度分布和硫分含量，滿足不同行業的需求。經過洗選的煤炭更環保，可以減少燃燒時的污染物排放。因此，煤炭洗選在提升煤炭經濟價值、保障能源安全和促進可持續發展等方面具有重要意義。

2.煤炭洗選工藝技術的應用

(1)重力選煤

重力選煤依賴于物料顆粒的密度差異進行有效分離。首先，經過原煤的破碎和篩分處理，將其分為不同顆粒大小的煤塊，為后續重力選煤工藝奠定基礎。在這一過程中，通過各級篩分設備，可得到分選后的煤炭料和相應的介質。接下來，將煤炭料與介質混合，形成懸浮液。常見的介質包括水、重介質液體等，水的密度通常在1.3～1.6 g/cm3范圍內，而重介質液體的密度則被精確控制在1.4～2.0 g/cm3之間，確保對煤炭顆粒的分離具有高效性[2]。具體而言，采用重介質的濃度梯度，使得介質中密度較大的部分與煤炭顆粒形成相對沉降，而密度較小的部分則上浮，從而實現煤炭與雜質的有效分離。在這一過程中，重力選煤不僅僅是單一工藝步驟的簡單重復，更是一個復雜而精密的系統，其中包括浸泡、攪拌、分級、分選等多個關鍵環節。通過合理的控制浸泡時間（時間范圍在15～30 min 之間）和攪拌強度（每分鐘30～60 次），可以更精確地控制分離的效果。同時，通過多級的分級過程，將煤炭顆粒按照密度的不同進行細致分類，使得最終的產品更為純凈。

實際應用中，重力選煤技術在各個煤炭處理廠得到了廣泛應用。以某煤礦為例，通過引入先進的重力選煤設備，成功實現了對低品位煤炭的高效分離，灰分率從原始的25%降低至10%，同時提高了煤炭的能值，使得洗選后的產品更符合工業生產的需求。

(2)浮選

浮選作為煤炭洗選中的關鍵技術，依賴于氣泡與煤炭顆粒之間的親附性差異，實現煤炭與雜質的高效分離。首先，原煤經過破碎和篩分，得到5～30 mm 顆粒范圍的煤炭料。其次，通過浸泡處理，使煤炭顆粒充分吸附浮選劑，為后續浮選步驟創造有利的條件。這一過程中需要合理選擇浮選劑，一般采用含有活性劑的藥劑，如乙醇、甲醇等，提高氣泡的親附性[3]。最后，將煤炭料與浮選劑混合（一般的浮選劑用量可以控制在每噸原煤0.2%～2%之間），形成浮選漿料，在浮選槽中引入壓縮空氣或其他氣體，產生微細氣泡。由于煤炭顆粒與氣泡之間的親附性差異，煤炭顆粒在氣泡的作用下上浮至液面，而雜質則沉降至槽底。

在實際應用中，浮選技術的成功運用不僅依賴于浮選劑的選擇，還與浮選槽的設計和操作參數的精確控制密切相關。浮選槽通常采用機械攪拌或氣體噴射方式，確保浮選漿料中氣泡的均勻分布。槽體的結構設計也很關鍵，既要考慮懸浮液的流動特性，又要防止泡沫的溢出和氣泡的大面積破裂。此外，浮選過程中的攪拌速度（0.5～2.5 m/s）、氣泡尺寸（100～1000μm）、浸泡時間（1～5 min）等操作參數需要精準控制，力求達到最佳的分離效果。

3.煤炭洗選工藝技術的改造升級

(1)技術改造

在煤炭洗選工藝的升級改造中，如果原煤含有大量煤泥，容易出現脫泥不完全的問題。當這些煤泥進入后續設備時，會導致脫介效率降低、商品煤中的介質含量增加，甚至加大系統負荷，影響整個洗選過程[4]。為了解決這一問題，我們可以采取在后段增設兩道噴水裝置的方式，確保原煤的徹底脫泥，從而降低后續工藝中的煤泥含量。此外，為了確保商品煤的質量，我們還需要在懸浮液合格后對其進行精細分選，通過這一步獲得矸石和精煤。精煤再經過進一步處理，即可成為高質量的商品煤。在這個過程中，煤泥水的處理也是關鍵。我們可以使用旋流器對其進行分級處理，底流部分通過離心機脫水后成為商品煤，而溢出的細煤泥則通過過濾機處理后同樣轉化為商品煤。這種工藝改造的核心在于優化處理流程，降低煤泥對整體系統的不良影響。

以某洗煤廠的實際改造為例，該廠采用水洗方式洗煤，水耗為0.08 m3/t 原煤。然而，由于其補水來源僅為民用水，年消耗量高達15 萬立方米，存在因水資源短缺而停產的風險。為了解決這一問題，技術團隊進行了工程改造。他們改造了廠外的舊泵房，安裝了水泵用于抽取廢水，并在泵房與廠內循環池之間鋪設了管道，以確保補水的穩定性，從而降低了對民用水的依賴。同時，他們還對外排水和井下水進行了處理，通過添加石灰水和PAM（聚丙烯酰胺）進行凈化，并使用耙式濃縮機進行水質凈化和煤泥水的脫水處理。這些改進措施不僅解決了該洗煤廠面臨的問題，也為其他類似企業提供了有益的參考。

(2)設備改造

在混煤生產過程中，由于煤質的不穩定性和高水分含量，傳統的拖泥篩板和弧形板等設備在應對混煤生產中的多變煤質和大量雜質時，表現往往不盡如人意，會導致一些異常情況，例如旋流器堵塞，進而對煤炭分選設備的正常運行造成嚴重影響[5]。為了改善設備對混煤生產的適應性，應當根據分選設備的實際狀況和工藝流程，提出設備改造的方案。

一方面，針對混煤中水分含量高和黏性大的問題，對分級拖泥篩板和加壓過濾機入料桶進行改造，增強設備對混煤生產的適應性。具體來說，在分級脫泥篩的入料溜槽部位增設一塊擋料板，并將入料閘板替換為階梯型結構，從而提高入料在篩面上的分布均勻性。同時，將篩板的分級段調整為16 mm，并引入彈性桿和自清潔篩板，通過采用循環水進行沖水分選，達到降低水量消耗和利用帶有擋水堰的篩板提升脫泥效率的目的。改造后的分級脫泥篩結構如圖2 所示。

圖2 分級脫泥篩結構示意圖

另一方面，考慮到選煤廠主要生產的是中灰煤，且原煤的粒度較大，容易導致旋流器堵塞的問題，在加壓過濾機入料桶的位置應增加一套摻粗裝置，可以對入料桶內的大直徑煤體進行破碎處理，降低其粒徑，確保煤炭在分選過程中的順利和高效運行。同時，這套摻粗裝置還能夠對大顆粒的雜質進行破碎處理，從而降低其對分選過程的影響。

(3)自動化控制系統改造

為了滿足選煤廠的智能化需求，必須對現有的控制系統進行改造，實現對洗選過程的實時監測、數據分析和智能調控。新的自動化控制系統將包含管理、控制和操作三個核心層級，它們將通過高精度傳感器和前沿通信技術實現緊密合作。詳細結構如圖3 所示。

圖3 煤炭洗選自動控制系統示意圖

在設備層級，現場操作箱和配電系統是自動化控制的基礎。在洗選設備上布置各類監測儀器，實時監測設備的運行狀態，并將監測數據實時傳輸至控制層，為后續的數據分析和調控提供基礎數據?？刂茖又饕芍悄芸刂葡到y和限速部分構成。智能控制系統接收設備層傳來的實時數據，分析數據，判斷設備的運行狀態以及下一步的運行需求，并自動發出調控指令，實現洗選過程的實時調控。限速部分則保障系統的穩定運行，確保洗選設備在合適的速度范圍內運行。在管理層級，操作站和UPS 系統起到了關鍵作用。操作站確保了系統的穩定運行，同時作為與控制層的接口，實現對洗選過程的遠程調控。數據傳遞方面，管理層和控制層之間采用TCP/IP 協議進行雙向數據傳輸，而控制層和操作層之間的數據傳輸則通過CAN 總線進行，確保數據傳輸的穩定和快速[6]。

4.結束語

綜上所述，通過對煤炭洗選工藝技術的深入研究和改造升級，成功解決了洗選過程中的關鍵問題，提高了煤炭的質量和經濟價值。技術改造方案有效降低了煤泥處理不徹底和設備適應性差的困擾，而設備改造方案和自動化控制系統的引入進一步提高了洗選過程的效率和智能化水平，為滿足不斷增長的能源需求和環保要求提供了切實可行的解決方案。