宁东矿区是国家规划的14个亿吨级煤炭生产基地之一，矿区内探明地质储量丰富。宁东矿区洗选后的煤炭产品除供发电外，主要供宁东煤化工基地使用，用于煤制甲醇、煤制烯烃、煤炭间接液化等项目。宁东矿区煤种主要以不粘煤和长焰煤为主，具有低灰、高水、中高发热量、低硫等煤质特点。矿区内各矿井煤层地质构造复杂、断层多，煤层顶板和底板多为粉砂岩、泥岩和炭质泥岩；夹矸层泥岩遇水泥化严重。矿区内共有10座矿井型动力煤选煤厂，主要采用两种湿法分选工艺流程：

① 部分入选工艺。一般采用浅槽重介分选机(以下简称重介浅槽)分选＞25(13)mm粒级块煤，＜25(13)mm粒级末煤直接作为电煤销售；

② 全级入选工艺。为了丰富产品结构，满足煤化工原料煤质量要求，宁东矿区部分选煤厂采用了全级入选工艺，＞25mm粒级块煤由重介浅槽分选，＜25mm粒级末煤采用两产品重介旋流器分选，粗煤泥采用螺旋分选机分选+离心脱水回收，细煤泥浓缩后压滤回收。

1 宁东动力煤水洗工艺存在的问题

宁东矿区动力煤选煤厂在湿法分选过程中存在的不足和问题主要有：

(1) 末煤不能满足用户质量要求。由于机械化采煤的普及，＜13mm粒级末煤在原煤中比例日益提高。由于部分入选工艺只对＞25(13)mm粒级块煤进行分选，因此精煤产品结构比较单一，而占比较大的末原煤因未能得到分选，故末煤质量较差，满足不了用户要求。部分选煤厂被迫采取将重介浅槽块精煤破碎后与末原煤掺配的方法来控制和稳定洗混煤质量，造成经济损失较大。

(2) 矸石泥化严重，影响分选效果。原煤部分入选时，由于宁东矿区原煤易泥化，13mm以下粒级筛分效率低，导致进入重介浅槽的末煤量较大，从而影响有效分选；全级入选时，由于原煤易碎且矸石泥化严重，会导致重介悬浮液粘度升高，从而降低重介分选精度。

(3) 高水分煤泥产品积压。由于宁东矿区原煤易泥化，因此水洗时易产生大量次生煤泥，造成煤泥水系统负荷增大，高灰细泥沉降困难，不仅凝聚剂和絮凝剂消耗大，而且极细粒煤泥难以成饼，最终导致煤泥产品产量大、水分高、热值低，只能部分掺入混煤产品，甚至不能掺入。而煤泥单独销售不仅价格很低，且销售困难，大量堆存还会造成环境污染。

(4) 块煤产率低。当分选密度约为1.8g/cm³时，宁东矿区块煤为易选煤，＜1.8g/cm³密度级浮物灰分可以满足精煤质量要求。但高密度重介质配制困难，生产实践中宁东各厂块煤重介浅槽分选系统多为低密度分选(＜1.6g/cm³)，故块精煤灰分偏低，远低于精煤灰分要求，存在“过度洗选”现象，同时造成块精煤产率偏低；而直接作为矸石丢弃的1.6～1.8g/cm³密度级产物热值偏高，造成了资源的浪费。

(5) 末煤水洗效果差。＜25mm粒级末原煤水洗时泥化严重，煤泥含量可达20%甚至更高，从而导致末精煤产率低，末煤洗选经济效益差。

针对上述情况，近年来宁东矿区提出煤泥减量化生产工艺，即：将原煤进行深度干法脱粉(6mm或3mm分级)，从而避免＜6mm(3mm)的细粒级原煤进入水选系统，达到减轻煤泥水系统负荷，并降低煤泥产量的目的。采用这种工艺对全级入选的选煤厂进行改造可减少煤泥量，简化煤泥水处理系统，从而确保系统的正常运行。对采用部分入选工艺的选煤厂而言，深度脱粉可以降低重介浅槽入料粒度下限，提高原煤入选量。近年来，随着驰张筛的应用，6mm(3mm)筛分的分级效率有所提高，但仍然会有部分6mm(3mm)以下的细粒煤进入水洗系统。因此，实行末煤深度脱粉并不能从根本解决煤泥问题，原煤中含量较大的6mm(3mm)以下的末煤仍然无法得到分选。另外，采用上述工艺对采用部分入选工艺的老厂进行改造时，还可能存在着弛张筛安装空间不足，煤泥水系统需要扩建等问题。

2 干法分选技术特点

经过近30年的发展，复合式干选、干法重介质分选、光电分选等干法分选技术为我国干旱缺水地区及遇水易泥化煤炭的分选提供了有效途径，以复合式风力干选技术为代表的干法选煤技术在高灰炼焦煤预排矸和劣质煤、褐煤及泥化严重的动力煤分选领域得到一定规模的应用。复合式风力干选设备在产品种类、产品系列化、单位处理能力、分选精度、自动化程度、节能降耗和环保性能等方面得到长足的发展。我国动力煤资源丰富，动力煤储量占煤炭总储量的70%以上。目前动力煤入选比例接近55%，但与炼焦煤入选比例相比还有较大差距。造成动力煤入选比例低的原因主要有：

① 湿法分选使产品增加的水分抵消了洗选降灰效果，造成分选提质效果差；

② 褐煤、长焰煤和不粘煤等煤种易泥化，导致湿法分选煤泥量大，精煤产率低，洗选经济效益差；

③ 早期干法分选设备处理能力不够，环保效果较差。

干法分选技术不需用水，分选出的产品水分低，且不产生高水分的煤泥产品，这些优势可以在一定程度上弥补干选分选精度低的劣势。但在高密度分选＞13mm粒级易选块煤时，干法分选精度接近跳汰分选精度；在分选＜13mm粒级松散度较好的末煤时，干选也可对13～1mm粒级末煤进行有效分选。因此，在易泥化动力煤老厂改造过程中，可以考虑使用干法、湿法分选相结合的工艺来实现动力煤全粒级分选，从而达到稳定和提高末煤质量的目的。同时，还可对干选精煤产品进行粒度分级，丰富末煤产品结构。

3 宁东矿区动力煤分选工艺研究

为使研究工作具有良好的代表性，选取了宁东矿区内一座原煤、矸石均泥化严重的选煤厂的分选工艺来进行研究分析。该厂原设计分选工艺为＞13mm粒级原煤由重介浅槽分选，＜13mm粒级原煤不入选。在生产实际中，由于泥化原煤发粘，筛分困难，故将原煤分级粒度改为25mm，因此现行分选工艺(图1)为＞25mm粒级原煤入重介浅槽分选，＜25mm粒级末原煤不入选，直接作为混煤产品，用作煤制油和煤化工项目的原料煤。

图1  选煤厂现行分选工艺原则流程

一般情况下，甲醇厂要求原料灰分A_d≤13%，最佳用煤指标为：灰分9%～11%、水分M_t≤18%；煤制烯烃要求原料煤的灰分A_d≤16%，最佳灰分指标为12%～15%；而煤制油要求原料煤的灰分A_d≤18%，最佳灰分指标为13%～16%。

根据既定的目标产品市场，结合煤质特点，该厂确定选煤产品方案为：

① 块煤(200～25mm)，产品指标为A_d≤9%、M_t≤18%，主要地销或作化肥用煤；

② 洗混煤1(25～0mm)，产品指标为A_d≤18%、M_t≤19.50%，主要供给烯烃分公司和煤制油分公司作原料煤；

③ 洗混煤2(25～0mm)，产品指标为A_d≤13%、M_t≤18.0%，供给甲醇公司作原料煤。

该矿末煤平均灰分为20.76%，平均水分为19.75%，由于末煤不分选，因此两项指标均不能满足煤化工和煤制油的原料煤用煤指标。

为寻求最佳分选方案，拟对下面三种分选工艺进行对比分析：

① 分选工艺A。即现行的＞25mm粒级重介浅槽分选、＜25mm粒级旁路不选流程；

② 分选工艺B。该方案是该厂原设计单位为提高原煤入选比例、控制混煤质量而提出的6mm脱粉工艺改造方案，即：＞25mm粒级重介浅槽分选，＜25mm粒级末煤采用弛张筛6mm脱粉后，部分25～6mm粒级物料进入新增的一套无压三产品重介质旋流器系统分选，另一部分25～6mm粒级进入原重介浅槽系统分选，而＜6mm粒级粉煤掺入洗混煤产品。此方案需要新建筛末煤(＜25mm)主洗车间；

③ 分选工艺C。采用干法与水洗相结合的分选工艺(以下简称干湿结合分选工艺)，即：＞25mm粒级由重介浅槽分选，＜25mm粒级末煤采用干法分选。

由原煤大筛分数据(表1)可知：该厂入选原煤灰分为23.32%，为中等灰分煤；50～0.5mm各粒级分布较为均匀，但＜3mm粒级物料占28.7%，粉煤含量较高；原煤灰分随着粒度的减小而降低，说明煤质易碎；＜0.5mm粒级的灰分显著高于临近粒级的灰分，初步判断矸石有泥化趋势。另据矸石泥化试验得出平均泥化比为20.36%，证实矸石确易泥化。

表1  原煤粒度组成(%)

由原煤各粒级浮沉资料(表2)可知：原煤密度组成具有低密度物含量高、中间密度物含量低，高密度物含量较高的“哑铃”形态特征，非常有利于分选；高密度(＞1.8g/cm³)分选时属易选煤；＜13mm各粒级浮沉煤泥灰分均高于60.0%，说明矸石极易泥化，导致煤泥中含有大量的高灰细泥，在分选过程中尽量避免粉煤水洗。

表2  原煤密度组成(%)

三种分选工艺产品平衡表见表3。

表3  三种分选工艺产品平衡表(%)

注：分选工艺A、分选工艺B的数据由设计单位提供，分选工艺C数据是模拟计算结果。

由表3可知：

(1) 在分选工艺A中，＜25mm粒级混煤灰分为22.01%，不能满足煤制烯烃和煤制油原料煤指标要求，即使将＞25mm粒级块精煤全部破碎掺入混煤，总精煤灰分(18.70%)仍不能满足煤制油的原料煤指标要求。

(2) 在分选工艺B中，末原煤采用6mm脱粉，筛上物进入重介浅槽分选，重介精煤产率可以大幅提高，低灰精煤产率也可达到31.96%。但是＜25mm粒级洗混煤灰分为19.50%，也不能满足烯烃和煤制油的原料煤指标要求。只有将＞25mm粒级块精煤全部破碎掺入洗混煤，总精煤灰分(15.12%)才能够满足煤制油原料煤指标要求。

(3) 在干湿结合分选工艺C中，25～10mm粒级干选精煤灰分为12.60%，水分为17.33%，已经能够满足甲醇分公司原料煤灰分和水分的要求；25～0mm粒级干选精煤灰分为16.59%，水分为18.56%，也能够满足煤制油原料煤指标要求，因此不需要将＞25mm块精煤破碎混入干选精煤。如果将＞25mm粒级重介块精煤全部破碎掺入＜25mm粒级干选精煤，总精煤灰分和水分分别为15.71%、18.71%，能够满足煤制油原料煤最佳指标要求。与分选工艺B相比，干湿结合分选工艺总精煤产率更高，且水分低，热值更高。

由此可见，如果采用干法分选工艺分选该厂＜25mm粒级末原煤，干选精煤就能满足煤制油原料煤要求，25～10mm粒级干选精煤可以达到甲醇原料煤的要求，根本无需破碎＞25mm粒级重介块精煤来掺配调质。与前两种分选工艺相比，干湿结合的分选工艺C产品结构丰富，总精煤产率甚至高于水洗工艺，并且产品热值更高。

4 半工业性干选试验

2018年11月，采取该厂原煤煤样，在河北省煤炭干法加工装备工程技术研究中心(中心挂靠在唐山市神州机械有限公司)，采用ZM10矿物高效分离机对该矿＜50mm粒级原煤(表4)进行了半工业性干选试验。试验结果见表5。

表4  50～0 mm原煤粒度组成结果(%)

表5  50～0 mm 粒级原煤半工业性干选试验结果(%)

半工业性干选试验得到了精煤、中煤、矸石三种产品，其中一段精煤产品产率为84.58%，低位发热量为21.41MJ/kg，与原煤入料相比，低位发热量提高了1.64MJ/kg。

为了考察各粒级分选效果，对干选一段精煤进行了筛分分析，结果见表6。

表6  干选一段精煤产品粒度组成(%)

由表6可知：选后一段精煤产品中＞25mm粒级灰分为8.94%，可满足民用地销、化肥用煤煤质要求；25～6mm粒级精煤灰分为11.31%，可满足甲醇原料煤煤质要求；＞6mm粒级精煤低位发热量达到21.08MJ/kg以上，可见提质效果良好；＜25mm粒级灰分为14.62%，水分为16.71%，均达到烯烃和煤制油最佳用煤指标要求。

半工业性干选试验结果较好地验证了前述表1中的干选工艺模拟计算结果。

5 干湿结合分选工艺

基于前述模拟计算结果和半工业性干选试验结果，因此推荐采用干湿结合分选工艺(图2)对该厂生产工艺进行优化。图2所示工艺保留了原有重介浅槽分选系统和煤泥水处理系统，块煤(200～25mm)依然采用重介浅槽分选，末煤(＜25mm)则采用干法分选。

图2  推荐采用的干湿结合分选工艺原则流程

新增干法分选系统可设置在现有工业广场内，将末煤由原工艺的筛分系统引出，由原煤带式输送机转载至原煤缓冲仓，经给煤机、上煤带式输送机均匀输送至干选系统进行分选，得到精煤和矸石产品。干选精煤可进行10mm分级，25～10mm粒级筛上物可用作甲醇原料煤；＜10mm粒级筛下物可与重介系统粗、细煤泥产品掺混成为洗混煤。同时，重介块精煤也可破碎后与25～0mm粒级干选精煤混合，或与干选精煤中的＜10mm粒级精煤混合，用作烯烃或煤制油的原料煤。干选矸石和重介矸石合并，进入原水洗矸石仓。

采用干湿结合分选工艺对该厂分选工艺进行优化可带来如下益处：

(1) ＜25mm粒级末原煤采用干法分选，结合原工艺中的＞25mm粒级块煤重介浅槽分选，可实现原煤全粒级分选。

(2) 可使末精煤质量大幅提高，满足烯烃和煤制油原料煤指标要求，不再需要破碎重介块精煤来为末原煤掺混降灰。

(3) 干法分选系统对＜6mm粒级末煤也具有分选作用，可解决水洗工艺中因深度脱粉而造成的6mm以下不能分选的问题。

(4) 干选精煤分级粒度可根据需要灵活调整，能同时保证筛上煤化工用煤和筛下电煤质量要求。

(5) 原煤的分级粒度也可根据需要灵活调整，可为25、35、50mm，从实现重介分选和干法分选的优势互补。

此外，宁东矿区其他全粒级水洗工艺、原煤和矸石泥化严重的选煤厂也可以采用这种干湿结合分选工艺来对生产工艺进行优化。优化后可关停末煤湿法分选系统或煤泥水系统，采用干法分选技术处理＜25mm粒级末煤，从而彻底解决难于处理的煤泥问题。而对于类似矿区新建动力煤选煤厂，也可将多种干法选煤技术相互起来实现全粒级干法分选。这也是今后我国选煤工业发展的重要方向。

6 结语

宁东矿区动力煤易碎且泥化严重，采用干法分选技术对宁东矿区动力煤选煤厂部分入选和全级入选工艺进行优化改造，可创新动力煤洗选工艺。模拟计算和半工业性干选试验结果表明，末煤干选不仅可减轻煤泥水系统负荷，降低煤泥排放量，而且优化并丰富了产品结构，提高了末煤产品质量，能较好地满足煤化工原料用煤要求，大大提高企业经济效益。干湿结合分选工艺的提出为宁东矿区动力煤选煤厂以及其他地区低阶煤、易泥化煤选煤厂的工艺改造和升级提供了一种切实可行的方案。 

专家点评：

干法选煤经过30多年的探索、攻关，已进入快速发展阶段。复合式干选、干法重介质分选、光电分选等干法选煤技术，为我国干旱缺水地区及遇水易泥化煤炭的分选提供了有效途径。作者针对宁东矿区某湿法选煤厂的技术改造，提出一种干湿结合的选煤新工艺，为动力煤分选加工提供了新思路。干法选煤将与湿法选煤优势互补、共同发展，促进我国煤炭清洁加工利用。

（中国矿业大学赵跃民教授）

◎作者简介：王新华(1981—)，男，河北保定人，工程师，从事选煤机械设备和选煤厂设计工作。

◎引用格式：王新华，夏云凯.采用干法分选技术对宁东矿区动力煤选煤厂分选工艺进行优化改造的探讨［J］.选煤技术，2019(1)：72－77，81.