“双碳”背景下我国推广干法选煤必要性及其应用策略研究
时间：2023-11-14 来源：中国煤炭杂志官网 分享：经济管理
“双碳”背景下我国推广干法选煤必要性及其应用策略研究
0 引言
面对日益严峻的气候形势，全球100多个国家或地区相继提出碳中和目标。考虑到激进减碳的危害[1]，我国提出CO2排放量力争于2030年前达到峰值，2060年实现碳中和目标[2]。2021年，习近平总书记考察国能榆林化工有限公司强调，煤炭作为我国主体能源，要按照绿色低碳发展方向，对标实现碳达峰、碳中和目标任务，立足国情、控制总量、兜住底线，有序减量替代，推动煤炭消费转型升级。党的二十大报告指出，立足我国能源资源禀赋，坚持先立后破，有计划分步骤实施碳达峰行动，深入推进能源革命，加强煤炭清洁高效利用，加快规划建设新型能源体系，积极参与应对气候变化全球治理。煤炭选煤加工作为煤炭清洁高效利用的源头和基础，应按照绿色低碳方向发展。为了实现绿色低碳选煤，研究推广干法选煤以及如何妥善解决干法选煤在推广应用过程中存在的问题日显重要。
1 我国选煤产业发展趋势
随着我国煤炭行业落后产能淘汰与先进产能陆续释放，煤炭产能区域集中度进一步提高，2022年全国原煤产量45.6亿t，其中晋、蒙、陕、新4省(区)占全国总产量达到80.9%[3]。“十三五”期间，我国千万吨级全重介分选技术、大型复合干法和块煤干法分选技术、细粒级煤炭资源高效分选技术、井下选煤排矸和空气流化床重介干法分选技术得到成功应用。2022年受保供电煤的影响，我国原煤入选率为69.7%，入选原煤能力超过千万吨特大型选煤厂有84座，合计入选能力超过13亿t。到 2025年，我国选煤目标为：全国在运行选煤厂入选能力达到35亿t以上，原煤入选比例达到80%以上，动力煤入选比例达到75%以上[3-4]。
2 我国干法选煤技术发展应用现状
近年来，我国干法选煤技术与装备取得了快速发展，为动力煤入选发挥了重要作用，并成功应用到冶金用原煤预排矸。最具代表性的分选技术有复合式干法分选技术、块煤智能干法分选技术、空气流化床重介干法分选技术等。
2.1 复合式干法分选技术
复合式干法分选的典型代表是唐山神州机械集团有限公司的FGX与ZM系列，该公司与中国矿业大学合作研究了分选床中颗粒密度分布特性，协同优化了振动参数、气流参数、床面结构(格条、布风板、背板等)，提高了分选精度，降低了分选粒度下限。研制了处理能力达到480～600 t/h的大型分选机，实现了煤炭大规模干法分选提质；成功开发了细粒煤在气流和振动复合力场中的干法分选技术，在+13 mm、+6 mm分选基础上，-13 mm 末煤复合干法选煤取得了突破，分别在河南能源集团的嵩山煤矿、龙门煤矿和高山煤矿以及阳泉煤业(集团)有限责任公司五矿等煤炭企业运行，效果较好。80～0 mm粒级复合干法分选国内生产能力超过2亿t，并出口至美国、俄罗斯等20多个国家[5]。
2.2 块煤智能干法分选技术
块煤智能干法分选原理是针对图像识别分选技术和射线分选技术收集到的煤炭和矸石的信息差异，建立相应的分析模型，利用深度学习等先进计算机算法，通过大数据分析对煤炭和矸石进行识别或标记，并发出相应命令，最终通过响应执行装置将煤炭和矸石分离。近年来，国内外大力开发块煤智能分选机主要分选300～50 mm粒级物料，国内已有数百套成功运用。块煤智能干法分选采用X射线+风动分离技术，主要代表厂家有天津美腾科技股份有限公司、唐山神州机械集团有限公司等十余家[6]；块煤智能干法分选采用图像+风动分离技术，主要代表厂家有河南梦云智能科技有限公司、中信重工开诚智能装备有限公司等；块煤智能干法分选采用γ射线+风动分离技术，主要代表厂家有巨龙融智机电技术(北京)有限公司等。
2.3 空气流化床重介干法分选技术
空气流化床重介干法分选原理是通过气流和二元加重质颗粒，形成一定密度的似流体性质的流化床层，物料进入流化床层后，不同密度组成的原煤物料按流化床层密度分层，其中高于流化床层密度的物料下沉，低于流化床层密度的物料上浮，最后再由排料装置将各自产品排出。我国已成功投运了2套空气流化床重介干法分选系统，一是国能新疆宽沟矿业有限责任公司，其采用的是中国矿业大学与唐山神州机械集团有限公司开发的40～60 t/h干法选煤系统，主要分选50～10 mm原煤；二是徐州矿务集团有限公司张集煤矿，应用的是北京博后筛分工程技术有限公司研发的500 t/h空气重介干法选煤系统[7]。
3 我国推广应用干法选煤工艺的必要性
干法选煤具备系统简单易于实现智能化、不用水、不产生煤泥、投资少、建厂周期短、运营成本低和能耗低等低碳优势，不仅可满足化工原料用煤与电煤提质需要，而且适用于冶金用煤湿法分选预排矸以及矸石泥化与易泥化煤炭的分选[8]。
3.1 行业发展需要
经过近10年的示范和升级示范发展，现代煤化工基本架通了煤炭向油气燃料和基础化工品转化的桥梁，为发挥我国煤炭资源优势、降低油气对外依存度、保障国家能源安全与煤炭消费转型开辟了新途径[9]。随着新能源发电上网规模的增加，煤电调峰作用越来越强，深度调峰需要热值相对较高和均匀稳定的优质电煤。基于此，干法选煤更适合化工原料用煤和优质电煤的分选加工[8]。
我国煤炭资源禀赋较差，低品质煤储量约占40%，灰分小于10%的特低灰煤仅占保有储量的15%～20%。随着机械化、智能化煤炭开采方式以及开采深度的增加，我国东部和中部煤质普遍下降，原煤灰分多在40%以上，个别达到50%～60%，如采用传统湿法选煤工艺扩能改造，不仅投资、占用场地空间和改造难度大，且影响生产时间长。通过干法选煤对原煤预排矸，可减少煤泥量，同时降低投资和运营成本，从而降低综合成本与能耗[10]。
3.2 煤种性质与自然条件需要
随着先进产能持续释放，我国煤炭产量越来越集中到干旱缺水与寒冷的晋、蒙、陕、新4省(区)，且多为长焰煤、褐煤等低阶煤种分选，存在矸石和褐煤易泥化等问题。湿法选煤工艺煤泥水处理系统投资高、运营成本高，且大量煤泥销售困难。动力煤湿法选煤虽然产品灰分有所降低，但<3(或6)mm粒级水分大幅提高，导致发热量不升反降，干法选煤可规避这种问题，既不产生煤泥，还可有效化解寒冷地区湿法选煤产品装储冻车、冻仓等问题。
3.3 “双碳”目标需要
实现“双碳”目标的核心是减碳，实现煤炭清洁高效利用，作为煤炭清洁高效利用基础和前提的分选环节也应高效、低碳[11]。冶金用煤已全部入选，目前提高入选率的主要任务在动力煤和现代煤化工领域。无论是化工用煤、电煤分选，还是冶金用煤选前预排矸，干法选煤都是低碳、高效的首选工艺。
4 我国干法选煤推广问题及应对策略
4.1 对干法选煤认识有待提高与普及
一是业界对干法选煤了解较少，或受早期干法选煤在技术、设备等方面的应用问题存在误解，常常抛开满足用户需要的目的与湿法选煤对比分选精度；二是矿物加工工程属国家重点学科，但各相关高校基本没有开设干法选煤课程；三是各种渠道信息显示从事干法选煤研究、设计、制造、使用人员总量偏少，涉及干法选煤内容的论文在选煤专业杂志上每期发表的论文偏少。
为普及干法选煤知识，建议行业协会、科研院所积极参与，干选设备制造、供应商等主动谋划，加大示范项目建设与宣传力度，多组织召开现场交流会，呼吁相关高校尽早开设干法选煤课程，提高对干法选煤认识，从而增加干法选煤理论研究、设计、使用人员的总量，全面提升研发水平，促进干法选煤正常发展。
4.2 评价标准与建议
(1)选煤工艺选择与效果对比。选煤工艺选择应结合煤种、煤质特点与产品定位，以满足用户需求为前提，以最佳经济效益为基础，综合资金投入低者优选，而不是采用传统的分选效率、不完善度和错配率等指标来评判。
(2)选煤设备适应性与适用范围。任何选煤设备都有适应性与适用范围，不能一概而论。如重介浅槽和块煤跳汰用于分选块煤、末煤跳汰与重介旋流器用于分选末煤，干法选煤设备对应不同煤质或粒度组成的原煤所需设备结构和操作参数不同 [12]，在实际选择和效果评价时应充分考虑。
(3)片面宣传高排矸率和与精煤带矸率低不科学。无论是干法选煤还是湿法选煤，煤炭灰分越高含矸率越高、分选排矸率就越高，产品灰分降低幅度也越大。如果原煤灰分本身比较低，无论采用什么方法分选排矸率都不会很高[13]。分选动力煤、化工用煤与冶金用煤预排矸，对分选精度要求都不苛刻，关键是可否提高综合经济效益或降低成本的幅度。
4.3 干法选煤需准确分工定位
(1)块煤智能干法选煤粒度范围。块煤智能干法选煤按个体“颗粒”检测物块区分煤与矸石，而传统跳汰、重介与复合干法选煤、空气重介流化床等工艺都是基于阿基米德原理以及煤泥浮选基于煤粒表面疏水性原理，通过密度或表面性质差异按“粒群”分选。块煤智能干法选煤对物料准确识别的前提是单层平铺，随着粒度变小，系统处理能力大幅降低[6]，即使通过提高带速和增加击打频次抑制选煤能力下降，但设备操作机构增多，制造成本和运行故障率等会相应增加。建议块煤智能干法选煤定位于替代传统人工手选与块煤排矸，分选粒度下限定在50 mm和80 mm，上限定在150～300 mm。
(2)锁定目标“易干则干、易湿则湿”“干湿结合、取长补短”。结合煤种、煤质特点，明确既定目标，本着满足用户需要降低投入与运营成本的原则，科学论证选取工艺。建议块煤智能干法选煤降低投资门槛定位并替代传统人工手选，应用于煤矿井下排矸；动力、化工用煤优选复合干法选煤工艺；水分较低、易选和极易选的冶金用煤，优先经过干法选煤试验判断能否达到产品质量要求；高灰冶金用煤分选无论是老厂改造，还是新建选煤厂，均建议考虑干湿结合，首先采用干法选煤预排矸，提高湿法选煤系统入选原煤质量和小时处理能力，减少煤泥量并改善其可浮性，减轻设备磨损、降低投资规模与加工成本，从而实现高效、低碳选煤。
4.4 配套装置水平需提升
干法选煤工艺的广泛推广在不同程度上均受到矿井原煤水分和环保制约，建议相关选煤设备制造商一是紧盯核心业务研发，广泛吸取国内外先进干燥技术，对水分偏高的原煤预干燥；二是与国内外先进煤尘、噪音治理厂商合作，进一步提高煤尘排放标准和噪声治理力度，增强适应性；三是加大空气重介选煤技术的研发与推广。
4.5 项目设计有待规范
在干法选煤项目实施过程中，因系统简单、投资少，往往缺少详细设计方案和规范设计图纸，没有严格按照地面生产场所配套消防、安全防护和环保、设备安装检修起重等方面设计，一定程度制约干法选煤在项目程序要求严格的大型国有企业广泛推广[13]。建议选煤设计单位发挥系统与规范设计长处与干法选煤相关厂家合作，优势互补，主动参与项目规范设计，按照建设程序正常开展工作。
4.6 提高项目前期与售后服务工作质量
(1)项目实施前，按国标要求采取煤样做干法分选与筛分浮沉试验，结合煤种、煤质特点，合理确定产品定位，科学选定分选设备与操作参数，确保项目实施效果，以便开展技术经济可行性论证，为项目按程序实施提供支撑。
(2)设备厂商务必重视设备操作维护与管理人员岗前培训以及售前和售后服务，指导建立科学的使用管理、检修和保养机制，同时通过回访用户收集干法选煤系统存在的问题(如风管、除尘器堵塞)并及时研究解决，提升技术水平与提高用户满意度。
4.7 提高设备可靠性、自动化程度和监测监控配置水平
随着煤矿智能化建设与选煤智能化的快速发展，干法选煤设备应进一步提高生产系统的可靠性、自动化和智能化水平，减少维护和检修工作量；采用可靠、精确仪器仪表监测和监控生产过程，实现适应原煤质量变化和产品质量调整变化的自动化和智能化调节。
5 结语
基于我国能源结构特点，煤炭作为主体能源短时间不会改变，但煤炭消费行业亟待转型发展。随着“双碳”目标实施推进，减碳必要性日益增强，煤炭清洁高效利用的重要性更加凸显。选煤加工是清洁高效利用的基础和源头，其自身也应低碳发展。干法选煤具备高效低碳、适用范围广等诸多优势[14]。随着从业人员对干法先煤认识的不断提高，干法选煤技术、装备水平的不断提升，以及干法选煤工艺配套和设计标准和适应性等持续规范，干法选煤的普遍应用必将为我国“双碳”目标实现做出积极贡献。
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Research on the necessity and countermeasures of promoting dry coal preparation in China under the background of carbon peak and carbon neutrality
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ZHANG Zhenhong.Research on the necessity and countermeasures of promoting dry coal preparation in China under the background of carbon peak and carbon neutrality[J].China Coal，2023，49(9)：23-27.DOI：10.19880/j.cnki.ccm.2023.09.004
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