煤炭分選在潔凈煤技術(shù)中的重要性及發(fā)展

煤炭分選在潔凈煤技術(shù)中的重要性及發(fā)展摘要：本文闡述了煤炭及潔凈煤技術(shù)在能源系統(tǒng)中的地位。通過分析現(xiàn)實(shí)情況，從能源發(fā)展和保護(hù)環(huán)境角度說明了煤炭分選在煤炭潔凈過程中的適用性和重要性，并展望了煤炭分選技術(shù)的未來發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：潔凈煤技術(shù)；環(huán)境保護(hù)；煤炭分選1、刖言隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，煤炭的需求量激增，而出現(xiàn)的世界性能源危機(jī)，更讓我國(guó)認(rèn)識(shí)到加強(qiáng)煤炭的基礎(chǔ)能源地位的必要性。能源的發(fā)展，能源與環(huán)境逐漸成為一個(gè)突出的問題，領(lǐng)導(dǎo)和本行業(yè)全體同仁一直在為解決這個(gè)問題而努力。發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)是國(guó)情的需要、時(shí)代的選擇，而最成熟可靠、最具經(jīng)濟(jì)效益的分選技術(shù)是最值得發(fā)展的。我國(guó)本身就是一個(gè)富煤少油的國(guó)家，在一次能源消費(fèi)中，煤炭占70.6%，石油占18.6%，天然氣占3.7%，我國(guó)以煤為主的能源結(jié)構(gòu)在未來相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)難以改變。據(jù)中國(guó)煤炭產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)指出09年我國(guó)煤炭產(chǎn)量為30.5億噸，而中國(guó)的消費(fèi)總量為31.3億噸，凈進(jìn)口1.03億噸。這些數(shù)據(jù)表明了要把煤炭變?yōu)闈崈裟茉词菍?duì)高碳能源低碳化利用、低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及環(huán)境保護(hù)最大的貢獻(xiàn)，在沒有找到可持續(xù)替代能源之前，發(fā)展清潔煤技術(shù)是減少二氧化碳排放最現(xiàn)實(shí)有效的途徑。見表1。1986年美國(guó)率先推出“潔凈煤技術(shù)示范計(jì)劃”，主要包含四個(gè)方面：（1）先進(jìn)的燃煤發(fā)電技術(shù)（整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，流化床燃燒，改進(jìn)燃燒和直接燃煤熱機(jī)）；（2）環(huán)境保護(hù)設(shè)備（NOx與SOx控制）；（3）煤炭加工成潔凈能源技術(shù)（分選、溫和氣化、液化）；（4）工業(yè)應(yīng)用（煉鐵、水泥及其他行業(yè)控制硫、氮、灰塵排放和煙氣回收洗滌等）。1995年國(guó)務(wù)院組織制定了《中國(guó)潔凈煤技術(shù)"九五"計(jì)劃和2010年發(fā)展綱要》，中國(guó)潔凈煤技術(shù)計(jì)劃框架涉及四個(gè)領(lǐng)域（煤炭加工、煤炭高效潔凈燃燒、煤炭轉(zhuǎn)化、污染排放控制與廢棄物處理），包括十四項(xiàng)技術(shù)，即：煤炭分選、型煤、水煤漿；循環(huán)流化床發(fā)電技術(shù)、增壓流化床發(fā)電技術(shù)、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)；煤炭氣化、煤炭液化、燃料電池；煙氣凈化、電廠粉煤灰綜合利用、煤層甲烷的開發(fā)利用、煤矸石和煤泥水的綜合利用、工業(yè)鍋爐和窯爐。煤炭分選技術(shù)作為源頭技術(shù)，可以脫除煤中50%-80%的灰分和30%-60%的黃鐵礦硫，同時(shí)有效地提高煤炭的熱值，改善燃煤效果，提高運(yùn)輸效率。潔凈煤技術(shù)是煤炭在開發(fā)和利用過程中旨在減少污染與提高利用效率的加工、燃燒、轉(zhuǎn)化及污染控制等技術(shù)，是一項(xiàng)系統(tǒng)的技術(shù)集成。隨著“后哥本哈根時(shí)代”的來臨以及全球?qū)夂蜃兓娜找骊P(guān)注，潔凈煤技術(shù)注定將被賦予新的內(nèi)涵，面臨著前所未有的發(fā)展機(jī)遇。實(shí)施潔凈煤技術(shù)是中國(guó)未來能源戰(zhàn)略的選擇，它將主要解決三個(gè)方面的問題：一是減少煤炭燃燒和利用中產(chǎn)生的污染物；二是降低石油對(duì)外依存度；三是提高煤炭燃燒和利用效率。[3]2、煤炭分選加工的重要性煤炭的分選加工就是利用煤和雜質(zhì)（矸石）的物理、化學(xué)性質(zhì)的差異，通過物理、化學(xué)或微生物分選的方法使煤和雜質(zhì)有效分離，并加工成質(zhì)量均勻、用途不同的煤炭產(chǎn)品的一種加工技術(shù)。2.1分選方法的分類按是否用水分為濕法選煤和干法選煤，選煤過程在水、重液或懸浮液中進(jìn)行的，稱為濕法選煤。選煤過程在空氣中進(jìn)行的，稱為干法選煤。干法選煤因?yàn)榭梢源蟠蠊?jié)省水資源，減輕鐵路運(yùn)輸，水資源缺乏和鐵路運(yùn)力不足已成為制約我國(guó)煤炭工業(yè)發(fā)展的兩大因素。干法選煤是解決這個(gè)矛盾的重要方法，因而受到國(guó)家有關(guān)部門的高度重視，也是一項(xiàng)全世界需要共同研究的課題。按按選煤方法的不同，可分為物理選煤、物理化學(xué)選煤、化學(xué)選煤及微生物選煤等。2.2分選工藝分選是一個(gè)連續(xù)過程，因?yàn)槊嘿|(zhì)的變化，也是個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，大體上分為入料的預(yù)處理、分選、脫介脫水三個(gè)環(huán)節(jié)。根據(jù)入料的性質(zhì)以及對(duì)產(chǎn)品的要求不同，分選工藝會(huì)有所變化。煉焦煤選煤廠的工藝流程較為復(fù)雜，一般情況采用重介-浮選或重介-跳汰-浮選及跳汰-中煤重介-浮選工藝流程。動(dòng)力煤選煤廠一般采用較為簡(jiǎn)單的工藝流程（重介選或跳汰選排矸工藝），原煤入選上限粒度為100（300）mm,下限粒度為25（13或6）mm。[4]跳汰選煤在我國(guó)運(yùn)用歷史比較悠久，已有70余年，是主要的煤炭分選工藝。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年入選原煤中，約50%以上采用跳汰分選工藝，而我國(guó)60%以上的精煤來自跳汰選煤。[5]重介質(zhì)分選是當(dāng)下最流行的選煤方法，發(fā)展迅速，分選效率高，適應(yīng)性強(qiáng)，分選粒度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)讓它的應(yīng)用超過了跳汰法。將1982年和2006年兩者應(yīng)用的分量做一個(gè)對(duì)比，見表2。[6]浮選作為一種主要的細(xì)粒煤分選方法，目的在于降低煤中礦物質(zhì)的含量，也提高了熱力煤的熱值和冶金煤的活性組分/惰性組分之比值。[7]2.3在潔凈煤技術(shù)中的作用國(guó)家要求我們要更加注重加強(qiáng)節(jié)能環(huán)保，為了清潔并高效利用煤炭，必須發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)，作為潔凈煤技術(shù)的基礎(chǔ)一一煤炭分選使其后期利用即節(jié)能又環(huán)保，從某種程度上講，煤炭質(zhì)量反映了這一貢獻(xiàn)的力度。2.3.1提高煤炭質(zhì)量，減少燃煤污染物排放煤炭分選可脫除煤中50%-80%的灰分、30%-40%的全硫（或60%-80%的無機(jī)硫），燃用分選煤可有效減少煙塵、SO2和NOx的排放。中國(guó)工程院2001年《先進(jìn)能源技術(shù)咨詢研究報(bào)告》的數(shù)據(jù)表明：我國(guó)SO2和CO2排放量的85%、煙塵的70%和NOx的60%均來自燃煤。各大城市環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，造成城市大氣污染的主要原因之一是工業(yè)與民用直接燃煤排放的SO2和粉塵。SO2的超標(biāo)是產(chǎn)生酸雨的主要原因，粉塵是煤煙型污染的主要來源。見表3。[8]以山西省為例，山西省能源結(jié)構(gòu)以煤為主，煤中硫含量高，且多數(shù)無脫硫裝置，致使煤炭質(zhì)量極低，燃燒后排硫量大，為酸雨前體物提供了重要來源。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示太原市2007年只有3各月的降水水的pH值＞5.6，為非酸雨期。[9]2.3.2提高煤炭利用效率，節(jié)約能源無論是動(dòng)力煤還是煉焦煤，煤炭質(zhì)量提高將顯著提高煤炭利用效率。一些研究表明：煉焦煤的灰分降低1%，煉鐵的焦炭耗量降低2.66%，煉鐵高爐的利用系數(shù)可提高3.99%；發(fā)電用煤灰分每增加1%，發(fā)熱量下降200J/g-360J/g，1kW?h電的標(biāo)準(zhǔn)煤耗增加2g-5g。多年來，我國(guó)商品煤灰分在23%-24%高位徘徊，而大量使用煤炭的火電廠燃煤灰分高達(dá)28%-29%（近年降至26%）?；曳衷黾恿瞬粌H產(chǎn)生更多的粉塵，也使其熱值降低。某局通過對(duì)三年以來出口煤炭的實(shí)際操作情況來統(tǒng)計(jì)分析灰分與熱值關(guān)系見表4。[10]煤質(zhì)改善對(duì)電站生產(chǎn)能力、開工率與效率均有提高。降低了設(shè)備的磨損和煙氣凈化能力的要求，降低發(fā)電成本。原料煤灰分降低1%，電站總開工率提高1.2%。2.3.3優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)能力發(fā)展煤炭分選有利于煤炭產(chǎn)品由單結(jié)構(gòu)、低質(zhì)量向多品種、高質(zhì)量轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)化。若不發(fā)展選煤便無法滿足市場(chǎng)要求，也不利于選煤廠實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)最大化。表5[13]顯示了某洗煤廠不同產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的原煤入選比例數(shù)據(jù)。2.3.4減少運(yùn)力浪費(fèi)由于我國(guó)的產(chǎn)煤區(qū)多偏西部，煤炭的運(yùn)量大，運(yùn)距長(zhǎng)，煤炭經(jīng)過分選，可去除大量雜質(zhì)。根據(jù)鐵道部歷年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示（見表6）,鐵道貨運(yùn)主要就是運(yùn)輸煤炭，洗選加工技術(shù)為選煤廠減少了運(yùn)費(fèi)，為鐵道部貨運(yùn)減輕了壓力。諸多的潔凈煤技術(shù)都以優(yōu)質(zhì)煤為原料，其源頭都要在于選煤，各種下游作業(yè)都需要優(yōu)質(zhì)煤炭的支持，所以說潔凈煤技術(shù)的源頭在于煤炭質(zhì)量。［11］所以國(guó)家相關(guān)政策法規(guī)規(guī)定從事煤炭批發(fā)經(jīng)營(yíng)，必須獨(dú)立配備煤炭計(jì)量和質(zhì)量檢驗(yàn)設(shè)施，配備經(jīng)培訓(xùn)合格取得上崗資格證書的計(jì)量和質(zhì)量檢驗(yàn)專業(yè)技術(shù)人員。3、 煤炭分選技術(shù)的發(fā)展全國(guó)原煤產(chǎn)量由2002年的14.15億噸增加到2007年的25.23億噸，增長(zhǎng)了78.3%；2009年，全國(guó)原煤產(chǎn)量完成29.6億噸，同比增長(zhǎng)12.7%。國(guó)家的發(fā)展需要大量的能源，而大部分能源來自煤炭，煤炭的產(chǎn)量大幅提高就需要更大的廠以及更先進(jìn)的分選技術(shù)給予處理。針對(duì)目前煤炭分選領(lǐng)域存在的問題，在設(shè)備、工藝、技術(shù)等方面需要從以下三方向發(fā)展。3.1設(shè)備的大型化產(chǎn)量增加后就要求選煤廠處理能力擴(kuò)大，在新廠建設(shè)和老廠擴(kuò)能升級(jí)改造過程中，設(shè)備的大型化問題是直接關(guān)系到升級(jí)能否成功的主要因素。其次，設(shè)備的大型化還能降低建廠、加工成本。［16］3.2低品質(zhì)煤的分選加工利用煤炭是屬于一次能源，不可再生，在逐日的開采利用過后，它的總量在減少。另一方面，每個(gè)礦在開采的過程中，并不一定采掘的完全干凈，在以后再次開采時(shí)，煤質(zhì)就大幅度的降低了。對(duì)于這種低品質(zhì)煤的分選加工是需要所有人共同面對(duì)的。3.3干法分選技術(shù)針對(duì)世界性缺水的特點(diǎn)，積極開發(fā)運(yùn)用干法選煤技術(shù)，擴(kuò)大選煤技術(shù)覆蓋面。從中國(guó)煤田地質(zhì)總局組織完成的第三次全國(guó)煤田預(yù)測(cè)資料上看，煤炭探明地質(zhì)儲(chǔ)量全國(guó)前七名（山西、內(nèi)蒙、新疆、陜西、貴州、寧夏、甘肅）均為缺水地區(qū)。干法分選還不產(chǎn)生廢水污染的問題，減少了工藝環(huán)節(jié)，節(jié)約選煤廢水治理的費(fèi)用。4、 結(jié)語(yǔ)選煤技術(shù)作為潔凈煤技術(shù)的首要環(huán)節(jié)，為潔凈煤利用提供了前提和保障，具有無可比擬的重要性，加大選煤技術(shù)的研究深度和新技術(shù)的開發(fā)力度是選煤行業(yè)人員的責(zé)任，也是對(duì)全國(guó)乃至全世界人民的貢獻(xiàn)。國(guó)家能源局在2010年7月發(fā)布的《新興能源產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃》中，潔凈煤技術(shù)位列其中，這