李凌月，徐 波，苏靖程，薛方明

(华电电力科学研究院有限公司北京分院，北京 100070)

中速磨产生的石子煤具有灰分高、发热量低、温度高、硬度大、含硫高等特点，难以进行有效处理；部分电厂采用特制的制粉系统来粉碎石子煤，然后和优质煤粉进行掺烧发电，不过特制的制粉系统需要高昂的投资及运行、管理费用，并且和优质煤粉进行掺烧，需相应提高优质煤粉的质量等级，因此这种选择并不合适。另外，由于石子煤易与空气发生氧化放热反应，堆存时易自燃，造成环境污染，并带来了一定的安全隐患。石子煤中仍含有一定的优质煤炭资源，以较低的价格外售，不仅对资源造成浪费，更对企业的经济效益造成巨大损失。

目前，国内外尚未见其他研究机构或院所有针对石子煤分选的报道；更多的学者一直侧重研究石子煤的排放及输送方式[1-3]上，部分国内外学者如Vuthaluru、Chatzilamprou、朱宪然等对磨煤机内部流场特性进行了深入的模拟研究[4-7]。中国华电煤炭清洁利用技术研发中心首次提出了石子煤高效分离回收技术，设计了一套适合电厂实际的石子煤高效分离回收系统，对石子煤进行分选，排出其中的矸石，从而获得符合电厂入炉煤指标的煤炭资源，并在内蒙古华伊卓资热电有限公司完成了工程示范；示范期间，开展了石子煤高效分离回收系统的性能试验，并对试验结果进行了讨论和分析，以期为该技术在国内外燃煤电厂的继续推广提供基础数据。

1 试验系统

石子煤高效分离回收系统包括喷水降温系统、石子煤上料系统、筛分系统、矿物高效分离装置、除尘系统、产品输送系统和控制系统等，系统示意图如图1所示；喷水降温系统包括石子煤接料斗及喷水装置；上料系统包括受煤斗及给料机；筛分系统包括处理量为20t/h、筛孔为6mm的筛分设备，设备上方安置除尘罩；产品输送系统包括原石子煤皮带、末煤皮带、上煤皮带、矸石皮带、中煤皮带、中煤转载皮带、精煤皮带各一条；控制系统包括PLC控制柜和运行监控系统。

中速磨产生的石子煤首先经过喷水降温处理，避免石子煤温度过高产生自燃并影响后续处理环节；降温处理后的石子煤经过6mm筛孔振动筛进行筛分，筛除影响分选效果的<6mm末煤；筛上物进入石子煤高效分离回收设备进行干法分选，分选环节增置中煤再选工艺，有效提高了分选精度，不同密度石子煤在分离床上进行阶梯式旋转运动，在每个阶梯区间进行多次重复分离，最终实现高低密度物的高效分选；筛分及分选系统配有除尘装置，减少粉尘污染，保护环境。选用可能性偏差Ep、不完善度作I、数量效率、精煤产率、精煤硫分、精煤灰分作为试验分选效果的评价指标。

1-受煤料仓；2-原石子煤皮带机；3-振动筛；4-末煤皮带机；5-上煤皮带机；6-石子煤高效分离回收装置；7-除尘系统； 8-煤粉料斗；9-矸石皮带；10-中煤皮带 ；11-中煤转载皮带；12-精煤皮带

2 石子煤高效分离回收技术理论依据

2.1 技术原理

燃煤电厂石子煤高效分离回收技术是一种专门针对燃煤电厂石子煤研发设计的高效分离系统，该系统可对高密度矿物含量较多的难分离物料进行高效分离，不仅能对石子煤进行有效分选，还可用于煤炭干法分选等领域。

图2 石子煤高效分离回收装置示意图

石子煤高效分离回收装置示意图见图2，物料在分选床横断面上运动的示意图见图3。

图3 物料在分选床横断面上运动的示意图

入选石子煤给入具有一定纵向、横向倾角的分选床，分选床在振动器的带动下振动，使底层石子煤向背板方向运动，而床层表面的煤因受重力作用会沿床层表面下滑；在不断给入的石子煤物料压力以及振动作用下，使得底层物料形成螺旋运动向矸石端移动；这样，低密度物料会沿床层表面不断下滑，并通过排料挡板排出，高密度物料则运动至到矸石端排出。分选床的床面上会安有格条，从而对底层物料的运动起导向作用，有利于整个床层物料呈有规律的螺旋运动。

2.2 矿粒的受力分析

矿粒在分选床横断面上的受力情况见图4，可以看出物料在自身重力 以及振动惯性力 、 颗粒物料所受的摩擦力 以及风力 的综合作用下，沿振动方向角 进行有规律的循环运动[8]，最终实现石子煤中优质煤炭资源和煤矸石的高效分离。

其中，床层底部物料向x正方向的运动方程如下：

(1)

式中：m为颗粒物料的质量； V为颗粒物料的速度；S为振动惯性力； G为颗粒物料的重力； F为颗粒物料所受的摩擦力；δ 为振动方向角，即床体振动方向与床体底平面的夹角； α为分选床面的横向倾角； W为风力； f为颗粒物料的动摩擦系数； κ为分选机床体振动的角频率； λ为分选机床体振动的振幅； o为分选床振动源的振动相位角； d为颗粒物料的当量直径； ρs为颗粒物料的密度； ρ为气体介质(即空气)的密度；j为阻力系数，它是雷诺数的函数； V风为风速。

床层上部物料向x反方向的运动方程如下：

(2)

式中： T为上部颗粒物料所受的床体背板的反推力， κ1为修正系数。

3 石子煤高效分离回收技术现场性能试验

3.1 石子煤的煤质特性分析

卓资电厂入炉煤热值要求大于4000大卡，粒径≤50mm,因此需要对石子煤样的煤质特性进行分析，考察该技术的可行性。

对磨煤机石子煤进行了筛分试验(筛孔尺寸为6mm)，得到了筛上物(>6mm)及筛下物(<6mm)煤样的产率，并对原石子煤、筛上物(>6mm)煤样、筛下物(<6mm)煤样的灰分、硫分、发热量进行了测试，试验结果如表1所示。

表1 磨煤机石子煤筛分试验

由表5可以看出，石子煤原样灰分62.78%，硫分9.63%，低位发热量1581 大卡，硫分及灰分极高，并且具有一定的发热量；<6mm煤样的产率为41.36%。

3.1.2 >6mm石子煤浮沉试验

对卓资>6mm石子煤进行浮沉试验，并对试验后各密度级煤样进行灰分测试，试验结果如表2所示。

由表2可知，石子煤样随着密度级的增加，灰分逐步增大；<2.0 g/cm3煤样产率可达到29.82%，且灰分较低，为27.55%；而>2.0g/cm3煤样的产率很大，为70.18%，且灰分高达78.59%，明显高于<2.0 g/cm3煤样，因此可以知道，将>2.0g/cm3矸石除去后，可大幅提高>6mm石子煤样的发热量，降低石子煤样的灰分。

表2 磨煤机石子煤>6mm粒级浮沉试验

表2(续)

3.2 石子煤高效分离回收系统性能试验分选效果研究

采用石子煤高效分离回收系统对卓资电厂石子煤进行了分选性能试验，并对选后的精煤及矸石产品进行了产率计算及浮沉试验，试验结果见表3。

通过精煤浮沉组成、矸石浮沉组成、精煤产率和矸石产率计算了分配率，并绘制了分配曲线，见图5，从而得到Ep值、分选密度和I值。

表3 石子煤分选性能试验产品的密度分析

通过精煤浮沉组成、矸石浮沉组成、精煤产率和矸石产率计算了分配率，并绘制了分配曲线，见图5，从而得到Ep值、分选密度和I值。

图5 石子煤样分配曲线

由图5可得出：d75=2.048 g/cm3；d25=1.753 g/cm3；d50=1.990 g/cm3。

可求得：

图6 石子煤样>6mm粒级可选性曲线图

根据石子煤样>6mm粒级浮沉试验结果，可绘制可选性曲线，如图6所示。根据可选性曲线，可得出：精煤灰分为36.53%时的理论精煤产率(γp)为36.30%。

计算实际精煤产率(γt)为34.62%，可得出数量效率：

石子煤高效分离回收系统技术指标见表4，通过性能试验结果可知，石子煤高效分离回收系统设计合理，运行稳定，分选性能及效果良好，实现了电厂磨煤机石子煤的高效分离利用。

表4 石子煤高效分离回收系统技术指标

4 结论

(1)通过分析实验室筛分、浮沉试验结果可知，卓资电厂石子煤样>6mm粒级可以按密度进行高效分选。

(2)首次提出燃煤电厂石子煤高效分离回收技术，对石子煤喷水降温、筛分、分选工艺进行了优化集成，并在卓资电厂进行示范应用，并开展了石子煤高效分离回收系统性能试验；试验结果表明，该系统设计合理，运行稳定，可对石子煤进行有效分选，Ep值达到0.148g/cm3，I值为0.074，精煤产率为16.19%，热值为4067大卡，满足电厂入炉煤质要求，实现了电厂磨煤机石子煤的高效分离利用。

(3)石子煤高效分离回收系统的应用有效解决了石子煤综合利用难的问题，降低了石子煤堆放时存在的安全隐患，减少了环境污染，同时回收了优质煤炭资源，符合国家节能减排的大方向，具有广阔的发展应用前景和明显的社会经济效益。