編者按：本文由王新華、夏云凱發(fā)表在《煤炭加工與綜合利用》期刊上，原標題為“原煤水分對干選效果的影響”。本平臺選用時(shí)內容有刪減，配圖根據內容斟酌選取。在此，對文章作者表示感謝。

01不同種類(lèi)的原煤水分分布特點(diǎn)

煤中水分按存在形態(tài)分為游離水和結晶水。游離水是以物理狀態(tài)吸附在煤顆粒內部毛細管中，或附著(zhù)在煤顆粒表面的水分；結晶水是以化合物方式同煤中礦物質(zhì)結合的水。游離水在100～110℃下經(jīng)過(guò)1～2h可蒸發(fā)掉，而結晶水通常要在200℃以上才能分解析出。煤的游離水分又分為外在水分和內在水分。外在水分是附著(zhù)在煤顆粒表面的水分，很容易在常溫下的干燥空氣中蒸發(fā)。內在水分吸附在煤顆粒內部毛細孔中，需在100℃以上的溫度經(jīng)過(guò)一定時(shí)間才能蒸發(fā)。

當煤顆粒內部毛細孔內吸附的水分達到飽和狀態(tài)時(shí)，煤的內在水分達到高值，稱(chēng)為高內在水分。高內在水分與煤的孔隙度有關(guān)，而煤的孔隙度又與煤的煤化程度有關(guān)，所以高內在水分含量在相當程度上能表征煤的煤化程度，尤其能更好地區分低煤化程度煤。一般褐煤外水分大于15％，年輕褐煤的高內在水分多在25％以上，少數的如云南彌勒褐煤高內在水分達31％。高內在水分小于2％的煙煤，幾乎都是強粘性和高發(fā)熱量的肥煤和主焦煤。無(wú)煙煤的孔隙度高于煙煤，所以其高內在水分比煙煤有所增加。

濕法分選在降低精煤灰分的同時(shí)增加了精煤水分，灰水熱值效果相抵，水洗后精煤熱值提高不明顯，甚至下降。但值得注意的是，水分和灰分對精煤熱值的影響幅度因煤種而異。對低階煤來(lái)說(shuō)，水分對熱值的影響遠大于灰分對熱值的影響。下表中灰分和水分對無(wú)煙煤原煤熱值的影響幾乎相等，但對低階煤如長(cháng)焰煤或褐煤來(lái)說(shuō)，水分的影響遠遠超過(guò)灰分對熱值的影響。由于低階煤水分對熱值影響較大，因此分選低階煤時(shí)，在增加精煤熱值方面采用干選工藝比水洗工藝更具有優(yōu)勢。

02原煤外水對干選的影響

煤炭洗選工程設計規范（GB50539-2016）對干選機入料外水分的適宜值確定為小于7％，和實(shí)際生產(chǎn)數據偏離較大，該適宜值和煤炭品種密切相關(guān)。如陽(yáng)煤五礦小于13mm粒級無(wú)煙煤末煤的全水分小于5％，松散性良好，非常適宜干選。

臨礦集團榆樹(shù)井原煤為褐煤，全水分約為22％，內水分約為5％，外水分已經(jīng)接近17％，但實(shí)際生產(chǎn)中仍然可采用干法分選工藝。

轉龍灣礦原煤主要為長(cháng)焰煤，粘結性弱，主要作為動(dòng)力和化工用煤。該廠(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗表明，為保證干選效果，原煤外水分不超過(guò)10％時(shí)分選效果良好；當外水分超過(guò)11.5％時(shí)，分選效果惡化；當外水分為15％時(shí)，干選無(wú)法進(jìn)行（詳見(jiàn)下表）。因此干選機入料的外水分適宜值隨煤種變化而變化，原煤水分應該分為內水，孔隙內表外水和表外水。對孔隙度發(fā)達的煤種來(lái)說(shuō)，毛細孔中的水分對干選沒(méi)有影響，真正對干選造成干擾和影響的是煤炭顆粒表面的水分。

03矸石泥化對干選的影響

煤炭的泥化程度主要受矸石礦物組成、煤的變質(zhì)程度與含水量的影響。如煤矸石的礦物組成為層狀硅酸鹽礦物，這些礦物硬度都很小，易沿層間解理，造成矸石泥化。石英為架狀氧化礦物，硅、氧原子通過(guò)共價(jià)鍵連接，結構十分穩定，因此，若矸石中石英含量較大，則其泥化程度較弱。

對于易泥化煤，如果含水量較大，伴生矸石泥化后形成類(lèi)似粘結劑的作用，會(huì )導致煤炭顆粒之間粘連，影響干選效果。另外，在易泥化煤干燥時(shí)，過(guò)多水分還會(huì )使煤產(chǎn)生裂紋，導致碎裂發(fā)生。如河南郁山煤礦煤種為貧瘦煤，屬高硫動(dòng)力煤，煤層較薄，含有矸石夾層，開(kāi)采時(shí)帶有大量矸石且矸石易泥化，原煤低位發(fā)熱量為14.65～15.07MJ/Kg，全水分不足10％，硫分為3.3％。該煤水分雖然不高，但由于易泥化矸石原煤粘連嚴重，難以直接干選。

黑龍江省雙陽(yáng)礦原煤為1/3焦煤，塊煤矸石含量高且易泥化。該礦原煤顆粒外觀(guān)潮濕，泥團包裹煤塊，結團嚴重，易粘結。由于硅酸鹽質(zhì)的易泥化矸石存在，即使末原煤全水較低（7％），仍然難以直接干選。因此，原煤存在易泥化硅酸鹽矸石時(shí)，干選的適宜水分大幅下降。原煤水分對干選的影響，不但取決于外水大小，還取決于煤炭變質(zhì)程度和伴生矸石泥化性質(zhì)。

04干選前后煤炭產(chǎn)品水分的變化

干選過(guò)程中，一定數量的矸石被排除后，由于原煤中高密度矸石的水分一般較低，因而精煤產(chǎn)品水分相對原煤水分會(huì )有所增加。同時(shí)由于風(fēng)選過(guò)程中存在強烈空氣流和煤粒之間的對流現象，氣流會(huì )帶走一部分煤炭顆粒外在水分，所以煤炭分選前后水分總量也會(huì )有所下降。

以同煤集團色連一礦原煤分選后水分變化為例，原煤水分為22.88％，排矸量為7.83％，矸石水分較低。選后精煤水分達到23.87％，比原煤水分增加了0.99％，詳見(jiàn)下表。

05粒度對分選精煤產(chǎn)品水分的影響

濕法分選和干選工藝比較的一個(gè)重要參數是如何確定分選后精煤水分的變化值。按照煤炭洗選工程設計規范，濕法分選后大于13mm粒級塊煤脫水篩后產(chǎn)品外水分取值為8％～10％，13～0.5mm末煤離心機脫水后產(chǎn)品外水分取值為6％～8％。

統計不同末煤和煤泥離心機脫水后的精煤產(chǎn)品外水分取值經(jīng)驗數值如下圖所示。由圖中可見(jiàn)，粒度越細，精煤水分越高。當入料粒度大于5mm時(shí)，精煤脫水后外水分取值為2％～3％；入料粒度為1～5mm時(shí)，精煤脫水后外水分取值為4％～8％，入料粒度小于3mm時(shí)，精煤脫水后外水分取值8％～12％。

由此可見(jiàn)，一定粒度原煤水洗后的精煤水分取決于精煤粒度分布，平均粒度越細，洗后水分增加值越高。

我國傳統動(dòng)力煤選煤廠(chǎng)大多采用濕法分選工藝。許多長(cháng)焰煤和褐煤選煤廠(chǎng)采用了塊煤部分入洗或全粒級水洗工藝，帶來(lái)了精煤產(chǎn)品水分過(guò)高的問(wèn)題。如同煤集團色連一礦原煤為易泥化褐煤，可選性為易選。原選煤工藝設計為13mm粒級以上塊煤采用重介質(zhì)淺槽洗選，小于13mm粒級末煤不洗直接摻入產(chǎn)品銷(xiāo)售。此工藝分選過(guò)程中存在原煤水分大、粘性大，13mm粒級分級困難，進(jìn)入淺槽的煤泥量大，精煤水分增加，熱值提升不明顯，精煤產(chǎn)率下降的現象。色連一礦現采用分選工藝流程為大于25mm重介質(zhì)淺槽分選，小于25mm粒級末煤旁路不選，塊精煤破碎后混入末原煤作為混煤銷(xiāo)售。實(shí)際生產(chǎn)表明，采用此工藝流程后，塊精煤水分增加2％～3％，煤泥量增加約5％～10％。

生產(chǎn)實(shí)踐表明，水洗時(shí)，大于25mm粒級原煤由于矸石含量的波動(dòng)，全水分處在21.66％～23.69％范圍內。重介質(zhì)淺槽分選密度穩定，波動(dòng)小，產(chǎn)品不帶矸石，大于25mm粒級塊精煤基本為小于1.5g/cm3密度物，熱值18.83MJ/Kg左右。全年平均原煤熱值為16.06MJ/Kg，混煤平均熱值為17.50MJ/Kg。水洗后熱值提高約1.44MJ/Kg，灰分下降8.26％，硫分基本不變。

同期大于25mm粒級塊煤的干選試驗結果表明，干選精煤質(zhì)量較為穩定，大于25mm粒級干選精煤灰分接近重介質(zhì)淺槽，但干選精煤和濕法分選后的精煤水分存在較大差異，干選精煤水分在24.5％左右，低于水洗塊精煤水分（28％），雖然干選精煤灰分略高，但干選塊精煤熱值反而比重介質(zhì)精煤的熱值高。如將原煤破碎到小于80mm，干選后的精煤水分相對原煤增加1個(gè)百分點(diǎn)，熱值相對原煤提高2.74MJ/Kg。

調研發(fā)現，部分易泥化煤重介質(zhì)選煤廠(chǎng)產(chǎn)品質(zhì)量指標設計中，設計者對精煤產(chǎn)品水分的取值和實(shí)際生產(chǎn)數值有較大差異（見(jiàn)下表）。塊精煤和末精煤水分預測誤差分別在4％～8％和2％～8％范圍內，精煤水分設計值嚴重偏離實(shí)際生產(chǎn)數值。因此在分選孔隙發(fā)達、吸水性較強的長(cháng)焰煤和低階煤時(shí)，按照煤炭洗選工程設計規范中精煤脫水后產(chǎn)品外水參考值來(lái)取值，可能會(huì )給部分選煤廠(chǎng)設計帶來(lái)誤導。

對鄂爾多斯易泥化長(cháng)焰煤干選和濕法分選工藝進(jìn)行比對時(shí)，可參考下表取值。

06粘濕煤炭雙干分選

為解決水分大、矸石易泥化的粘濕煤難以直接干選的問(wèn)題，可采用雙干（干燥預處理去水＋干選排矸）工藝進(jìn)行分選提質(zhì)。該種方案是將振動(dòng)混流干燥設備與復合式干法分選機聯(lián)合裝配，協(xié)同作業(yè)，形成了煤炭雙干（干燥＋干選）提質(zhì)系統。振動(dòng)混流干燥設備適用于各種密度、粒度不均的混合物料干燥，主要采用低溫大風(fēng)量熱煙氣對粘濕物料進(jìn)行干燥處理。振動(dòng)混流干燥設備通過(guò)機械振動(dòng)將濕物料分散疏松，使氣流均勻通過(guò)多層干燥床面，提高了物料與氣流的接觸面積和接觸時(shí)間；主機中的振動(dòng)床可以多層布置，層高較低，大大提高了干燥器的容積產(chǎn)量。

河南郁山煤礦所產(chǎn)原煤為易泥化高灰、高硫煤，末煤含量大，其中小于6mm粒級含量占總產(chǎn)量的60％以上，水分小于10％，但原煤粘連嚴重，難以直接干選。采用雙干系統將水分去除2％～3％后，原煤松散，粘性消失，干選效果良好，選后原煤硫分從3.21％降至1.82％，發(fā)熱量由16.78ＭＪ／ｋｇ提升至18.70MJ/Kg。

07結論

干選技術(shù)的發(fā)展主要是為了解決動(dòng)力煤濕法難以分選或洗選效果不佳的問(wèn)題。在濕法分選和干選工藝比較論證過(guò)程中，必須對不同分選工藝的精煤水分做理論分析和準確估算，為選擇合理的分選工藝提供可靠的設計依據。