美国选煤工业最重要的发展趋势之一是许多旧选煤公司的转让,这些选煤公司由美国新选煤厂进行具体的设计和建设。留下来的这些公司仅仅是其原始公司的灵魂。
几十年来困扰选煤工业的两个主要技术问题为细粒煤洗选和细粒煤脱水,目前仍是我们面临的问题。另一个困扰选煤工业的技术问题是不能实现细粒煤的精确分级。
1 绪言
选煤仍然是煤炭工业的重要组成部分。根据《煤时代》1995年对选煤厂的调查,美国拥有346座选煤厂,其中77%位于阿巴拉契亚煤田,16%位于伊利诺斯煤田。西弗吉尼亚拥有选煤厂的数量最多,达89座,其次为宾夕法尼亚州为71座,肯塔基州为68座。
选煤厂的平均处理能力为687t/h。只有9座选煤厂处理能力超过2 000t/h。72%选煤厂的处理能力低于1 000t/h,而25%选煤厂的处理能力大于1 000t/h。固本公司伯里选煤厂的处理能力最大,达3 700t/h。
动力煤选煤厂占全国选煤厂总数的60%,而12%的选煤厂仅处理高阶煤。其余48%的选煤厂处理两种煤。65%的选煤厂采用重介分选工艺,其余选煤厂采用水介质系统。约有14%的选煤厂采用摇床。细粒煤回收流程正越来越多地采用螺旋分选机,而且重介旋流器的分选下限不断下降。美国选煤工业最重要的发展趋势之一是许多旧选煤公司的转让,这些选煤公司由美国新选煤厂进行具体的设计和建设。留下来的这些公司仅仅是其原始公司的灵魂。这些旧公司包括艾伦、加西亚、阿瑟麦克ICEE和丹尼尔等公司。随着选煤公司规模迅速减小,多年来这些公司处理大量选煤厂小问题的技术诀窍正在失传。重要的选煤厂设计知识可通过雇佣分散在选煤业各处的关键人士,大部分为咨询专家来获得。尽管他们的知名度在慢慢下降,但他们未能得到补充。
2 波德河盆地选煤能力扩大的效应
这些选煤建设和工程公司消失的主要原因是在波德河盆地(PBR)的竞争态势。PBR的大规模煤炭生产是影响当今美国煤炭工业的单一的最重要的因素。对于PBR选煤能力扩大的影响,可以作出下列一些评价。
(1)PRB煤炭成本构成正影响着美国各地的煤炭成本。该成本结构确立了美国选煤厂所能承受的最大成本。简而言之,按热值计价的PRB煤炭的交货价格包含的采煤成本低、期望的利润少,从而为选煤厂运行成本留下余地;
(2)PRB煤炭价格构成通过设置很高的经济进入障碍来控制美国新矿的建设;
(3)到2000年,当洁净大气法第二阶段开始实施时,没有生产符合环保要求的煤炭能力的煤矿和选煤厂将失去宝贵的长期合同。这种现象被称为管理性合同失效(PCI)现象。简单而言,失去长期合同的选煤厂和煤矿将不能参与现货市场的竞争,从而将被迫关闭;
(4)由于规模经济因素,传统的东部和中西部煤田的煤矿无法与PRB煤矿竞争。其结果是许多小型选煤厂和煤矿将被迫关闭;
(5)东部和中西部的选煤业不在同一基础上竞争。它们必须通过提高产量减少类似于PRB煤矿的固定成本,来提高竞争力;
(6)美国新建选煤厂将是大型的,其处理能力超过2 000t/h而且赢利能力极强。
美国煤炭产量的增加主要集中在怀俄明州,这仅需要物料处理工程。而且由于东部煤
田受到经济上的压力,其煤炭增产主要通过现有设施的扩建来实现。为此,组建人员广泛的大型选煤建设和工程公司来承担交钥匙工程也成为过去,并让位于小型、收费低的公司。
3 竞争带来的变化
为了适应激烈的竞争环境,禁止许多选煤厂在星期日运行的非生产工作规定已被取消。而且,二班生产一班检修以及周未停止生产(维修除外)的工作制度已被一些选煤厂改变。例如克尔麦奇公司的格拉蒂亚选煤厂。该选煤厂1983年投产,现在以每周17个工班代替过去的每周10班。对于一座1 000t/h处理能力的选煤厂,新制度意味着每周产量增加56000t。在同样的基建投资前提下可将煤炭产量提高70%。
选煤工业出现的第二个重要趋势是联邦政府的作用。用于煤炭工业,尤其是选煤部分的研究开发资助传统上已被社会化。随着矿业局的关闭,有关选煤厂方面的研究开发项目已经停止。在最近5年里,由能源部控制的选煤工艺研究开发资助已逐年减少,每年稳定在500万美元。
美国选煤工业已出现的第三种趋势是在美国的大学中不再招收矿物加工及相关专业的本科生,以及大量失去在专业协会中的注册。
4 技术问题
几十年来困扰选煤工业的两个主要技术问题为细粒煤洗选和细粒煤脱水,目前仍是我们面临的问题。另一个困扰选煤工业的技术问题是不能实现细粒煤的精确分级。例如,对细粒原煤进行100网目分级,为了得到所分级的煤,分级点必须为200网目,而且细粒重物被夹带入大颗粒轻物中。
至于细粒煤分选,在80年代和90年代初已开发出一些值得注意的工艺,目前正被商业化应用或被商业化推广。这些工艺包括:浮选柱浮选、重力分选机、障碍床分级机和先进的重介旋流工艺。
柱浮选能有效地去除灰分,其分选效果优于传统的泡沫浮选系统。然而,该工艺也碰到常规浮选所遇到的困难,它不能选择性地去除黄铁矿。6套左右的柱浮选系统平行测试的结果表明,所有浮选柱单元在精煤质量和回收率方面性能相同。因此,购买新浮选柱系统的决定因素仅为经济因素。
作为研究开发资助的实例,80年代初,由能源部资助和弗吉尼亚大学开发的微室浮选柱在世界各地煤炭和矿物的商业应用方面取得巨大成功。
自从柱浮选机出现以来,人们对传统泡沫浮选机的关注在减少。然而,安装的大多数泡沫浮选机是常规浮选机,操作人员需要采取措施来改善浮选机性能,从而满足更严格的煤炭产品规格而不需要大的柱浮选机投资。改良型药剂肯定能在浮选性能中发挥重要作用,然而,浮选机结构和操作的改善应加以研究。能应用于现有浮选流程的简单改变或改造需要进行检验。应注意泡沫溅洒问题。泡沫深度,是浮选机排除成灰和含硫矿物的重要参数,因此也应加以研究。
由于有黄铁矿选择性问题,涉足浮选柱的许多研究人员已经将重力分选机作为去除黄铁矿的一种手段。一些公司目前在检验重力分选机是否能实现工业应用。同样地,一些公司出于工业应用目的来试验障碍床分级机。障碍床分级机正被考虑用来代替一些细粒煤分选流程中所用螺旋分选机,因为这种分级机处理能力大,细粒去除性能好。用障碍床分级机去除细粒可提高重介旋流器流程的处理能力。
这种新型的重介旋流系统已日益受到关注,然而,缺乏高效低成本脱水技术已经阻碍了这种系统以及上述细粒煤分选方法的成功应用。
为了克服这一缺点,能源部为正在研究的新型脱水工艺提供资助。初步的实验结果表明本工艺具有较大的脱水能力。多年来,将油团聚工艺用于脱水已受到大量关注,并获得一些成功。