嵩山煤礦無煙煤加工提質方案的探討

陳國平，張振紅

(1.河南能源化工集團有限公司，河南 鄭州 450046；2.永城煤電控股集團有限公司，河南 永城 476600)

嵩山煤礦無煙煤加工提質方案的探討

陳國平1，張振紅2

(1.河南能源化工集團有限公司，河南 鄭州 450046；2.永城煤電控股集團有限公司，河南 永城 476600)

基于對嵩山煤礦原煤的粒度組成、密度組成、泥化特性等分析，根據煤炭市場形勢與國家政策確定產品定位，并結合細粒級篩分與干法選煤技術發展狀況，對該煤礦無煙煤加工提質方案進行探討，同時預測了相應加工提質方案下的經濟效益。

無煙煤；易泥化；高變質；加工提質

嵩山煤礦設計能力為0.60 Mt/a，實際核定生產能力為0.90 Mt/a，可采儲量為67.38 Mt，煤種為低灰、低磷、低硫、中高發熱量、易泥化的粉狀1號無煙煤。由于礦井地處頂板、底板、煤層三軟的偃龍煤田，煤炭質量難以有效控制，原煤發熱量常年在16.73～18.82 MJ/kg之間，時而影響產品的正常銷售。隨著國家空氣污染治理力度的加大，煤炭清潔利用成為大勢所趨，通過分選加工提高煤質，使產品適應市場需求已刻不容緩。鑒于該煤礦原煤煤質的特殊性，通過篩分、浮沉等試驗綜合分析其特性，根據市場形勢和國家政策確定產品定位，并結合細粒級篩分與干法選煤技術發展狀況探討有效的提質增效方案。

1 原煤煤質特征

1.1 粒度組成

嵩山煤礦原煤粒度組成如表1所示。由表1可知：>13 mm粒級產率僅為7.55%，灰分高達68.25%，<13 mm粒級灰分為38.27%；原生煤泥含量高達33.14%，灰分為27.14%，說明原煤易碎；隨著粒級的減小，各粒級灰分逐漸降低，且降幅很大，進一步說明原煤脆而易碎。

表1 原煤粒度組成

1.2 >0.5 mm粒級密度組成

>0.5 mm粒級密度組成如表2所示。由表2可知：<1.60 g/cm3密度級產率僅為4.08%，1.60～1.70、>2.00 g/cm3兩個密度級產率分別為33.48%、51.41%，且1.60～1.70 g/cm3密度級灰分高達10.38%，>2.00 g/cm3密度級灰分高達86.60%。如果通過分選將>2.00 g/cm3密度級高灰矸石排出， >0.5 mm粒級的精煤理論灰分為12.25%，理論產率為48.59%；浮沉煤泥產率高達27.07%、灰分為39.41%，說明原煤泥化現象非常嚴重，不但原煤易泥化，而且矸石也存在泥化現象。

表2 >0.5 mm粒級密度組成

1.3 <0.5 mm粒級原生煤泥特性

1.3.1 粒度與密度特性

原生煤泥的粒度與密度組成如表3、表4所示。由表3、表4可知：煤泥的主導粒級為0.5～0.25 mm和<0.045 mm兩個粒級，特別是<0.045 mm粒級，其產率高達37.18%；<1.70 g/cm3密度級的灰分為8.32%，占本級產率為30.44%，占全級的產率僅為10.09%。

表3 原生煤泥粒度組成

表4 原生煤泥密度組成

1.3.2 煤泥分步釋放浮選試驗

原生煤泥、浮沉煤泥分步釋放浮選試驗參照MT/T 144—1997《選煤實驗室分步釋放浮選試驗方法》進行，結果如表5、表6所示。由表5、表6可知：對于原生煤泥來說，要求浮選精煤灰分為10.66%時，精煤理論精煤產率為76.17%；對于浮沉煤泥來說，浮選精煤理論灰分為14.16%時，精煤理論產率僅為61.41%，相對來說浮沉煤泥更加難選。

表5 原生煤泥分步釋放浮選試驗結果

表6 浮沉煤泥分步釋放浮選試驗結果

1.4 原煤與矸石的泥化特性

為了進一步了解原煤和矸石的泥化特性，參照MT/T 109—1996《煤和矸石泥化試驗方法》進行泥化試驗，結果表7所示。

由表7可知：隨著翻轉時間的延長，<0.5 mm粒級的產率逐漸增大，當翻轉時間為20 min時該粒級產率大于20%，說明原煤易泥化。隨著翻轉時間的延長，<0.5 mm粒級的灰分逐漸增大，說明矸石存在泥化現象；不同翻轉時間時<0.045 mm粒級的灰分絕大部分在50%以上，其小于給料灰分，說明矸石更易泥化。

表7 煤與矸石泥化試驗結果

2 產品定位

根據國能煤炭[2014]571號《關于促進煤炭安全綠色開發和清潔高效利用的意見》，要提高我國煤炭產品質量和利用標準，大力發展煤炭洗選加工；到2020年，我國原煤入選率要在80%以上，實現應選盡選。國能煤炭[2015] 37號《關于促進煤炭工業科學發展的指導意見》指出，推進煤炭清潔高效利用，要嚴格執行《商品煤質量管理暫行辦法》，提高原煤入選率和商品煤質量[1]。河南省即將執行的《河南省商品煤質量管理辦法》要求，生產、加工、儲運等環節的商品煤質量要滿足：硫含量≤1.00%，發熱量≥18 MJ/kg，在中國境內遠距離運輸(大于600 km)的商品煤發熱量要大于20 MJ/kg。嵩山煤礦原煤質量不能滿足要求，加之煤炭行業整體不景氣，市場競爭激烈，通過加工提質來提高產品質量勢在必行。

該原煤變質程度高，可磨指數過高，采用管道輸送松散性較差，<0.045 mm粒級含量較高，且易泥化。以其洗選無煙噴吹煤沒有優勢[2-4]，且其揮發分低，二氧化碳反應性較弱，硅鋁比僅為1.44，作為化工用煤也不占優勢。但該原煤硫含量低，結合周邊企業對煤質的要求，原煤排矸后可作為化工用煤、發電原料或優質動力煤。

3 加工提質方案探討

3.1 選煤工藝選擇

嵩山煤礦原煤屬于密度最高的1號無煙煤，目前國內外除北京木城澗礦采用復振跳汰機分選塊煤外，尚未查到其他洗選此類煤的選煤廠。該原煤呈細粉狀，偶見塊狀(由粉煤自然壓縮而成)，手捻即成煤粉。>0.5 mm粒級含量為48.76%，采用末煤跳汰機分選難度極大，尚無成功先例。由于原生煤泥、浮沉煤泥含量分別為33.14%、18.10%，采用濕法分選時煤泥量將占原煤的1/2以上；另外，原煤易泥化，遇水后細泥很多，煤泥水處理成本高。

為驗證該原煤采用重介工藝分選的可行性，曾于2011年將2 000 t原煤運送到采用無壓三產品重介質旋流器分選工藝的永錦選煤廠試選。洗選結果顯示：綜合精煤水分為18.50%，循環水濃度高達281.45 g/L，效果不理想。由于分選密度高，系統介質循環量大，介耗高達2.60%。

鑒于上述情況，為了有效規避因濕法分選需要處理大量煤泥而帶來的高額建廠投資和運行成本，同時考慮需要提高和穩定產品質量，結合對原煤煤質特性、產品定位及當前細粒級篩分與干法選煤技術發展狀況，建議選用以下選煤工藝：采用弛張篩對原煤進行篩分，分級粒度可定在8 mm或6 mm，并通過合理選型保證篩分效率，提高末煤發熱量；將篩上物通過風選提質，并通過合理措施有效減少除塵工作量。

為了解干法選煤效果，采用復合式干法選煤機在現場進行了干法分選試驗。試驗結果(表8)表明：采用干法分選機選出的精煤產品發熱量可以根據需要在一定范圍內調整，產品硫含量可保證在0.5%以下，說明采用干法分選技術具有很大的可行性。

表8 原煤風選時各段的產品質量

3.2 主要設備選型

該煤礦設計能力為0.6 Mt/a，投產不久通過攻關機械化采掘關鍵技術，已全面實現機械化采煤，實際生產能力可達0.90 Mt/a。據了解新鄭精煤公司已實現弛張篩3 mm篩分，設備按最大生產能力選型，同時考慮通過增加篩分面積來提高篩分效率，故選用一臺篩面面積為20 m2的弛張篩，實現6～3 mm粒級原煤的分級。>3 mm粒級的產率為35.79%，>6 mm粒級的產率為18.77%，進入復合式干法選煤機的原煤量按30%計算，則每年的原煤理論處理量為0.3 Mt；按18 h/d、330 d/a的工作制度考慮，則需要選用處理能力為50 t/h的FGX-6復合式干法選煤機分選大于3～6 mm粒級原煤。

3.3 加工提質方案

結合該煤礦地面篩分系統現狀，將現有的滾軸篩更換成弛張篩，分級粒度可根據煤質情況定為8 mm或6 mm，從而保證篩分效果；篩上物由帶式輸送機運送至復合式干法選煤機分選，檢測分選機各段產品質量，根據市場需要合理調控，確保最終產品滿足要求。不同質量的產品分堆存放，根據產品質量確定銷售價格。

4 效益預測

根據上述分析可知：原煤灰分為40.53%時，<6 mm、<3mm粒級的灰分分別為35.50%、32.47%，折合發熱量分別為19.44 MJ/kg、20.32 MJ/kg；原煤灰分為44.61%時，產品灰分下降近10個百分點，發熱量提高3.35 MJ/kg。生產統計結果顯示，正常情況下原煤灰分在34%～40%之間波動，此時原煤發熱量在19.93～17.56 MJ/kg之間，采用弛張篩對其分級并對篩上物分選后，發熱量可達20.07 MJ/kg，甚至大于20.91 MJ/kg。

當前該煤礦電煤銷售價格為：產品發熱量>20.91 MJ/kg時，每4.18 MJ/kg的單價為70元/t；產品發熱量在18.82～20.91 MJ/kg之間時，每4.18 MJ/kg的單價為63元/t；產品發熱量在16.73～18.82 MJ/kg之間時，每4.18 MJ/kg的單價為61元/t；產品發熱量低于16.73 MJ/kg時，用戶拒絕收購。

采用復合式干法選煤機分選時，第五段排料的發熱量為3.58 MJ/kg，為確保商品煤質量合格、穩定，以及隨著原煤發熱量的提高矸石發熱量有所提升，將第四段部分排料與第五段排料混合，作為最終矸石。風選矸石發熱量按4.18 MJ/kg計算，發熱量為17.56 MJ/kg的每噸原煤可分選出0.8 t 的20.91 MJ/kg 商品煤，產品每4.18 MJ/kg的單價由61元/t提升到70元/t；原煤加工費按8元/t計算，每噸煤可增收15.87元，即每噸原煤可增收15.87元。

弛張篩和復合式干法選煤機成套估價分別為100萬元和150萬元，其他輔助設備投資預計為100萬元，總投資估算為350萬元。該煤礦的實際生產能力分別按0.6 Mt/a和0.9 Mt/a計算，則每年可分別增收948萬元和1 422萬元，運行半年即可收回投資成本。就經濟效益預測來看，該方案具有很大的可行性。

5 結語

我國煤炭市場受產能過剩與經濟發展速度的影響及低成本進口煤的沖擊，在很長一段時間內將處于供大于求的局面。隨著我國環境污染治理力度的加大，加速煤炭潔凈利用成為必然趨勢，加工提質是煤炭潔凈利用的源頭和提高煤炭產品市場競爭力的有效手段。加工提質不僅要提高和穩定產品質量，還要提升企業經濟效益，因此必須結合原煤煤質特點及所在區域的交通運輸條件，確定終端用戶并分析其需求，合理定位產品。對于煤質特殊的原煤，更要結合國內外最新的煤炭分選及相關技術的發展，科學選擇加工提質方案，并確保方案在技術方面、經濟方面均可實施。嵩山煤礦極細、易泥化高變質無煙煤加工提質方案，不但能使產品滿足市場需求，而且可為企業帶來一定經濟效益。該方案的探討與制定，對于其他特殊原煤的加工提質有一定的借鑒意義。

[1] 張振紅.永貴能源煤炭洗選加工現狀及規劃[J].煤炭加工與綜合利用，2015(7)：24-27.

[2] 張引剛.淺談高爐噴吹煤評價指標[J]. 選煤技術, 2003(6):58-60.

[3] 張衛東，祁成林，張建良，等. 高爐噴吹煤粉的粉體流動性與煤質相關性[J]. 北京科技大學學報, 2012(4):430-435.

[4] 高 斌，顧 飛，楊天鈞. 高爐高煤比噴吹煤種的選擇[J]. 煉鐵, 2001(1):48-50.

Discussion of anthracite upgrading method in Songshan coal mine

CHEN Guo-ping1，ZHANG Zhen-hong2

(1.Henan Energy & Chemical Industry Group Co., Ltd., Zhengzhou, Henan 450046, China；2. Yongcheng Coal & Electricity Holding Group Co., Ltd., Yongcheng, Henan 476600, China)

As requirement for coal market and national policy, product positioning is determined by analyzing raw coal features in Songshan coal mine, such as size composition, density composition, degradation features in water etc. In combination with status of development of fines screening and dry coal washing technologies, anthracite upgrading method is discussed, predicting its economic benefit.

anthracite; prone to degradation in water; high metamorphism; upgrading

TD94

A

1001-3571(2015)04-0064-04

2015-04-05

10.16447/j.cnki.cpt.2015.04.018

陳國平(1966—)，男，河南省濟源市人，高級工程師，從事選煤廠技術、煤質管理與煤炭銷售工作。

E-mail: chenguoping6789@126.com Tel：0371-69337162