騰慶選煤廠特殊極難選煤分選工藝優(yōu)化

師文虎,杜煥銅

(1.中煤科工集團唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心，河北 唐山 063012)

騰慶選煤廠是貴州貴能投資集團所屬的礦井型煉焦煤選煤廠，設(shè)計能力為1.80 Mt/a，設(shè)計工藝為50～0.5 mm粒級采用無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選、0.5～0.25 mm粒級采用煤泥重介質(zhì)旋流器分選、<0.25 mm粒級浮選的聯(lián)合工藝。該選煤廠主要入選騰慶煤礦原煤和部分外購原煤，原煤灰分在26%～44%之間，水分約為11%，硫含量在3%以上，發(fā)熱量約為19.24 MJ/kg，屬于中(高)灰、高硫、中等發(fā)熱量的焦煤。該廠主導(dǎo)產(chǎn)品為焦精煤，灰分≤11.50%，硫含量<1%，揮發(fā)分在16%～18%之間，粘結(jié)指數(shù)在78～85之間，發(fā)熱量為27.42 MJ/kg，主要銷往水鋼、昆鋼、攀鋼等大型鋼企。

騰慶選煤廠于2015年6月初進入試生產(chǎn)階段，由于騰慶煤礦技改升級后采用綜合機械化采煤工藝，加之煤層埋藏深度發(fā)生變化，且煤層厚度不均勻，致使原煤煤質(zhì)波動較大，進而使試生產(chǎn)初期的精煤指標波動大，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。在對系統(tǒng)工藝參數(shù)調(diào)整后，實現(xiàn)了精煤灰分≤11.50%、中煤中<1.40 g/cm3密度級浮物(中煤帶精損失)產(chǎn)率<25%、精煤中<1.40 g/cm3密度級浮物產(chǎn)率>82%的既定目標，并且洗選產(chǎn)品質(zhì)量相對穩(wěn)定，工藝系統(tǒng)基本滿足生產(chǎn)需要，但精煤損失仍較多。為了進一步減少精煤損失，提高并穩(wěn)定洗選產(chǎn)品質(zhì)量，提升企業(yè)綜合經(jīng)濟效益，在對入選原煤、洗選產(chǎn)品的煤質(zhì)和生產(chǎn)工藝進行分析的基礎(chǔ)上，有針對性地采取措施，對工藝系統(tǒng)進行了優(yōu)化。

1 煤質(zhì)分析

1.1 原煤煤質(zhì)

根據(jù)GB/T 477—2008《煤炭篩分試驗方法》、GB/T 478—2008《煤炭浮沉試驗方法》[1-2]規(guī)定，對騰慶選煤廠原煤煤質(zhì)進行了檢測，50～0 mm粒級原煤粒度特性見表1，各粒級原煤密度組成與浮物累計數(shù)據(jù)見表2、表3， 50～0.5 mm粒級原煤的可選性評定結(jié)果見表4。

表1 50～0 mm粒級原煤粒度組成

由表1可知：煤樣的主導(dǎo)粒級為13～1 mm粒級，>0.5 mm粒級的灰分隨粒度的減小而下降；0.5～0粒級煤泥的產(chǎn)率為5.91%，灰分為23.93%，說明有輕微的泥化現(xiàn)象存在。

表2 50～0.5 mm粒級原煤密度組成

表3 50～0.5 mm粒級浮物累計數(shù)據(jù)

由表2、表3可知：

(1)50～0.5 mm粒級浮物中<1.40 g/cm3密度級的灰分為9.23%，在要求精煤灰分為9%～11%時，除1～0.5 mm粒級外，其他各粒級均為極難選；隨著粒度的減小，<1.40 g/cm3密度級的累計產(chǎn)率迅速上升，而灰分逐漸下降，說明細粒級精煤的產(chǎn)率遠遠高于粗粒級精煤的產(chǎn)率，這與篩分試驗結(jié)果吻合，也說明對原煤破碎解離有利于提高精煤產(chǎn)率。

(2)1～0.5 mm粒級浮沉數(shù)據(jù)顯示：<1.80 g/cm3密度級的累計產(chǎn)率高達90.95%，累計灰分僅為9.99%；當要求精煤灰分在9.00%～11.00%之間時，精煤理論分選密度>1.80 g/cm3，分選密度過高。

表4 50～0.5 mm粒級原煤的可選性

由表4可知：當要求精煤灰分在9.00%～12.50%之間時，扣除沉矸后的δ±0.1含量均在42%以上，說明其為極難選煤；當要求精煤灰分在9.00%～11.00%之間時，扣除沉矸后的δ±0.1含量均在65%以上，遠超出標準規(guī)定，故暫稱其為特殊極難選煤。

綜上分析可知：煤和矸石交錯分布是該選煤廠原煤難選的重要原因，因此可通過合理解離改善其可選性。

1.2 精煤煤質(zhì)分析

現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，重介質(zhì)旋流器分選出的塊精煤普遍存在明暗相間的夾層，為探明重介精煤的煤質(zhì)情況，根據(jù)GB/T 478-2008《煤炭浮沉試驗方法》規(guī)定，對其進行分級浮沉試驗，結(jié)果見表5。

表5 精煤分級浮沉試驗結(jié)果

由表5可知：細粒煤的浮沉結(jié)果明顯優(yōu)于粗粒煤，<6 mm粒級精煤的產(chǎn)率高達84.38%，灰分為8.20%，而50～25 mm粒級精煤的產(chǎn)率為54.42%，灰分為10.47%。

為此，將>25 mm粒級塊精煤破碎到13 mm以下，并對其進行浮沉試驗。浮沉試驗結(jié)果表明：<1.40 g/cm3密度級產(chǎn)率提高了5個百分點左右，且>1.40 g/cm3密度級的灰分高達23.48%，這說明精煤中存在可分離的高灰組分。

1.3 中煤煤質(zhì)分析

為了了解中煤破碎解離后的煤質(zhì)情況，將重介中煤分別破碎解離到13、6、3 mm以下，并對其分別進行全級浮沉試驗，結(jié)果見表6。由表6可知：在破碎解離前后，<1.40 g/cm3密度級的產(chǎn)率均偏高，而其灰分均偏低；在將重介中煤破碎解離到6或3 mm以下時，<1.40 g/cm3密度級的產(chǎn)率較高，且二者接近；從破碎解離能耗和分選效果考慮，6 mm是重介中煤的最適解離粒度。

表6 中煤破碎產(chǎn)物浮沉試驗結(jié)果

1.4 矸石與粗煤泥煤質(zhì)

矸石全粒級浮沉結(jié)果表明：<1.80 g/cm3密度級的產(chǎn)率<0.5%，這說明矸石純度很高。為檢驗細粒煤的分選效果，分別對精煤磁選尾礦和矸石高頻篩的篩上物進行檢測，測得0.5～0.2 mm粒級粗煤泥的灰分<10%，0.5～0.2 mm粒級矸石的灰分>74%。

綜上分析可知：由于原煤普遍存在條狀夾層，導(dǎo)致其可選性極差。隨著粒度的減小，各粒級灰分降低，而其產(chǎn)率明顯升高，原生煤泥產(chǎn)率較小。隨著要求精煤灰分的增加，精煤理論產(chǎn)率迅速提高；如果只從原煤性質(zhì)考慮，應(yīng)該對1～0.5 mm粒級原煤單獨分選；當將重介中煤破碎到6 mm以下時解離相對充分，可認為其最佳解離粒度為6 mm。

2 優(yōu)化方案與洗選工藝

2.1 優(yōu)化方案

根據(jù)煤質(zhì)分析與精煤、破碎解離中煤的浮沉試驗結(jié)果，中煤破碎解離后，精煤產(chǎn)率明顯提高，中煤帶煤率顯著降低。此外，為使高灰塊精煤在分選前得到適度解離，將塊原煤與中煤分別破碎解離，并將破碎解離中煤再選。

考慮到現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)的處理能力(主要指原煤和煤泥水的處理能力)、設(shè)備投資等因素，確定將>25 mm粒級塊原煤與25～13 mm中煤分別破碎解離到13 mm以下。

2.2 洗選工藝

原煤通過原帶式輸送機給入原煤分級篩(分級粒度為25 mm)，>25 mm粒級塊煤進入手選皮帶，由崗位工揀出特大塊矸石、鐵器、木塊等雜物，再通過卸料器給入破碎機破碎解離，之后與原煤分級篩的篩下物一起進入主廠房重介質(zhì)旋流器分選；重介質(zhì)旋流器分選出精煤、中煤、矸石三種產(chǎn)品，精煤、矸石經(jīng)脫介、脫水后作為產(chǎn)品，中煤經(jīng)脫介、脫水、破碎解離后給入中煤重介混料桶，再由泵給入有壓兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器；有壓兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選出精煤和中煤，經(jīng)脫介、脫水的再選精煤與主選精煤混合后作為最終產(chǎn)品，再選中煤經(jīng)脫介、脫水后直接作為中煤產(chǎn)品。

在原工藝系統(tǒng)基礎(chǔ)上，調(diào)整分級篩的篩孔尺寸，并增加環(huán)錘破碎機、有壓兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器、介質(zhì)入料泵等，并對有關(guān)非標、管道、電氣進行改造、完善，這樣不但能夠節(jié)約投資，而且可以減少工藝優(yōu)化對生產(chǎn)造成的影響。

工藝系統(tǒng)優(yōu)化后，當原煤煤質(zhì)較差時，可采用三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器主選、中煤再選的聯(lián)合工藝，以提高分選效果；在原煤煤質(zhì)較好時，可采用原煤三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選、煤泥重介分選的聯(lián)合工藝，以提高分選效率。

3 產(chǎn)品預(yù)測

根據(jù)優(yōu)化方案，先將50～25 mm自然級塊原煤破碎至<13 mm，并依據(jù)國家相關(guān)標準規(guī)定進行浮沉試驗；再將13～0.5 mm破碎級原煤浮沉試驗結(jié)果與25～0.5 mm自然級原煤浮沉試驗結(jié)果綜合，得出25～0.5 mm綜合級原煤浮沉試驗結(jié)果。通過理論分析與計算，對不同情況下的精煤產(chǎn)率等預(yù)測指標分析比較。

(1)鑒于原煤特殊的可選性，在選擇可能偏差Ep值時，參照GB 50359—2005《煤炭洗選工程設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，選取無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器一段、二段的可能偏差分別為Ep1=0.045，Ep2=0.065，這與目前實際工藝指標基本吻合；由于再選效率一般低于主選效率，故再選的可能偏差取Ep=0.055。對于要求灰分<11.00%的精煤，為保證精煤灰分指標滿足要求，應(yīng)留出較大的富余量，故精煤灰分取10.60%。

(2)根據(jù)最高產(chǎn)率原則(等λ原則)，在基元灰分或邊界灰分相等的條件下，綜合精煤產(chǎn)率最高，但在實際應(yīng)用中，只要多種入選原煤的浮沉特性基本滿足等λ條件，就應(yīng)優(yōu)先考慮混合洗選。在采用主再選聯(lián)合選煤工藝時，主選和再選的入料來自同一種原煤，其密度和灰分關(guān)系相同，故等λ與等密度是一樣的，這種情況也可理解為等密度分選[3]。由于再選的數(shù)量效率較低，在分選密度相同時，再選的實際灰分高于主選的實際灰分[4]。為了簡化計算，按分選密度相同預(yù)測主再選聯(lián)合選煤工藝的產(chǎn)品指標。

(3)關(guān)于部分原煤破碎后產(chǎn)生的次生煤泥量，按>25 mm粒級塊原煤量占原煤量的20%計算，并結(jié)合顎式破碎機試驗結(jié)果，增加的次生煤泥量約為原煤量的5%，在實際生產(chǎn)中環(huán)錘破碎機產(chǎn)生的次生煤泥更多，但在對工藝系統(tǒng)優(yōu)化進行設(shè)計時，增加的煤泥量應(yīng)在系統(tǒng)承受能力范圍內(nèi)。

(4)由于缺少相應(yīng)的浮沉試驗數(shù)據(jù)，以50～0.5 mm粒級原煤代表全粒級進行對比分析。

在Ep1=0.045、Ep2=0.065、δ1=1.421 g/cm3、δ2=1.771 g/cm3的條件下，原三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的產(chǎn)品預(yù)測結(jié)果見表7；在主選Ep1=0.045、Ep2=0.065，再選Ep=0.055，δ1=1.388 g/cm3、δ2=1.738 g/cm3的條件下，工藝優(yōu)化后的三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器與兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的產(chǎn)品預(yù)測結(jié)果見表8。

表7 原三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的產(chǎn)品預(yù)測結(jié)果

由表7可知：在精煤灰分為10.60%時，精煤產(chǎn)率為44.02%，精煤中<1.40 g/cm3密度級產(chǎn)率(即精煤上浮率)為82.10%，中煤中<1.40 g/cm3密度級產(chǎn)率(即中煤損失率)為25.57%，這與實際生產(chǎn)指標相符。由表8可知：在精煤灰分10.60%時，精煤產(chǎn)率為47.29%，精煤中<1.40 g/cm3密度級產(chǎn)率(即精煤上浮率)為82.45%，中煤中<1.40 g/cm3密度級產(chǎn)率(即中煤損失率)為22.32%。

表8 三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器與兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的產(chǎn)品預(yù)測結(jié)果

綜上所述：在要求精煤灰分相同時，工藝優(yōu)化后的精煤產(chǎn)率可提高3.27個百分點。按照入選原煤1.80 Mt/a計算，該選煤廠每年可多回收精煤5 890 t；按照精煤、中煤的市場差價360元/t計算，每年可增加銷售收入200余萬元，經(jīng)濟效益相當可觀。

4 結(jié)語

騰慶選煤廠的入選原煤存在明顯夾層，采用傳統(tǒng)工藝難以取得理想分選效果。為了有效回收煉焦煤資源，在對原煤和洗選產(chǎn)品進行煤質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，將>25 mm粒級塊原煤與25～13 mm粒級中煤分別破碎解離，并對破碎解離中煤進行再選。基于洗選產(chǎn)品產(chǎn)率等預(yù)測指標的比較分析表明：工藝優(yōu)化后，精煤產(chǎn)率可提高3.27個百分點，中煤中精煤損失率可降低3.25個百分點，這樣既可有效保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高企業(yè)市場競爭力，又能增加銷售收入，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。同時，該研究為原煤煤質(zhì)類似的選煤廠的設(shè)計與改造提供了有益借鑒。

[1] 中國煤炭工業(yè)協(xié)會.煤炭篩分試驗方法:GB/T 477-2008[S]. 北京：中國標準出版社，2008.

[2] 中國煤炭工業(yè)協(xié)會.煤炭浮沉試驗方法:GB/T 478-2008[S]. 北京：中國標準出版社，2008.

[3] 戴少康，李夢昆.最大產(chǎn)率原則(等“λ”原則)在選煤工藝設(shè)計中的應(yīng)用[J]. 煤炭加工與綜合利用, 2014(3)：1-5.

[4] 吳壽培. 談最大產(chǎn)率原則和主再選配合[J]. 煤質(zhì)技術(shù)與科學(xué)管理, 1997(S1)：29-30.