色連二礦選煤廠低質煤洗選實踐

丁起鵬，陸空重，史 衍，湯元松，卜學制

(1.淮礦芬雷公司 色連二礦選煤廠，內蒙古 鄂爾多斯 017000；2.淮礦西部煤礦投資管理有限公司 色連二礦，內蒙古 鄂爾多斯 017000)

色連二礦選煤廠是與礦井配套的同等規模的礦井型動力煤選煤廠，設計能力為10 Mt/a。入選原煤為特低硫(低硫)、特低磷、中等發熱量的不粘煤和長焰煤[1]，顯微煤巖組分以鏡質組為主，雜質以粘土礦物為主；原煤水分偏高，最高在24%左右，可選性等級為易選或中等可選。該選煤廠的洗選產品主要供火電廠使用，要求商品煤發熱量在18±0.84 MJ/kg之間。在洗選低質煤(質量略好于劣質煤的煤炭)時，原煤平均灰分高于45%，平均全水分在21.50%左右，發熱量在11.30～12.98 MJ/kg之間，矸石易碎且易泥化，導致篩分效率低、粗煤泥質量差、煤泥水處理困難等，最主要的是商品煤質量難以滿足用戶要求。

為此，根據低質煤煤質和產品結構，結合市場實際需求，探索出適合低質煤洗選的方案，這樣不但可以提高企業經濟效益，而且可為其他選煤廠低質煤洗選提供很好的借鑒[2-3]。

1 生產現狀

1.1 洗選工藝

針對低質煤水分高、矸石易泥化的特點，首次在設計中引入弛張篩深度篩分技術[4-5]，實現了動力煤的3 mm干法高效篩分，并構建了3 mm深度篩分+分級分選+煤泥水三段濃縮的一體化工藝體系，其原則流程如圖1所示。

圖1 生產系統原則流程

低質煤采用單層、兩段香蕉篩(篩孔尺寸分別為200、13 mm)篩分，>200 mm粒級大塊物料通過手選排矸除雜后進入破碎機，被破碎至<200 mm；<13 mm粒級末煤采用弛張篩進行3 mm深度篩分。脫泥后，200～13 mm 粒級塊煤采用淺槽重介分選機分選，13～3 mm 粒級末煤采用有壓兩產品重介質旋流器分選，<3 mm 粒級粉煤通過旁路排出，粗煤泥采用分級旋流器組、高頻篩、離心脫水機聯合回收，細煤泥經過三段濃縮后采用篩網沉降式離心機、板框壓濾機聯合回收。

1.2 存在問題

(1)篩分效率難以保證。由于低質煤水分高，易使篩孔堵塞，分級篩的篩分效率低下；生產中必須降低系統小時處理量，并定期清理篩面，才能保證篩分效率滿足要求。

(2)<3 mm粒級粉煤提質困難。由于低質煤發熱量低，為了保證產品質量合格，必須提高入選比例，在入選原煤中摻入部分<3 mm粒級粉煤，造成<3 mm粒級粉煤入選量增加。這部分粉煤的表面積相對更大，吸水能力更強，入選后其中水分大幅增加，有時增加的水分比降低的灰分對發熱量的影響更大，導致部分產品的發熱量出現負增長，進而無法滿足客戶要求。

(3)粗煤泥發熱量偏低。由于矸石泥化嚴重，粗煤泥被污染，其發熱量偏低，僅在8.37～9.21 MJ/kg之間。將粗煤泥放入燒杯中沉淀，可以明顯看到大量砂巖狀矸石粒。

(4)煤泥水處理系統壓力大。由于入選比例偏高，生產系統煤泥數量增加，濃縮機處理壓力加大，絮凝劑、助濾劑用量大幅增加。

(5)產品質量難以滿足用戶要求。洗選產品水分在24%～25%之間，發熱量僅為17.16 MJ/kg；加之低發熱量粗煤泥的摻入，商品煤出現結塊的現象，嚴重影響銷售。

2 低質煤煤質

2.1 粒度組成

煤樣檢測數據表明：低質煤灰分為45.10%，屬于高灰煤；<3 mm粒級粉煤的產率為25.32%，累計灰分為47.97%，全水分為23.60%，發熱量為10.78 MJ/kg，說明細粒級含量大，灰分高，水分高，發熱量低。這部分細粒煤進入生產系統后，通過分選提質困難，且使煤泥數量大幅增加。在實際生產過程中，必須減少<3 mm粒級粉煤的入選量，以保證篩分效率，并避免其對產品質量造成負面影響。低質煤的粒度組成見表1。

由表1可知：>3 mm粒級物料的全水分為20.76%，累計發熱量為12 MJ/kg，這部分物料有較大的提質空間，生產過程中應加大回收力度。0.5～0 mm粒級煤泥的產率為7.22%，對應的灰分為49.31%，高于低質煤灰分，說明矸石易碎，應通過旁路預先排出洗選系統。

2.2 密度組成

通過低質煤的密度組成(表2)可以看出：當分選密度為1.40 g/cm3時，δ±0.1含量為31.28%，其為難選煤；當分選密度為1.50 g/cm3時，δ±0.1含量為11.04%，其為中等可選煤；當分選密度為1.60 g/cm3時，δ±0.1含量為9.01%，其為易選煤；當分選密度為1.70 g/cm3時，δ±0.1含量為4.27%，其為易選煤。對于<1.70 g/cm3密度級物料，浮物累計產率為55.63%，對應的灰分為13.31%，其發熱量為19.74 MJ/kg，基本滿足生產需要與客戶需求。考慮到實際生產中高密度重介質懸浮液配制困難，以及設備磨損、磁鐵礦粉損耗的問題，將淺槽重介分選機的分選密度控制在1.65 g/cm3，并將有壓兩產品重介質旋流器的分選密度控制在1.70 g/cm3。

表1 低質煤粒度組成

表2 200～0 mm粒級低質煤密度組成

3 產品結構

在低質煤灰分為45.10%時，利用弛張篩進行3 mm深度篩分，在保證篩分效率的同時，減少<3 mm粒級粉煤的入選量，此時的原煤入選比例為89.80%；將淺槽重介分選機的分選密度控制在1.65 g/cm3，并將有壓兩產品重介質旋流器的分選密度控制在1.70 g/cm3。根據2017年9月20—30日的化驗數據，洗選產品結構見表3。

表3 2017年9月20—30日的洗選產品結構

由表3可知：按照89.80%的入選比例組織生產，產品發熱量為17.32 MJ/kg，可以達到用戶要求；但產品水分高達24.97%，且易出現結塊，嚴重影響銷售。這可能是因為入選比例高，導致低質煤中<3 mm粒級粉煤產率高造成的。

通過水力旋流器底流的粒度組成(表4)可知：>0.25 mm粒級產率為45.87%，累計灰分為44.99%，說明其灰分較高；<0.125 mm粒級產率為34.55%，灰分均在80%以上，說明矸石泥化嚴重。因此，可以推測：由于矸石泥化嚴重，粗煤泥被污染，且矸石細泥易結塊，致使高頻篩脫水困難，粗煤泥水分高，摻配后洗選產品水分高且易結塊。

表4 水力旋流器底流粒度組成

4 洗選方案

根據低質煤煤質，結合煤炭市場需求，制定的洗選方案如下：

(1)提高入選比例。充分利用弛張篩的深度篩分能力，以3 mm作為分級粒度脫除<3 mm粉煤，并保證入選比例在90%左右。

(2)保證原煤篩分效率。控制生產系統的處理能力，將其由1 890 t/h降低到1 000～1 200 t/h。確保六臺弛張篩的供料均勻，并保證物料透篩效果，盡量減少進入洗選系統的粉煤數量，達到減少矸石泥化、降低煤泥數量的目的[6]。

(3)保證煤泥水處理系統正常運轉。由于入選比例偏高，煤泥數量增加，濃縮機處理壓力加大，故日常生產中要充分利用煤泥水三段濃縮一體化工藝體系，并密切關注耙壓、清水層高度[7-8]。另外，要充分利用氯化鈣和聚合氯化鋁調控煤粒表面電位[9]，并輔以聚丙烯酰胺，提高煤泥水的沉降速度[10]，及時處理每天增加的煤泥。

(4)及時掌握煤質變化情況。密切關注各產品質量控制點，定時定點采樣化驗，隨時掌握<3 mm粒級粉煤、粗煤泥、洗選產品的灰分，以及塊精煤、末精煤、粗煤泥的水分變化，及時調整入選比例。

(5)粗煤泥單獨銷售。由于粗煤泥受矸石泥化影響嚴重，發熱量僅在8.37 MJ/kg左右，為滿足市場需求，保證產品質量，必須將粗煤泥單獨銷售。

5 生產效果

色連二號礦井位于高頭窯礦區中部，與相鄰礦井的煤種、可采煤層、開采方式、賦存條件基本相同。在同樣洗選低質煤的條件下，兩座選煤廠的經濟效益差別較大。

5.1 產品質量

(1)相鄰選煤廠產品質量。相鄰礦井的配套選煤廠設計能力為8 Mt/a，采用>13 mm粒級塊煤由淺槽重介分選機分選、煤泥壓濾回收的聯合工藝；<13 mm粒級末煤不洗選，直接與其他產品摻配。根據生產實際，該選煤廠商品煤產率為74.73%,發熱量僅為15.06 MJ/kg。

(2)色連二礦選煤廠產品質量。在粗煤泥單獨銷售的情況下，通過色連二礦選煤廠的產品結構(表5)可以看出：由于低發熱量的粗煤泥不摻入洗選產品，可直接摻入其中的<3 mm粒級粉煤數量大幅增加，商品煤產率可以達到60.70%，其發熱量為17.21 MJ/kg，完全能夠滿足用戶要求。

表5 不含粗煤泥的產品結構

5.2 經濟效益

以2017年鄂爾多斯市東勝區動力煤市場平均價格為基礎，在不考慮洗選成本的情況下，計算兩座選煤廠的經濟效益(以商品煤有關指標作為計算依據)，結果見表6。

表6 兩座選煤廠的經濟效益對比結果Table 6 Comparison of economic performances of 2 plants

注：以色連二礦選煤廠的商品煤指標作為計算基準。

由表6可知：在洗選低質煤時，色連二礦選煤廠商品煤的產率低14.03%，但由于具有發熱量和價格優勢，最終噸煤收益高32.36元。

6 結語

針對低質煤灰分高、水分高、發熱量低、矸石泥化嚴重的問題，色連二礦選煤廠在有效利用弛張篩深度篩分技術的基礎上，充分發揮3 mm深度篩分+分級分選+煤泥水三段濃縮一體化工藝體系的優勢，并輔以針對性的洗選方案，使商品煤質量達到市場要求，并取得了良好的經濟效益。

參考文獻：

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