上灣選煤廠工藝改造分析

李 卓

(神東煤炭集團設計公司，陜西 神木 719315)

0 引言

近年來，隨著整個煤炭行業設備及技術進步，洗選工業正在進行一次悄無聲息的變革[1]，傳統的洗選工藝弊端逐漸顯現，一些新興的工藝開始出現，例如動力煤脫粉入洗工藝逐漸取代了傳統的重介旋流器全入洗工藝[2-3]。但是，選煤廠經濟效益的影響因素很多，特別是原煤性質及商品煤價格對其影響巨大[4-5]，為實現經濟效益最大化，應根據選煤廠實際情況，綜合分析選擇最適合本廠的洗選工藝。文中以上灣選煤廠為例，就其不同工藝改造方案進行分析，最終找出不同時期不同工藝的適應性規律。

1 上灣選煤廠工藝簡介

上灣選煤廠是一座礦井型選煤廠，承擔神東集團上灣煤礦的洗選加工任務。該廠洗選部分于2004年1月建成投產，原設計為+13 mm重介淺槽、-13 mm末煤不入洗，設計能力為10.0 Mt/a。2010年，由于礦井生產能力提升到14.00 Mt/a，上灣選煤廠進行了技術改造，對篩分車間進行了改擴建，新建了一套塊煤系統，改造完成后選煤工藝為+25 mm重介淺槽、-25 mm末煤不入洗，改造后選煤廠生產能力為14.00 Mt/a。洗選工藝流程為：原煤經雙層分級篩分級，篩下-25 mm末煤進入末煤轉載膠帶機，最終進入混煤皮帶上倉。200～25 mm的塊原煤經過φ3 mm的脫泥篩脫泥后進入主洗重介淺槽分選，輕產物經脫介、脫水后進行分級，分級后+50 mm洗大塊作為塊精煤產品，分級段篩下物50～2 mm的末精煤經離心機二次脫水后成為洗末煤摻入混煤。主洗重介淺槽分選出的重產物脫介、脫水后作為矸石外排。

2 現有工藝問題分析

根據現場實際測量結果對上灣煤礦1-2煤篩分大樣進行了校正，以便使灰分及粒度組成更接近實際情況，最終得到的篩分試驗結果見表1。

表1 上灣煤礦1-2煤原煤篩分試驗結果表

從表1可知，上灣煤礦原煤平均灰分為12.12%，屬低灰煤；原煤塊煤量較小，+25 mm物料含量為僅為29.96%；+50 mm級含量占全樣18.23%，灰分為10.60%，大塊煤較小且灰分較低；50～3 mm粒度級中，隨著粒度變小，灰分變化較小，說明煤不易碎；-0.5 mm粒級產率為5.76%，煤泥含量較高，灰分為22.26%，高于鄰近粒度級。

2.1 原煤篩分、破碎系統

上灣選煤廠生產規模為14.00 Mt/a，處理量為2 651.52 t/h，根據現場生產狀況，實際處理量可達到3 300 t/h。分級篩選用6臺3061雙層分級篩，總篩分面積109.8 m2，單位面積處理能力為30.05 t/h，滿足要求。但如果篩孔降為13 mm(單位處理能力15～25 t/h)，則現有篩機處理能力不夠。故現有篩分系統塊煤入洗的下限只能是25 mm。

2.2 塊煤分選系統

25～200 mm塊煤進入4臺3048單層直線進行脫泥，脫泥后塊煤進入2臺7.9 m重介淺槽分選機進行洗選，精煤產品進入4臺3061雙層香蕉篩進行脫水脫介，上層篩孔為25 mm，下層篩孔為1.5 mm。篩上塊精煤可直接轉載進入塊精煤產品帶式輸送機，也可破碎后進入末精煤帶式輸送機。篩下-25 mm末精煤進入塊煤系統2臺SCC-1400臥式振動離心機進行脫水，末精煤產品轉載進入混煤產品帶式輸送機上倉儲存。矸石進入2臺2448單層香蕉篩進行脫水脫介，隨后通過矸石帶式輸送機進入矸石倉。

通過計算，塊煤量為33.46%(含混入部分)，按照2 651.52 t/h原煤入料量計算，塊煤系統能力為980 t/h。脫泥篩為2臺3048直線篩，額定最大處理能力為2 200 t/h，脫泥篩能力富余約55%；2臺7.9×1.37淺槽額定最大處理能力為1 500 t/h，淺槽分選機能力富余約35%；精煤脫介篩選用4臺3048雙層香蕉篩，上層篩孔50 mm，額定處理能力約2 300 t/h，下層篩孔2 mm，額定能力約800 t/h，塊精煤產率約為31.85%(含混入部分)，即845 t/h，富余63%；塊煤系統離心機選用2臺HSG-1400，臥式振動離心機，額定處理量為1 416 t/h，塊煤系統-50 mm精煤產率約17.46%，即463 t/h，設備能力富余67%；塊精煤破碎機各選用1臺美國Mclanahan公司24×96型和美國賓夕法尼亞5025 CSS型號破碎機，額定破碎能力分別為422 t/h和350 t/h，+50 mm塊精煤產率為16.39%，即435 t/h，破碎機能力富余約44%；矸石篩各選用1臺1848和2448單層香蕉篩，額定處理能力720 t/h，塊矸石產率為2.66%，即70.58 t/h，設備能力富余90%；塊煤系統磁選機選用4臺φ1 220 mm×2 440 mm單滾筒磁選機，額定處理能力約1 992 m3/h，入料量約1 570 m3/h，富余21%。

整體而言，塊煤入洗率較低，洗選帶來的經濟效益未能得到最大體現。

2.3 煤泥水系統

煤泥水系統采用弧形篩+煤泥離心機回收工藝、細煤泥加壓過濾機+壓濾機回收工藝。根據選煤廠現有工藝，粗煤泥弧形篩選用4臺1 500 mm×2 000 mm弧形篩，額定處理能力約480 m3/h，入料量約450 m3/h，富余6%；煤泥離心機選用4臺HSG 900離心機，額定處理能力約296 t/h，入料量約39.99 t，富余86%；加壓過濾機選用1臺JPG 120 m2和1臺JPG 72 m2，設計最大處理能力為90 t/h；細煤泥含量約3.28%，即87.02 t/h，富余3.3%；濃縮機選用3臺直徑為21 m(兩用一備)的高效濃縮機，濃縮機處理能力為47 t/h，2臺合計處理能力為94 t/h。現有生產方式細煤泥量約87.02 t，濃縮機能力富余5.3%。從設備能力分析可知，煤泥水系統可滿足現有生產需求但不富余。

通過以上工藝各主要環節分析可知，上灣選煤廠原設計工藝為+13 mm塊煤重介淺槽洗選，-13 mm末煤不入洗的選煤工藝。由于礦井的實際生產能力大于設計能力，且選煤廠篩分能力不足，無法滿足+13 mm塊煤全入洗，現生產工藝為+25 mm塊煤重介淺槽洗選，-25 mm末煤不入洗，原煤入洗率較低，僅為33.46%，難以保證煤炭產品質量實現穩定化、均質化、優質化，存在提質增效的可能性。

3 改造方案對比

3.1 生產方式

根據洗選中心提供的未來5年的上灣選煤廠原煤煤質預測資料結果，以灰分為12.12%，水分為15.80%，原煤發熱量5 480 kcal/kg，年處理能力為14.00 Mt/a為前提條件，通過對比不同生產方式下的商品煤產量及熱值，詳細比較了不同生產工藝條件下商品煤的質量及對全廠經濟效益的影響。前文對篩分系統分析得到現有篩機只能滿足25 mm分級要求，且篩分樓經過數次改造已經沒有空間進行再次改造以滿足13 mm分級要求，故本次工藝改造以25 mm分級為前提進行研究，現將工藝改造后的生產方式分為以下2種，并與目前生產工藝進行比較。

生產方式一：新增末煤全入洗工藝，200～5 mm淺槽塊煤分選，25～0 mm新增旋流器末煤分選。

生產方式二：新增弛張篩脫粉工藝，200～25 mm淺槽塊煤分選，25～6 mm新增旋流器末煤分選，6～0 mm粉煤不入洗摻入混煤產品。

生產方式三(目前工藝)：200～25 mm，25 mm分級淺槽塊煤分選，25 mm以下末煤不入洗。

3.2 不同生產方式對商品煤發熱量的影響

上灣選煤廠商品煤主要由洗選塊精煤和混煤組成，鑒于3種方式分級粒度都是25 mm，且塊煤洗選工藝都是重介淺槽分選，故可以推斷出塊煤的發熱量都是一樣的，這里只討論對混煤發熱量的影響，不同生產方式對混煤發熱量影響情況見表2。

由表2可知，采用全入洗工藝后的混煤灰分最低，只有7.85%，但其水分卻最高，達到18.66%，最終導致混煤發熱量達到5 554 kacl/kg，比現有生產方式下高145 kacl/kg，而采用脫粉入洗工藝后，混煤灰分未達到最低，為9.09%，水分卻可控制到16.16%，最終發熱量最高，達到5 661 kacl/kg，比目前生產方式下高252 kacl/kg，綜合商品煤質量最好。

表2 不同生產方式下商品煤的發熱量

從計算結果可知，商品煤發熱量的兩個重要因素是灰分和水分，隨著分選下限的降低，原煤中的矸石等其他雜質得到了減少，灰分隨之降低，但由于越來越多的原煤侵入水中進行洗選，且粒度越小脫水難度越大，致使商品煤的水分升高，因此，合適的分選下限，對商品煤質量的提升起到了關鍵的作用。

3.3 不同生產方式對商品煤產量的影響

當然，選煤廠選用不同的生產工藝對商品煤的產量也會產生影響，不同生產方式對商品煤產量的影響情況見表3。

表3 不同生產方式下商品煤的年產量

由表3可知，3種生產方式下塊精煤產量均達到372.58萬t/a。現在25 mm塊煤洗選生產方式下，原煤的入洗率為33.16%，混煤產量最多，達到995.01萬t/a；采用6 mm脫粉入洗，原煤入洗率為76.17%，混煤產量較低，達到946.36萬t/a，而采用全入洗生產工藝，入洗率達到100%，選出的矸石及雜質最多，促使混煤產量最低，只有923.93萬t/a。

從計算結果可知，隨著原煤入洗率的提高，商品煤的產量會隨之減少，同時，相應的生產成本一定會隨之升高，為尋求經濟效益最大化，需分析產量和成本的平衡點。

3.4 不同生產方式對經濟效益的影響

為了探尋不同工藝形式對選煤廠經濟效益的影響，根據選煤廠實際生產經驗計算了不同工藝下的洗選成本，通過銷售收入與洗選成本的差值得到了各種方式下的經濟效益，見表4。

表4 不同生產方式下的經濟效益(價格一) 萬元/a

由表4可知，3種生產方式下商品煤銷售收入包括塊精煤和混煤的總和，由于塊精煤的產量和價格都一樣，故產生的差值是混煤銷售額的差值，最終得到的結果是目前25 mm塊煤洗選效益最差，相比全入洗工藝每年少732萬元，而脫粉工藝效益最高，相比目前每年多增收1 547萬元。

從計算結果可知，隨著原煤入洗率的提高，混煤的產量減少，洗選成本隨之增加，但混煤的發熱量增加，噸煤價格隨之增加，在當前的市場價格下，6 mm脫粉生產工藝對于上灣選煤廠來說，經濟效益最佳。

3.5 不同市場形勢下各生產方式對效益的影響

從上文中已經得出了上灣選煤廠目前最適合的工藝改造方案，但是由于近幾年煤炭行情變化莫測，煤炭價格波動也非常劇烈，為了探求不同生產工藝方式在不同煤炭價格下的效益情況，將近年間歷史最高點的煤價帶入進行了計算，得出了在此價格體系下不同生產方式對經濟效益的影響，見表5。

表5 不同生產方式下的經濟效益(價格二) 萬元/a

由表5可知，在較高煤價的前提下，現有25 mm塊煤洗選生產方式的利潤最高，相比全入洗增加了6 456萬元，相比脫粉入洗，增加了3 387萬元。

從計算結果可知，由于目前生產方式的入洗率最低，導致混煤的產量最高，而發熱量升高帶來的價格差值影響變少，洗選成本差值的影響變大，最終形成25 mm塊煤洗選的最佳效益。

為更好的分析不同煤價下各生產方式的效益趨勢，計算了近幾年噸煤價格從300元/t到650元/t時各生產方式的經濟效益，并且為了更好的反應變化趨勢，做了效益差值趨勢圖，如圖1所示。

圖1 不同生產方式在不同煤價下效益差值趨勢圖

由圖1可知，以現有25 mm塊煤洗選工藝生產方式作為參照，方式一全入洗的效益差值隨著煤價的升高在逐漸降低，且煤價到達520元/t以上后，效益差為負值；方式二6 mm脫粉入洗工藝生產方式的煤價從300元/t到475元/t時效益差值逐漸升高，煤價從475元/t到575元/t時效益差值逐漸降低，而煤價到達575元/t以上后，效益差為負值。

從計算結果可知，當煤價在410元/t以下時，全入洗工藝的經濟效益最好，當煤價在410元/t到575元/t時，6 mm脫粉入洗工藝經濟效益最好，當煤價在575元/t以上時，現有生產方式25 mm塊煤洗選工藝的經濟效益最好。

4 結語

通過上述針對上灣選煤廠工藝改造方案的不同生產方式下商品煤產量、發熱量、經濟效益及在不同煤價基礎下的效益差值的詳細對比分析，可看出不同洗選工藝對選煤廠商品煤的質量和經濟效益都會帶來不同程度的影響，是否進行脫粉工藝或全入洗工藝改造要根據原煤的性質和市場對煤炭需求決定，綜合考慮后最終選擇經濟效益最佳的生產方式。