同忻選煤二廠選煤工藝的設計與應用

辛戰文

(中煤科工集團 沈陽設計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015)

1 引 言

同忻井田位于大同煤田東北部，距大同市約20 km。同忻煤礦為年產原煤10.0 Mt的礦井，擁有洗選能力為10.0 Mt/a的動力煤選煤廠(以下簡稱同忻選煤一廠)，于2009年投產使用。隨著礦井開采能力不斷加大，礦井擴能改造后將達到16.0 Mt/a。同忻煤礦采用綜采放頂煤開采工藝，正常放頂情況下井下原煤量可達4 000～5 000 t/h，而現有選煤廠的設計能力為1 894 t/h。同忻選煤廠一廠設置了3個3.5萬t的原煤緩沖倉，如果礦井能力提升到16.0 Mt/a，原煤倉的緩沖時間最多只能保證2 d。隨著開采深度的增加，同忻礦區井下煤質條件更加復雜，部分區域存在火山巖侵入。火山巖侵入部分原煤細粒級含量增加、灰分增加，給選煤廠的生產帶來不利影響。因此，隨著礦井生產能力提升，生產波動幅度增大，煤質條件變化，同忻選煤一廠已無法滿足生產要求，必須建設選煤二廠以保證礦井的正常生產。同忻礦井開采石炭二疊系煤層，3～5號和8號煤層為主要可采煤層。3～5號煤層在本區南部、西部及東部局部地帶以氣煤分布，其余為1/3焦煤；8號煤層在北部、東南部及東北部局部地帶以1/3焦煤分布，其余為氣煤。各可采煤層煤質特征為：中灰分至中高灰分(25.83%～29.63%)、高揮發分(37%左右)、低硫(0.56%～0.95%)、特低～低磷(0.002%～0.012%)、中等發熱量(Qgr，v，d為13.97～33.11 MJ/kg)、富油(各煤層焦油產率一般大于7%)、中等粘結～強粘結性、弱～中等結焦性。經洗選加工后，這些煤可作為良好的煉焦配煤和動力發電用煤。

2 原煤性質及用途

2.1 原煤粒度組成

采用同忻煤礦2010月11月12日的生產煤樣，并考慮實際生產煤質波動，將毛煤灰分確定為35%。并以此為依據對同忻礦井煤質資料進行校正，具體見表1，表2。

由表1可知，校正后原煤灰分為35.00%，屬中高灰原煤。大于50 mm可見矸石含量為14.01%，占大于50 mm本級的66.61%，屬高含矸煤；可見矸石的灰分為69.94%，矸石不純。大于50 mm原煤含量為21.19%，灰分為47.57%，比原煤灰分高，說明大塊矸石含量大，所以在大塊原煤處理環節應設置手選。小于50 mm原煤含量為78.81%，灰分為31.62%，比原煤灰分略低。隨粒度降低，灰分也隨之減少，說明矸石和煤存在一定的硬度差別。各粒級全硫大都在0.5%以下，平均全硫為0.47%，考慮洗選還可以去除部分無機硫，精煤全硫可以控制在0.5%以下，滿足精煤產品對硫分的要求。

表1 原煤自然級篩分組成(校正后)

表2 原煤小篩分試驗結果

從表2可以看出：小于0.5 mm原生煤泥含量為8.29%，含量較高，灰分為24.04%，比原煤灰分低，矸石無明顯泥化現象，符合大同礦區煤質實際情況。小于0.045 mm粒度灰分為26.56%，比小于0.5 mm原生煤泥灰分略高，含量占本級為22.47%；小于0.25 mm粒級含量占本級為68.15%，含量較高。小于0.5 mm粒級隨粒度減小灰分無明顯增加。細泥含量少，煤泥不易泥化，對后續煤泥水處理比較有利。

2.2 原煤可選性

根據浮沉資料繪制可選性曲線(圖1、圖2)。從圖1和圖2可以看出，大粒度浮沉組成中高密度含量多，隨粒度減小，該密度級的含量也隨之減少，與篩分組成分析的結果吻合。中間物含量多，各粒級中間物含量在19.47%～27.21%。對50～1.0 mm粒級，當理論分選密度為1.50 kg/L時，理論精煤灰分為9.13%，理論精煤回收率為35.73%，δ±0.1含量為23.11%，可選性為較難選。對于1.0～0.25 mm粒級，當理論分選密度為1.60 kg/L時，理論精煤灰分為10.36%，理論精煤回收率為52.47%，δ±0.1含量為22.63%，可選性為較難選。

圖1 原煤50～1.0 mm可選性曲線

圖2 原煤1.0～0.25 mm可選性曲線

3 產品結構

選煤廠擴能后(增加6.0 Mt/a原煤)生產的產品煤，當精煤灰分Ad不大于11.00%時，可作煉焦配煤；當精煤灰分Ad為20.89%、發熱量Qnet，ar為22.99 MJ/kg時，是優質的動力用煤。產品的市場定位為煉焦配煤和動力煤兩種。

4 選煤工藝的確定

同忻選煤一廠現有生產工藝為：150～50 mm 塊煤采用重介質淺槽分選；50～1.5 mm采用有壓三產品重介質旋流器分選；1.5～0.15 mm粗煤泥采用螺旋分選機分選；0.15～0 mm細煤泥采用加壓過濾機回收。由于上述工藝無法生產煉焦配煤，同時同忻選煤一廠生產能力無法滿足礦井要求，因此需在原有廠區設施基礎上新建同忻選煤二廠，以滿足生產能力和產品質量雙重要求。該礦原煤可選性為較難選，從自動化程度高、分選精度易于控制及同忻一廠生產管理經驗的角度考慮，適合采用重介質分選。

4.1 塊煤采用重介質淺槽分選存在的問題

重介質淺槽分選機是塊煤排矸的最有效設備之一，其有效分選粒度為200～13 mm，有效分選密度一般在1.4～1.8 kg/L，在同忻選煤一廠進行動力煤分選時取得良好使用效果。但如果采用重介質淺槽分選機分選煉焦煤，那么只能選擇一個分選密度。當排純矸時，分選密度1.8 kg/L，精煤灰分18.5%，達不到低灰煉焦精煤的要求；為使產品質量達到煉焦精煤要求時，將分選密度設為1.42 kg/L，則精煤灰分11.0%，但每年卻有約82萬t灰分為42%的中煤要隨矸石一起排掉，造成資源浪費。可見重介質淺槽分選機不能同時實現既排純矸，又生產煉焦精煤的目的。

4.2 重介質旋流器分選工藝的選擇

4.2.1 重介質旋流器選前脫泥工藝的選擇

本設計采用脫泥重介質分選，且重介質旋流器的入洗上限為50 mm，下限為1 mm。原因如下：原煤破碎至50 mm以下再進入主廠房入洗，可以加大原煤和矸石的解離，提高精煤回收率；選前脫泥可以提高重介質系統穩定性，降低生產介耗，提高脫介效果。

4.2.2 兩產品或三產品重介質旋流器的選擇

本設計采用兩產品重介質旋流器主再洗工藝。原因如下：兩產品重介質旋流器的分選精度高，可任意設置主再洗的分選密度，介質循環量少，入料壓力小。同樣直徑的兩產品重介質旋流器排矸能力大于三產品重介質旋流器，更適合同忻原煤中矸石量大的煤質特點。根據同忻礦井1/3焦煤的煤質特點，如果采用三產品重介質旋流器分選，其精煤、中煤、矸石三種產品的比例需要達到34.96%、27.94%、37.10%，進入二段分選的物料占65.04%；因此，如果生產煉焦煤產品，在矸石含量比較大時，需要先排出矸石，而三產品重介質旋流器不能實現此功能。而目前的同忻選煤一廠采用三產品重介質旋流器生產動力煤時，精煤、中煤、矸石三種產品的比例約為71.05%、3.15%、26.80%，通過中流管進入二段分選的物料只占29.95%，可實現動力煤有效分選，但不能用于煉焦煤分選。

由于結構方面的原因，三產品重介質旋流器的一段圓筒旋流器底流產物(中煤+矸石)的排放量受限，通常情況下，一段的溢流產物要比底流產物產率高，否則三產品旋流器的處理能力將大大減少。而同忻選煤二廠生產低灰煉焦配煤時，精煤回收率較低，若采用三產品重介質旋流器分選，則所需的臺數較多或需選用更大直徑的旋流器，經濟不合理。而兩產品重介質旋流器對原煤波動的適應強，中煤和矸石含量的變化不會影響重介質旋流器的處理量。

4.2.3 采用有壓或無壓入料的選擇

本次設計采用有壓入料。原因如下：有壓入料時，介質循環量少；無壓入料的分選效果不如有壓入料；由于采用脫泥兩產品重介質旋流器，采用有壓入料，不但能保證分選效果，也方便廠房布置。

4.3 粗煤泥分選設備的選擇

由于需要低密度分選精煤，采用TBS比較合適。該設備適合低密度分選，分選精度較高。但在其分選過程中受粒度大小的影響較大，在寬粒度范圍分選時，分選效果不如螺旋分選機。為了獲得更好的分選效果，本次設計時將脫泥篩的開孔由1.5 mm改為1 mm，分選下限為0.25 mm，這樣可使進入干擾沉降床的粗煤泥粒級范圍變窄。

4.4 細煤泥脫水回收

本設計細煤泥不采用浮選工藝，0.25～0 mm的煤泥直接脫水作為動力煤產品。原因如下：由于采用煤泥沉降干擾床分選1～0.25 mm的粗煤泥，只需要處理小于0.25 mm的細煤泥即可；而從煤泥的小篩分和可浮性資料可知，小于0.25 mm粒級的灰分較高，浮選精煤的回收率低，在技術經濟上并不合理。

細煤泥脫水采用加壓過濾機與快開壓濾機聯合工藝，原因在于：加壓過濾機單機處理量大，產品水分低，且排料呈散狀，產品質量均勻；但是加壓過濾機對于極細粒物料的回收效率不高，不能全部回收，如果煤質差，容易造成細泥積聚；而快開壓濾機對于極細粒可以全部回收，但其產品水分較加壓過濾機稍高，且排料呈餅狀。

采用加壓過濾機與快開壓濾機聯合回收煤泥，可以在有效防范煤質變化的前提下，保證產品水分和質量，保證煤泥水系統安全可靠，適應煤質波動的情況。

4.5 工藝流程的制定

綜上所述，同忻選煤二廠最終確定的工藝流程為：50～1.0 mm 采用兩段兩產品重介質旋流器主再洗；1.0～0.25 mm粗煤泥采用TBS分選；0.25～0 mm 細煤泥采用加壓過濾機與板框壓濾機聯合回收。

5 結 語

同忻選煤二廠通過對原煤資料的分析，制定了合理的洗選工藝，選用了先進可靠的工藝設備和合理的工藝布置。選煤廠正式投產運行以來，根據不同的原煤煤質情況進行生產調節，各項生產技術及質量指標均達標，滿足了客戶對產品的要求，取得了較好的經濟效益和社會效益。