干法選煤在河南能源貴州公司的實踐與推廣應用

張振紅

(河南能源化工集團 采購公司，河南 鄭州 450016)

貴州豫能投資有限公司是河南能源化工集團有限公司的二級公司(簡稱“貴州公司”)，于2004年進入貴州，現擁有現代化礦井、化工、設備制造維修、酒店和地產開發等項目30余個，分布在畢節、安順、黔西南三地，其中30萬t/a煤制乙二醇項目處于國內領先水平。公司擁有煤炭資源量65.17億t，可采儲量31.12億t；現有新田、黔金、高山、糯東、安順和轎子山煤礦等6對生產礦井，原煤發熱量在15.05～22.15 MJ/kg，平均18.81 MJ/kg，原煤硫分在0.7%～3.0%(最高達4%以上)[1]。

1 貴州公司煤炭加工發展概況

貴州公司現有生產礦井中，新田礦建有設計生產能力1.20 Mt/a的塊煤重介質、末煤旋流器分選的選煤廠；黔金礦2006年建設一套9 m2FGX干法選煤系統；2008年轎子山礦平井建設了12 m2FGX選煤系統，于2010年投入使用。

結合我國干法選煤技術發展現狀[2]，2016年又分別在轎子山礦新井和安順礦建設12 m2和24 m2復合干法選煤系統，并順利投入使用；2018年4月將黔金礦干選系統改造為分選塊煤。2018年7月，考慮貴州公司所屬黔希煤化工的投產，為實現由公司內部礦井供應燃料和原料煤，經過試驗論證確定在新田礦建設18 m2復合干選系統，用于末煤預排矸，解決原煤灰分高、矸石易泥化導致末煤系統難以正常運行的難題；在黔金礦采用ZM300干選機分選末煤，在高山礦采用ZM150干選機加工原煤，結合各礦開采的煤層質量變化，分時段為黔希煤化工提供燃料煤和原料煤。新田、黔金和高山礦建設的干選系統分別于2018年12月到2019年3月陸續完成安裝調試，并進入正常生產階段。

2 干法選煤在貴州公司的實踐

2.1 轎子山礦

2.1.1 實施效果

由于轎子山煤礦屬一礦兩井共用一個儲煤場，且煤場面積狹小，建設煤炭加工系統受空間限制的實際，為此，2016年針對新井系統安裝一套FGX-12干法分選系統。干選系統運行后的具體效果：新井原煤干選后，塊煤含矸率由以前的30%左右，降低到5%～8%，不僅避免了2015年2—5月、2016年5—7月等時段因煤炭質量不合格(含矸率高)導致各品種塊煤滯銷的問題，而且穩定的塊煤質量使銷售步入良性循環。項目實施后，2017年塊煤綜合售價較2015年提高319元/t，增加效益2 900萬元[3]；粉煤(末煤)熱值比篩分提高1 136.96 kJ/kg，增加了市場煤發運量，減少了價格偏低的電煤銷售量，2017年市場粉煤數量較2016年增加46 133.54 t，價格提升171元/t，增加效益3 000萬元。

2.1.2 干選系統存在問題與改進措施

轎子山礦平井的干選設備屬于早期產品，處理能力嚴重不足，約有30%原煤不能入選，且塊煤含矸率偏高，達20%以上。通過增加1臺膠帶運輸機，實現平井和新井原煤并聯，在新井搬家倒面期間，利用新井系統分選平井原煤，提高礦井經濟效益；同時在平井原煤落地點安裝一套運輸膠帶與新井干選系統返煤點相連，實現新井和平井兩套干選系統共享，在新井兩次工作面搬家期間，利用新井干選系統加工平井原煤，取得較好收益(如表1)。從表1可見，僅在新井兩次搬家倒面累計35 d期間利用新井干選系統加工平井原煤就增收64.65萬元，同時避免了原煤粒度范圍過寬對用戶使用的影響。

表1 轎子山礦平井原煤利用新井干選系統加工與直接做電煤銷售的收益比較

新井干選系統原設計是礦井來煤預處理后直接分選，但因井下難以做到均勻生產，不均勻的給料導致各品種塊煤含矸率波動較大，矸石夾雜塊煤較多。解決方案：延伸原煤膠帶，重新建設運輸與配煤系統，落地緩沖后返選，以保證入料均勻穩定，還可通過摻配、晾干等方式降低入料水分，改善分選效果，提高產品質量。

干選系統的運行效果受系統狀態是否完好的影響較大。解決方案：建立菜單式維護和定期保養制度，對承擔干選系統生產組織的選裝隊每天的分選量、篩分時間、產品質量等制定雙層考核辦法，強化設備檢查、清理、維護、保養和檢修質量，并嚴格考核兌現，確保運行時間和效果。

2.2 安順礦

2016年安順礦干選系統投產后，末(粉)煤發熱量較以前的篩末煤提高1 254～1 672 kJ/kg，塊煤含矸率由30%～50%降低到10%左右，折合噸煤售價增加15～20元，年增收1 500萬元以上，系統運行4個月就收回了投資；并可根據用戶要求調節產品質量，增強對市場的適應性，且當原煤煤質越差、銷售越困難時，提質效果越好，干選的必要性越強。

在運轉中發現，系統是否正常運行與配件是否及時更換和操作是否熟練關系密切。由于人員素質和管理原因，2018年初該礦的干選系統分選床面未及時更換、風道未及時清理，系統一度出現幾乎沒有分選效果的情況，矸石帶煤高達10%以上，塊煤含矸率40%，直接影響煤炭正常銷售和企業收益。通過專門督促，安排專人協調配件發貨，并調整管理人員，對系統進行全面檢查、清理、檢修，更換床面以后，粉煤發熱量由17.13 MJ/kg提高到18.76 MJ/kg；塊煤產品綜合發熱量由21.40 MJ/kg提高到23.04 MJ/kg，恢復到了正常狀態。

2.3 黔金礦

2.3.1 老系統改造與應用效果

黔金礦設計主采煤層為9號、4號煤層，9號煤地質構造多且煤層賦存不穩定，4號煤層薄且一直有夾矸。干選系統于2007年初投入運行，原設計分選混煤。由于設備屬于早期產品，且已嚴重老化、處理能力不足，該礦改為只分選塊煤。分選后各產品塊煤含矸率均高于20%，尤其是20～40 mm小塊煤含矸率在30%左右，原煤質量差時含矸率甚至超過40%，且質量不穩定。礦井2019年開始開采15號煤(初步測算綜合塊煤率高于20%)，如果不提高分選效果，對塊煤的綜合售價與企業效益影響會更大。

參照轎子山礦新井2016年干選系統的運行效果，邀請廠家現場分析，認為對現系統改造后塊煤含矸率可控制在10%左右。于是投入20萬元主要對系統主風機和床面進行了更換。改造后塊煤含矸率達到了預期，經過測算，塊煤綜合售價提高21.65元/t。參照2017年全年80 mm以下塊煤產率7.7%計算，原煤產量按0.45 Mt/a計算，全年可創效75萬元。

2.3.2 ZM300干選機實施效果

黔金礦2019年2月開始回采15號煤，工作面受到陷落柱影響，原煤質量比投產前工作面順槽差，當時原煤發熱量在16.72 MJ/kg左右。2019年元月黔金礦ZM300干選機新系統開始安裝，3月開始調試。3月19日至3月31日的生產結果見表2。

表2 黔金礦ZM300干選系統試生產結果統計

由表2看出，新干選系統試運行11 d期間，粉煤熱值最高可提升3.17 MJ/kg，最低可提升1.53 MJ/kg，平均2.23 MJ/kg。2018年9月采樣進行工業性試驗時，原煤發熱量為15.56 MJ/kg，干選工業性試驗中粉煤發熱量提高到18.11 MJ/kg；與原煤相比，選后灰分降低7.79個百分點，低位發熱量提高2.55 MJ/kg。考慮部分時段由于工作面回采時受陷落柱黃泥影響，可以認為基本達到了預期目標。

2.4 高山礦

高山礦設計主要可采煤層為4號和9號。已開采的9號煤原煤發熱量在19.65～25.08 MJ/kg，平均在22.99 MJ/kg左右，全硫在2%～4%；4號煤原煤發熱量在14.63～18.81 MJ/kg，全硫在4%～6%。礦井僅配套建設篩分系統，雖然篩末煤發熱量比原煤可提高0.84～1.68 MJ/kg，但隨原煤質量變化而波動，且較頻繁；由于塊煤強度低，塊煤產率只有1%左右，發熱量只有12.54 MJ/kg左右，不適合作為主導產品。參照河南能源嵩山礦復合干選系統運行情況[4-6]，對高山礦兩可采煤層分別采樣進行工業性試驗。

經過論證分析確定，高山煤礦采用ZM 150型干法分選機分選，項目一期總投資約600萬元，干選系統2019年3月初開始安裝，僅用20 d就進入調試階段。

鑒于系統調試時，礦井只生產4號煤，且入選原煤平均發熱量只有12.44 MJ/kg，通過ZM-150型干選機分選，精煤熱值最高提升4.64 MJ/kg，最低也提升3.15 MJ/kg，平均提高3.94 MJ/kg；精煤產率平均68.92%，硫分降低約1個百分點，達到了預期目的。由于工作面原煤質量差，經過干選加工可摻配做化工燃料煤。3月27日原煤灰分52.10%時，干選精煤熱值可達到17.89 MJ/kg，接近燃料煤要求質量指標，當工作面條件好轉時，干選精煤可直接作為化工燃料煤。

高山礦2019年6月中旬9號煤工作面開始生產即采用干選系統進行分選。考慮該礦原煤中大于13 mm粒級含量很低，只有不到5%，所以小于50 mm粒級直接進入系統。

高山礦9號煤經過干選加工后，灰分平均降低10.96個百分點，硫分降低1.14個百分點，發熱量提高3.80 MJ/kg，達到23.08 MJ/kg，基本達到化工原料煤要求。如果除去工作面煤質異常的6月18日和21日，則平均灰分31.22%、發熱量20.85 MJ/kg的原煤，經過干選后精煤產率為83.05%，灰分、硫分分別降低9.39和1.16個百分點，發熱量提高3.36 MJ/kg，達到24.21 MJ/kg，完全能滿足化工原料煤的指標要求，達到了預期目標。干選前發熱量20.90 MJ/kg左右的末煤作為電煤售價為400元/t，干選后作為化工原料煤可銷售到736元/t，考慮到產率和加工費，噸煤增收為736×83.05%-400-5=206(元)。

2.5 新田礦

新田礦選煤廠設計能力1.20 Mt/a，采用塊煤重介質淺槽、末煤脫泥無壓三產品重介質旋流器分選，主要產品洗塊煤(大、中、小)用于化工合成氨造氣，洗末精煤用于高爐噴吹，篩末煤用于火力發電[1]。設計煤質資料是采用同一礦區鄰近礦井生產煤樣，并進行相應調整，投產后不僅灰分偏高一倍，而且矸石易泥化。選煤廠重介質末煤車間設計處理能力227 t/h，實際僅為80～100 t/h。受廠區條件限制，擴建煤泥水處理系統不僅沒有空間，而且投資很大，同時產生大量煤泥難以銷售。隨著黔希煤化工投產，為落實地方政策，實現企業綜合效益最大化，原設計洗末煤用于噴吹煤改為供應化工原料煤；結合干選技術發展應用情況，確定采用末煤預排矸，以提高入洗原料煤質量，從而降低系統煤泥量，替代大規模投資擴建煤泥水處理系統的改造方案。

2018年7月經過采樣進行工業性試驗，同時考慮場地限制，經論證確定采用環保型的復合干選系統，總計投資約400萬元，2019年2月底開始試生產，結果見表3。

表3 新田礦干選系統試生產結果統計

由表6可以看出，新田礦復合干選系統試生產期間，入選末煤水分平均7.4%，平均排矸率在6.5%左右，矸石灰分76.75%，發熱量平均提高1.53 MJ/kg。隨著入料水分指標的變化，分選效果有相應變化。工業性試驗第一次煤樣水分為6.2%，矸石12.61%，灰分71.0%，與原煤相比，選后灰分降低5.78個百分點，低位發熱量提高2.08 MJ/kg；第二次試驗煤樣水分5.8%，選后發熱量提升2.46 MJ/kg，矸石產率為10.71%，灰分高達81.84%。可見，入選末煤水分越低，分選效果越好。因為試生產與工業性試驗入料末煤水分的差異，分選效果出現差異。

通過對工業性試驗與試生產時入料水分變化對分選效果影響的分析，說明原料煤水分含量對干選系統的分選效果影響很大，因此對干選工藝原煤水分的控制較為關鍵。新田礦由于原煤水分過高，導致干選系統不能連續運行。

在新田礦干選系統的建設過程中，發現由于沒有系統的設計，不僅影響項目的建設進度，而且在系統安裝、安全設施等方面也存在一定的缺陷，如安全護欄的間距、人行通道的設置、設備起吊裝置的設立，以及煤流走向的布置等都需要完善和改進，特別是施工期間沒有完整的施工組織安全措施，沒有施工監理，對施工過程的質量和安全控制不夠全面。

3 干選生產系統方案優化設想

結合黔金礦ZM300干選機對15號煤分選效果的分析，根據煤質變化與黔希煤化工燃料煤供應的緊張程度和性價比，考慮進行測算分析中適時增加中煤產品，保證干選精煤可滿足化工用燃料煤質量要求，參照高山礦4號煤和9號煤的分選效果，可以預計黔金礦在9號煤正常生產時可以正常供應化工原料煤。

結合高山礦和新田礦干選系統對4號煤和高山礦9號煤的分選效果，考慮黔希煤化工燃料煤和原料煤的供應緊張程度，統盤考慮通過增加中煤產品，減少中煤在系統中的循環，提高系統處理能力，按照需要，適時調整燃料煤和原料煤的供應比例，服從整體供應需要，實現貴州公司的整體綜合效益最大化；特別是新田礦，通過增加中煤產品作為燃料煤使用，確保干選精煤質量可以直接滿足化工原料煤需要，盡可能不啟動運行成本較高的末煤重介質分選系統。

4 煤炭加工發展規劃

當黔金礦實現9號、15號煤的聯合開采時，產量規模將達到1.00 Mt/a或以上。為滿足生產需要，規劃把2006年建設的9 m2干選系統在適當時機拆除，根據產量規模進行相應升級改造，并結合塊煤質量與市場，考慮建設塊煤精選的必要性。

結合高山礦產量規模的提升可能，已預留了ZM150干法分選設備的安裝與煤流系統位置，屆時也可考慮將現有ZM150設備更換為ZM300型干選機以擴大處理能力，并根據產量變化適時進行改造。

結合新田礦產量與煤質變化，首先通過干選系統預排矸提高產品質量，如預排矸不能滿足黔希化工燃料和原料煤的要求，考慮重介質系統精煤熱值較高，適時啟動末煤重介質車間對干選提質后的部分末煤精進行精加工，將干選精煤和重介質精煤按比例進行摻配以滿足需要。如果礦井產量進一步提升，再結合實際考慮增加煤泥水處理能力或增大干選能力，具體方案經論證后實施[7]。

安順和轎子山兩礦屬于托管礦井，一旦實現長期運營，考慮在兩礦井附近收購或者建設塊煤淺槽分選系統，對兩礦干選系統加工的塊煤進行精加工，以提高產品質量，滿足終端用戶要求。同時，對轎子山礦的平井干選系統進行改造升級，增加分選能力與提高分選精度，滿足生產需要。

鑒于糯東礦生產尚不穩定的情況，待產量形成規模或較為穩定后，在現有篩分系統基礎上，考慮建設干選系統，提高和穩定產品質量，滿足電煤和化工用煤的質量需求。

5 干選系統推廣應用建議

5.1 規范設計，系統實施

貴州公司通過實施干選項目，發現雖然投資少，見效快，運行成本低，效益明顯，但是由于設計不系統，不規范，在實施過程中遇到了一些問題。具體表現是：基于干選系統相對簡單，投資規模小，一直以來沒有出具系統設計方案和正規的設計圖紙，大都主要以銷售設備為主，系統方案和圖紙設計都作為附帶服務內容，這對于建設程序比較規范的國有企業項目，難以滿足正常的項目招議標需要。建議干選設備制造廠家盡快和選煤設計單位結合，完善設計方案與規范出圖，或者盡快成立設計機構，不僅要綜合考慮系統分選功能、原料入料和產品倉儲等環節，還要考慮安全環保等方面的系統設計，嚴格按照項目程序操作，完善工程施工組織與安全措施，由建設單位聘用施工監理單位對工程施工質量進行規范監督，以便于在國有企業中大范圍推廣。

5.2 完善系統的設計細節

干選工藝要大量推廣，不僅要適應企業安全與環保發展要求，還要考慮如何方便檢修。對于系統的人行通道、安全護欄、設備檢修平臺、起吊設施、設備防護、防塵和防噪以及塊煤產品的防破碎等等，都要參照選煤廠設計規范要求進行規范設計與配備，全面提高工程檔次，滿足實際需要。

5.3 靈活排矸機構，增加系統適應性

隨著煤礦開采的大型化、自動化和智能化發展，礦井源頭煤質的穩定控制措施越來越少，原煤質量隨著地質條件變化波動較大且比較頻繁，為確保產品質量穩定，干選系統在排矸能力方面需要增強對煤質波動的適應性，增大排矸能力范圍，實現排矸能力的可調與自動調整。

5.4 提高自動化、智能化程度

干選系統要順利廣泛推廣應用，就要順應時代發展，提高系統自動化和智能化水平，盡快實現原煤和產品質量在線自動檢測，并根據檢測結果及時調整排矸量；要能夠根據產品要求調整產品出料口的截留寬度，得到合理的產品質量指標定位，便于調整產品結構比例，合理提高企業綜合效益。

5.5 建設示范工程，促使盡快推廣

通過規范設計，提高自動化和智能化水平，盡快建設示范工程，組織煤炭企業相關人員現場參觀學習，高效普及干法選煤知識，從而推動干選工藝的推廣應用，為干法選煤的發展和煤炭企業效益提升奠定基礎。