復合式干法選煤工藝在榆樹井煤礦選煤廠的研究與應用

劉德禮，賈安濤，何曉青，王玉強，肖慶華，陳廣印

(內蒙古上海廟礦業有限責任公司 榆樹井煤礦，內蒙古 鄂爾多斯 016200)

1 榆樹井選煤廠概述

上海廟礦業公司榆樹井煤田所產煤炭為特低灰～高灰、特低硫～高硫、低砷、低～中發熱量的不粘煤，特點是煤化程度最低，內部孔隙多、水分高，密度低、揮發分高、不粘結、化學反應性強、熱穩定性差、發熱量低、在空氣中易風化，主要用作動力用煤，適用于火力發電、各種工業鍋爐、民用散煤，也可作化工用煤等。

上海廟礦業公司榆樹井煤礦選煤廠為礦井型選煤廠，年設計入選原煤300萬t，是與礦井能力配套的動力煤選煤廠。原設計采用淺槽—旋流器—螺旋分選機分級洗選工藝：重介質淺槽分選機分選200～13 mm粒級塊煤，兩產品重介質旋流器分選13～1.0 mm粒級末煤，螺旋分選機分選1～0.25 mm粒級粗煤泥，小于0.25 mm粒級細煤泥由濃縮壓濾機處理，選后產品為塊精煤、末精煤、洗矸石、煤泥等。選煤廠實現了洗水閉路循環和零排放。該廠于2007年10月開工建設，2010年7月建成投產。

投入運營后發現，原煤易碎，末煤含量大，并且原煤伴生的矸石為軟巖，遇水極易泥化，產生大量次生煤泥，導致濕法分選工藝塊煤供應量不足，煤泥超負載，重液系統煤泥超標，密度調節負擔大，整體分選精度難以滿足設計要求，分選產品質量不達標。鑒于以上問題，2018年，選煤廠將原重介質選煤工藝改造為復合式干法選煤工藝。干法選煤技術不用水、工藝簡單、無需煤泥水處理系統、無污染，改造后各項指標達到預期效果，提質效果明顯，經濟效益顯著提高。

2 煤質特點與原洗選工藝存在的問題

2.1 煤質特點

原煤篩分與浮沉資料如表1～表3所示。從表中可以看出，大于100 mm粒級灰分較低，100～6 mm粒級中隨粒度降低灰分降低，但小于6 mm粒級中隨粒度降低灰分升高比較明顯，小于0.5 mm粒級原生煤泥灰分比原煤灰分高。總體末煤比塊煤灰分高，原煤存在矸石易碎、易泥化現象。并且原煤粒度較細，13～0 mm粒級末煤含量為69.56%，6～0 mm粒級粉煤含量為56.97%。小于0.5 mm 粒級原生煤泥含量較多，為15.08%。

表1 原煤粒度分析

從原煤浮沉組成表可以看出：

(1)浮沉組成中以小于1.40 g/cm3為主導密度級。低密度分選可生產低灰分精煤產品，但精煤產率低。

(2)大于1.80 g/cm3密度級矸石含量大，原煤可在大于1.8 g/cm3高密度排矸，生產動力煤產品。

(3)可選性分析表明，塊原煤(大于13 mm)和末原煤(13～1 mm)在理論分選密度為1.80 g/cm3左右進行排矸時，δ±0.1 含量分別為2.9%和7.1%，屬易選煤，對采用干法分選十分有利。

(4)各粒級浮沉煤泥量隨著粒度減小而顯著增加，各粒級浮沉煤泥灰分均明顯高于該粒級原煤灰分，也明顯高于原生煤泥灰分，說明矸石泥化嚴重，水洗時應考慮次生煤泥和矸石二次泥化現象。

表2 原煤(200～13 mm)綜合級浮沉試驗結果

表3 原煤(13～1 mm)綜合級浮沉試驗結果

2.2 原洗選工藝存在的問題

(1)褐煤伴生的矸石為軟巖，遇水極易泥化產生大量煤泥(產率大于20%，全水分大于35%，熱值小于3 976 J/g)，不僅難以銷售，而且環境污染嚴重，精煤產率低；

(2)在水洗過程中，產生“背灰”現象，產品在降低灰分的同時，增加了水分；

(3)生產工藝系統復雜，運行維護費用高，生產過程消耗水、磁鐵礦粉、藥劑，成本高；

(4)當原煤發熱量為12.54 MJ/kg左右時，入選原煤量超過6 000 t時，選煤廠需停機處理煤泥，影響礦井生產。

3 復合式干法選煤工藝的特點和工作原理

復合式干法選煤工藝解決了干旱缺水地區及低變質程度煤炭的分選問題，在提高煤炭入選比例及提高資源綜合利用率等方面發揮了重要作用。

3.1 復合式干選機的結構

復合式干法分選機由分選床、激振器、風室、機架、吊掛裝置、排料溜槽等部分組成。激振器由2臺振動電機固定在分選床背面電機架上，床體由3根鋼絲繩或電動吊掛聯結減振彈簧懸掛在機架上。

分選床包括布滿風孔的直角梯形床面、背板、格條、排料擋板和矸石門。在床面下部設置若干風室與離心風機相通，各風室均由風閥控制，風室和床面固定，與分選床成為一體，具體結構如圖1所示。

圖1 復合式干法分選機結構示意

3.2 復合式干選機工作原理

分選機的核心部件為分選床，床面為梯形結構，入料端較寬，矸石排料端較窄。梯形斜邊為排料端，直角邊安裝有背板，背板和床面有一定夾角，可實時調節。在背板上安裝有2臺振動電機。振動電機激振力在垂直于床面的方向和水平方向施加周期性作用力。垂直分力有助于將密度低的精煤顆粒拋向床層上層，中煤與矸石密度大，緊貼床面運動。水平方向激振力驅動中煤與矸石顆粒沿格條向背板運動，在背板的反彈作用下形成螺旋運動，中煤顆粒密度偏低，拋射距離遠，沿中煤排料口排出；矸石顆粒密度偏大，集中在背板附近，緊貼背板向矸石排料口運動排出，形成精煤、中煤、矸石3種產品。

4 干選工藝改造方案

(1)原煤準備系統。在篩分破碎車間內，小于200 mm粒級原煤直接進入80 mm原煤分級篩進行篩分，得到大于80 mm粒級大塊原煤和小于80 mm粒級原煤，此時篩上200～80 mm粒級的大塊原煤經帶式輸送機轉運至塊原煤破碎機破碎至80 mm 以下，后與上一級小于80 mm粒級原煤混合，經原煤上倉膠帶運至2個直徑為21 m的原煤倉(總儲量2萬t)儲存。在原煤入選膠帶處轉接，將小于80 mm粒級原煤引入干選系統。

(2)干選系統。干選系統安裝在原煤上倉膠帶輸送機走廊、水洗上煤膠帶輸送機走廊、煤泥干燥車間和水洗主廠房中間的空地上，利用原水洗上煤膠帶輸送機作為干選系統上煤膠帶輸送機，在膠帶輸送機上設犁式卸料器，把原煤卸到干選上煤膠帶輸送機上，再進入主選機進行分選。

小于80 mm粒級原煤送入干選系統，分選得到精煤和矸石。除塵系統收集的煤粉混入精煤，進行25 mm或13 mm 分級。最終產品為大于25(13)mm塊精煤、小于25(13)mm末精煤和矸石。精煤篩篩板可視塊精煤市場需要調整篩板篩孔。

(3)產品貯運系統。分選后產品進入振動篩進行25 mm分級，塊精煤進入原水洗塊煤膠帶輸送機返倉，末精煤進入原水洗末煤膠帶輸送機返倉，矸石進入原水洗矸石膠帶輸送機返倉，除塵器煤粉進入末煤膠帶輸送機。

利用1號產品倉作為大于25 mm精煤倉，利用2號、3號、4號產品倉儲存小于25 mm粒級末精煤產品；選后矸石由膠帶輸送機轉載后進入原水洗矸石倉儲存，汽運至排矸場，綜合利用或廢棄。

5 工藝改造效果

2017年4月干選工藝投產后，原煤及產品化驗結果見表4。

表4 干選產品平衡表

由表4可知，改造后塊精煤發熱量較原煤可提高5 000 J/g以上，末精煤發熱量較原煤可提高2 000 J/g以上，矸石帶煤率小于5%，精煤產率較原工藝提高約16%。

5.1 工藝改造的優點

(1)選煤廠實現無煤泥化生產，大大降低了環保壓力。

(2)選煤成本低、運行費用低，全員效率為濕法重介質工藝的2～3倍，效率大大提高，為礦井創造更大的經濟效益。

(3)選煤不用水、工藝簡單，在內蒙缺水地區不發生水耗、介耗、藥劑消耗，電耗低，選煤廠運行成本每噸降低4.23元。

(4)選后商品煤水分低、發熱量高、回收率高，不產生“背水”現象，為礦井提質增收提供保障。

(5)運轉平穩、維修量小，維修成本低；全封閉式運行、負壓操作、環保高效，投資成本低。

5.2 經濟效益分析

干法選煤工藝改造后，經過2018年全年運行，結合榆樹井煤礦選煤廠往年生產經營數據分析。干法選煤工藝較原重介質洗選工藝噸原煤可提高15元經濟效益。榆樹井煤礦2018年全年入選原煤205萬t，干法選煤工藝全年累計節支創效3 075萬元，創造了良好的經濟效益。

6 結 語

上海廟礦業公司榆樹井煤礦選煤廠通過對井田煤質的分析，將重介質分選工藝改造為復合式干法選煤工藝，復合式干法選煤工藝改造降低了選煤廠運行成本，提高了全員效率，選煤廠實現了無煤泥化生產。同時，入選原煤全粒級進入干法選煤系統，擺脫了動力煤脫粉選煤工藝的束縛，對推動動力煤選煤工藝的發展發揮了重要作用。