渦北選煤廠“選煤工藝優化，精煤結構重組”的創新與實踐

薛 峰

(淮北礦業集團 渦北選煤廠，安徽 淮北 235000)

渦北選煤廠是淮北礦業集團所屬的中心型選煤廠，是安徽省“861”重點項目之一，設計規模為入選原煤量12.00 Mt/a。工程一次設計，分兩期建設，一期工程規模入選原煤量6.00 Mt/a。

渦北選煤廠現有的選煤工藝為“無壓三產品重介質旋流器+脫泥浮選+尾煤壓濾”。主要入選淮北礦業集團渦北煤礦、袁店二礦、許疃煤礦、楊柳煤礦、童亭煤礦等礦原煤，主要產品為煉焦精煤和肥精煤。

目前，煤炭市場已經由“賣方市場”轉變為“買方市場”，洗選低灰精煤是大勢所趨，占領低灰市場也是必行之路。低灰精煤雖然可以滿足市場要求，迎合客戶需求，但是由于精煤灰分的過度“壓低”，各選煤廠在洗選過程中，都不同程度的存在大量精煤損失到中煤和煤泥里的問題，造成了極大的經濟損失。渦北選煤廠針對這一問題，探索“精煤再回收”洗選方法，并通過生產實踐，取得的效果十分顯著。

1 問題分析

渦北選煤廠低灰肥煤精煤灰分區間是9.51%～10.00%，即10級精煤；而高灰肥煤的精煤灰分區間是10.51%～11.00%，即12級精煤。受困于低灰精煤與高灰精煤之間這2級精煤灰分指標的差異，以及傳統洗選方法在生產工藝和洗選模式上存在的制約，低灰精煤是無法實現全部回收的。通過大量生產數據分析，低灰精煤洗選主要損失有以下2個方面：一是小于0.5 mm粒級精煤損失在煤泥中；二是大于0.5 mm粒級精煤損失在中煤中。

1.1 生產數據指標對比分析

2019年度渦北選煤廠低灰肥煤和高灰肥煤的各項生產數據指標對比見表1。

表1 2019年低灰肥煤和高灰肥煤生產均值數據對比

表1顯示，低灰洗選所對應的中煤灰分僅有24.16%，高灰洗選的中煤灰分為28.75%，差值4.59個百分點。同樣，低灰洗選尾礦灰分48.70%，比高灰的59.25%，差值10.55個百分點。

1.2 低灰浮選損失的精煤

渦北選煤廠對2019年低灰和高灰肥煤加壓過濾機生產情況進行統計，其中高灰平均入洗1 t原煤時，加壓過濾機排料板數0.073板；而低灰平均入洗1 t原煤時，加壓過濾機排料板數是0.057 板。加壓過濾機生產噸煤板數的差異，體現出高、低灰浮選精煤回收效果的產率差別。

1.3 低灰重選損失的精煤

在低灰重選過程中，精煤主要損失在中煤里。針對于重選精煤的損失，渦北選煤廠統計了2019年中煤生產情況，并對中煤進行浮沉試驗對比，見表2。

表2 低灰與高灰的中煤浮沉對比

從表2可以明顯看出，在小于1.4 g/cm3密度級中，低灰肥煤產率28.15%，灰分10.27%，高灰肥煤產率7.34%，灰分11.68%。同樣小于1.4 g/cm3密度級的中煤中，低灰比高灰多含20.81%的中煤，這多出的20.81%的中煤，就是低灰洗選過程中損失到中煤里的精煤。而這部分損失的精煤灰分僅有10.27%，又恰好能夠滿足高灰精煤的灰分要求。洗選低灰時，中煤產率約為10%，因此理論上計算，低灰重介中煤占中煤產率的60%，則損失的精煤產率約有1.25%。

2 “精煤再回收”洗選方法

2.1 洗選理論

“精煤再回收洗選法”是建立在數據測算的基礎上，對低灰和高灰2種精煤產品中所包含的粗細粒度級別的部分精煤，進行重新調配組合。科學改變2種精煤產品的結構比例，合理調控2種產品的灰分高低組成，構建出低灰和高灰各自全新的洗選灰分空間，進而實現綜合精煤產率最大化操作的新型洗選方法。

2.2 數學模型

該數學模型的建立對精煤產品結構進行了細化，對各組成部分的量和灰分進行綜合計算和分析，從而重構精煤產品，以期達到精煤綜合產率的最大化。

由于精煤灰分區間、洗選工藝、粒級組成、產品目標灰分等不同，因此組成最終混精煤的種類和占比也不同。但原則是所有從低灰系統分流的精煤，其加權平均灰分數值是介于高灰和低灰考核灰分之間。

2.3 渦北選煤廠建立數學模型情況說明

以渦北選煤廠為例，目前渦北選煤廠肥煤有低灰和高灰2種洗選規格，混精煤灰分結構如下：

Ad1=(Ad11m11+Ad12m12+Ad13m13)/

(m11+m12+m13)

(1)

Ad2=(Ad21m21+Ad22m22+Ad23m23)/

(m21+m22+m23)

(2)

式中：Ad1為高灰、Ad2為低灰混精煤灰分，Adx1、Adx2、Adx3分別為各自系統重介精煤、粉精煤、浮選精煤的灰分，%；mx1、mx2、mx3分別為各產品單位時間產量，t/h。

m24為低灰中煤返洗的再生精煤量，t。

3 “精煤再回收”實踐措施

3.1 工藝流程對比

在傳統的工藝洗選方法中，低灰和高灰的洗選是互不交叉的，入洗的原煤經過低灰系統三產品重介質旋流器分選后，大量精煤伴隨著中煤和煤泥當作副產品銷售。“精煤再回收”洗選法則打破了傳統的洗選思維，低灰和高灰洗選系統相互交織，精煤產品按需分流，工藝流程發生巨大改變。改變前后的工藝流程見圖1、圖2。

圖1 改變前傳統的洗選法工藝流程

圖2 改變后“精煤再回收”洗選法工藝流程

3.2 實踐措施

3.2.1 分流部分浮選精煤，解決煤泥中的精煤損失問題

渦北選煤廠雙系統對高灰和低灰肥煤進行洗選，將部分低灰浮選精煤分流至高灰精煤之中，從而為低灰浮選操作提灰分、提產率提供所需“灰分空間”。低灰浮選和高灰浮選按照同一灰分等級進行控制，質量司機可以“放手”去操作。

3.2.2 低灰重介中煤再選，解決中煤的精煤損失問題

在浮選提灰增產率的前提下，為保證質量合格，低灰重介已經不具備提灰的條件。因此需要通過把含有精煤的低灰重介中煤，轉移至高灰肥煤生產系統再選，將損失的精煤進行再回收，解決中煤的精煤損失問題。

3.2.3 分流部分低灰重介精煤，保證高灰精煤灰分結構平衡

低灰中煤的再選，雖然回收了中煤里損失的精煤產品，但也增加了重介精煤結構中高密度級精煤的占比。因此通過將部分低灰重介精煤分流進高灰系統，保證了整個高灰重介精煤中的灰分結構平衡，精煤結構量比關系合理，因此高灰重介灰分控制的密度基數沒有發生改變。進而實現了低灰重介產率最大化，低灰重介損失精煤基本回收。

3.2.4 將全部低灰粉精煤轉移至高灰系統，“盤活”整個精煤結構組成

就渦北選煤廠而言，低灰粉精煤的灰分在10.5%～10.9%之間波動，它高于低灰考核上限是10.0%，卻低于高灰考核上限是11.0%。 因此將全部低灰粉精煤轉移至高灰系統，可以說是一個“因地制宜”的巧招。轉移后既能夠解決粉精煤在低灰系統灰高的問題，又能夠在高灰系統充當“背灰”的角色。

4 實施效果

4.1 實施前后精煤灰分情況對比

對措施實施前后精煤灰分進行統計對比，對比情況見表3。

表3 傳統方法與新型洗選方法生產灰分數據對比

通過數據對比，“精煤再回收”洗選法實施后，高灰生產灰分格局基本沒有發生改變。但是低灰洗選灰分格局發生巨大的改變。相比傳統的洗選方法，新的洗選格局下低灰重介平均灰分提高了0.17%，浮選平均灰分提高了0.62%，尾礦灰分提高了9.03%。

4.2 實施前后中煤和煤泥發熱量對比

根據生產統計，渦北選煤廠2019年洗選低灰的月份中煤發熱量平均為14.79 MJ/kg，煤泥產品的發熱量平均為12.10 MJ/kg。2020年3月份，實行“精煤再回收”洗選法后，情況發生改變。外銷中煤發熱量為14.56 MJ/kg，煤泥的發熱量為9.77 MJ/kg，相比傳統洗選工藝副產品發熱量顯著降低，說明中煤和煤泥中損失的精煤得到了有效回收。

5 實施效益

5.1 社會效益

“精煤再回收”洗選法的應用，極大地提高了低灰洗選的精煤產率，改變了以往副產品帶精煤的狀況，使自然資源得到合理的利用，符合國家可持續發展的戰略目標。

5.2 經濟效益

通過低灰中煤返洗再選，可有效地提升精煤產率，按照綜合產率提升4%計算，渦北選煤廠2020年肥原煤計劃量是138 萬t，精煤按照1 000元/t核算。同時考慮剔除煤泥和中煤減少帶來的利潤降低以及洗選成本增加，中煤按照1.5%產率，中煤價格按照300元/t。煤泥按照2.5%產率核算，煤泥價格120元/t計算，全年預計可以增效：

(1)精煤提升效益：138萬t×4%×1000元/t=5520萬元

(2)中煤和煤泥產量降低而減少的經濟效益：

138萬t×1.5%×300元/t+138萬t×2.5%×120元/t=1 035萬元

綜合提升效益：5520萬元-1035萬元=4 485萬元

6 未來優化措施

6.1 浮選精煤脫水系統改造

“精煤再回收”洗選法實施后，由于高水分的浮選精煤分流至高灰系統，造成高灰精煤水分控制難度加大。因此未來將通過新增高效浮選脫水設備改造，進一步降低浮選精煤水分，保證高灰精煤水分合格。

6.2 粉精煤系統降灰脫水改造

“精煤再回收”洗選法實施后，高灰精煤中粉精煤的量增加，現有粉精煤水分在13%～15%之間。且高灰系統粉精煤平均灰分11.67%，灰分偏高，也需要重介灰分來“背灰”。為此，計劃通過對粉精煤系統進行降灰脫水改造，為進一步提升總精煤產率、降低精煤水分開辟新的“操作空間”。

6.3 中煤破碎單獨再洗系統改造

低灰中煤進入高灰系統返洗，無形中增加了高灰系統的洗選難度。未來通過增設有壓二產品重介旋流器改造，對破碎后的中煤進行單獨洗選，解決中煤返洗對于高灰系統洗選的影響，分選出更多的精煤產品，提高精煤產率。

7 結 語

渦北選煤廠“精煤再回收”洗選法是一種洗選方法的創新，更是一種洗選思路的開拓。因此“精煤再回收”洗選法并不是一種固定的洗選方法，不同的選煤廠可以根據自身實際情況，靈活調整生產模式，合理改變精煤結構組成，從而為低灰精煤提高產率提供所需的灰分空間，有效減少低灰精煤洗選過程中精煤的損失問題，增加經濟效益。