榮輝選煤廠穩定瘦精煤質量的試驗研究

白少龍，延海龍，王亞男，楊光遠，趙 杰，周 彪

(1.中煤科工集團 唐山研究院有限公司；2.唐山國選精煤有限責任公司，河北 唐山 063012)

武鄉榮輝選煤廠位于長治市武鄉縣洪水鎮。2018年改造后，生產能力達到1.20 Mt/a，選煤工藝為無壓三產品重介質旋流器+浮選，主要生產主焦煤和瘦煤，精煤產品主要供應長治地區的焦化廠。由于下游焦化廠要求瘦煤黏結指數在40以上，而本廠瘦煤存在氧化嚴重，黏結指數下降的情況，因此有必要對瘦煤配煤和瘦煤黏結指數下降規律進行研究。生產過程中，原煤配比、精煤全硫、黏結把控是選煤生產的關鍵。只有掌控好這幾個關鍵點，才能保證出廠精煤指標滿足焦化廠的指標要求，保證供需雙方利益不受損失。

1 精煤全硫波動問題及解決方案

1.1 精煤全硫波動問題原因分析

實際生產過程中，煤炭全硫的測定會有波動和誤差，不僅是原煤本身全硫存在波動，還與配煤方案、化驗操作有關。榮輝選煤廠的一個焦化廠，客戶全硫考核基準是1.50%，每超0.01%則扣款10 元/t，超過0.05%則會拒收，如果已卸車不能退貨的則會按照15 元/t進行單車扣款。因此掌握與摸清這幾項關鍵點對于出廠精煤指標把控是極其重要的。

1.2 監測原煤各密度級全硫，調整優化配煤方案

分析各原煤煤樣，發現原煤中小于1.4 g/cm3密度級的全硫波動不大，基本能在0.2%以內。但是部分原煤如福達瘦煤、馬堡瘦煤、新升焦煤等原煤中1.4～1.8 g/cm3密度級的全硫比小于1.4 g/cm3密度級的全硫要高出0.5～1.3個百分點不等，且各密度級全硫波動范圍在0.2%～0.5%，波動較大。

主選原煤全硫波動范圍大，使得配煤難度加大，因此能否做好基礎化驗指標統計工作，關系整個生產系統的根本。通過建立不同煤種以及不同批次原煤入廠的化驗統計表格，對各密度級煤樣指標進行監測，便于對配煤方案進行調整優化。入廠部分原煤浮沉及化驗指標統計見表1。

1.3 煤標物分級對等，減小誤差

我國無煙煤和煙煤按照干燥基全硫St，d分級，共分為5個等級，分別為特低硫煤 (小于 0.50%)、低硫煤(0.50%～0.90%)、中硫煤(0.91%～1.50%)、中高硫煤(1.51%～3.00%)、高硫煤(大于3.00%)。

在實際生產中，煤標物應與所測煤樣全硫分級對等，才能減小測量誤差。如果所測煤樣全硫與煤標物相差0.5個百分點以上，則會出現所測數值與實際數值存在較大偏差的情況。如分別使用全硫0.66、1.43煤標物對定硫儀標定，測量實際全硫在1.30%～1.50%左右的煤樣，得出所測煤樣全硫相差0.07%～0.1%。出現這種情況的主要原因是與定硫儀設備設置的斜率a、截距b值有關。以三德庫倫定硫儀為例，假設y=aix+bi，不同全硫含量的煤標物對應自己的a、b值。全硫含量差距越大，a、b值變化越大。此外還需用全硫相近的煤標物進行互標，對系數進行進一步的修正。

濟南眾標和泉東標準物質研究所提供的煤標物全硫從0.28%～4.03%，共計26種，選煤廠可以根據本廠生產全硫情況進行選取。榮輝選煤廠選取的煤標物見表2。

表2 國家級煤標準物質標準值及不確定度

1.4 精煤產品混合均勻

(1)全硫指標至少比客戶要求指標低0.05～0.15個百分點。隨著定硫儀設備的不斷改進，測量精密度有所提高，雖然差值可能較GB/T 214—2007《煤中全硫的測定方法》中規定的小，但仍存在誤差。從生產實際中總結，出廠全硫指標應在合同要求的數值上至少降低0.05～0.15個百分點，根據焦化廠反饋值再做調整。庫倫滴定法測定煤中全硫精密度見表3。

表3 庫倫滴定法測定煤中全硫精密度

(2)部分地區如長治市武鄉縣內原煤破碎嚴重，煤泥含量很大，導致相應的浮選精煤量較多，能占精煤總量的15%～30%。重介和浮選精煤產品全硫存在0.2個百分點左右的差值。需要將兩種精煤充分混合均勻，避免采樣不均勻導致指標反饋出現問題。當然，也有些煤種的浮選精煤和重介精煤的全硫差距不大，甚至偏小，需要根據具體煤種判斷。

1.5 對標第三方，以客戶反饋為準

生產過程中，會出現化驗室指標與客戶反饋指標不一致的問題，這不僅僅是因為煤標物不同，還與全硫測量過程中的不確定度、再現性臨界差以及化驗室采制樣有關。因此應及時從客戶獲取化驗指標，便于及時調整生產。若差值較大，應與有資質的第三方檢測單位進行對標。但是整體上要以客戶反饋指標為準進行相應調整。精煤產品全硫對標結果見表4。

表4 選煤廠瘦精煤產品全硫對標統計

2 工藝性能黏結問題及解決

2.1 黏結指數下降原因分析

瘦煤屬于煙煤中變質程度較高的一種，煤化程度的提高，賦予了瘦煤特有的結構。瘦煤分子的基本結構單元上的縮合芳香核(菲環、蒽環、苾環為主)逐漸增多，芳香核周圍連接的烷基側鏈變少變短，含氧官能團逐漸消失變少。其結構單元核環圖及低揮發分煙煤結構單元模型如圖1、圖2所示。瘦煤抗碎強度較好，但是耐磨性能較差，膠質層厚度Y值一般在6～10 mm左右。

煤的表面氧化主要與空氣、水、陽光有關，一般在煤的內外表面形成表面碳氧絡合物，該種絡合物很不穩定容易分解。雖然該種表面氧化比使用氧化劑(如：高錳酸鉀、雙氧水、重鉻酸鈉等)氧化程度低，但這種表面氧化卻使得瘦煤的黏結性能發生了較大變化，會出現黏結指數明顯下降甚至黏結性能消失的情況。

圖1 煤結構單元核環

圖2 低揮發分煙煤結構單元模型

2.2 掌握黏結性變化規律

周群等研究發現，瘦煤黏結性隨著儲存時間的延長逐漸降低。1 d平均降低值在0.32～1.18不等，而且初始黏結性越高，平均黏結性下降值越大。鄭海蘭等研究發現，弱黏結煤隨著儲存時間的延長，黏結性逐漸降低，同種煤下降先快后慢。且粒度越小降低速率越快，1 d平均降低值在0.37～2.14不等，研究粒度主要是小于0.2 mm和小于3 mm的自然露天瘦精煤。

經研究發現，武鄉地區瘦煤黏結指數1 d平均降低值在0.47～1.65 不等，下降趨勢整體表現為先快后慢。在30 d左右黏結指數基本趨于穩定數值。武鄉地區瘦煤黏結性下降比較明顯，除與瘦煤本身受氧化影響有關外，還與本地區粉末煤占比較大因素有關。需要特別指出的是，以上黏結性下降平均數值統計周期為30 d內。30 d后黏結指數趨于某值，黏結性變化特別小，根據實際生產使用情況，無需再做研究。

生產過程中對不同瘦精煤進行自然表面氧化，并進行黏結指數追蹤。表4中1號精煤是按照福達瘦煤∶馬堡瘦煤∶新升=4∶2∶1的比例進行配選；2號精煤是按照福達瘦煤∶新升=5∶1的比例進行配選；3號、4號精煤是不同批次的東莊瘦煤進行單獨分選。

研究先檢測氧化天數x不大于15 d的黏結指數y變化情況，其變化如圖3、圖4所示。對數據進行線性函數擬合。從圖形走勢及線性函數擬合結果可以看出，隨著氧化天數的增加，黏結指數不斷下降，但是不同種瘦煤或者同種不同批次瘦煤的黏結指數的降低量不盡相同，最低為0.64/d，最高可達到1.65/d。表征擬合效果的R2值在0.955～0.999范圍內，擬合效果較好。

圖3 1號、2號瘦精煤黏結指數隨存儲時間的變化趨勢

圖4 3號、4號瘦精煤黏結指數隨存儲時間的變化趨勢

對瘦精煤黏結指標進行繼續跟蹤監測，受表面氧化天數x不大于30 d(或者60 d)，黏結指數y變化如圖5、圖6所示。并對數據進行對數函數擬合。從圖形走勢及對數函數擬合結果可以看出，隨著氧化天數的增加，黏結指數下降速率先快后緩。R2值在0.95左右，擬合效果較好。

圖5 1#、2#瘦精煤黏結指數下降對數函數擬合

圖6 3#、4#瘦精煤黏結指數下降對數函數擬合

2.3 穩定原煤采購，檢測入選原煤GR.I值

盡量采購煤礦新產出的原煤，避免進廠原煤長時間堆放，以防止入選原煤黏結指數下降太多。對于不同批次原煤要分堆堆放，及時化驗檢測，把握“原煤快進，及時入選”的原則。

2.4 調整配比，原煤配煤要混合均勻

對于黏結指數已經下降的原煤，要及時調整配煤比例，不能將入廠時的黏結指標作為配煤依據。對配洗2種以上的原煤，要通過給煤機等方式將原煤配好后再分選，以保障產品質量穩定，使得化驗指標受采樣影響降到最低。

2.5 精煤產品混合均勻，把握“指標預留，產品快出”原則

(1)精煤產品混合均勻。最終精煤一般包括重介精煤、粗精煤泥、浮選精煤。浮選精煤黏結指數和其它2種精煤存在差距，差值最高可達 20，此時需保證各項精煤混合均勻，避免下游客戶因采樣不均而出現問題，導致化驗指標不合格而發生扣款。

(2)把握“指標預留，精煤快出”原則。實際生產過程中，精煤并不是全部暴露在空氣、陽光下。煤堆內部由于受到覆蓋保護，黏結指數下降速率比外側低。因此在實際生產過程中，落地精煤黏結指數需在合同要求的基礎上至少增加5～10，同時還得保證3 d內精煤出廠。若無法保證及時出廠，可能需要更高的落地精煤黏結指數，才能保證客戶反饋指標合格。

3 結 語

通過原因分析，選煤廠主要從掌握入廠原煤指標波動、優化原煤配煤及精煤混合、完善化驗操作、摸清瘦煤受外界環境因素影響黏結指數變化規律、預留指標以及第三方對標六大方面著手，解決了選煤廠生產瘦煤時的技術指標問題。保障了精煤出廠指標及焦化廠入廠指標的“雙合格”，避免了因精煤質量指標不達標而帶來的經濟損失，從而保證了供需雙方的經濟利益。