基于干濕工藝結(jié)合的選煤廠改造方案探討與實(shí)踐

張振紅

(河南能源化工集團(tuán)采購(gòu)公司，河南 鄭州 450016)

新田煤礦隸屬于河南能源化工集團(tuán)(簡(jiǎn)稱“河南能源”)貴州豫能投資公司。貴州豫能投資公司(簡(jiǎn)稱“貴州公司”)產(chǎn)業(yè)涉及煤炭、煤化工、裝備制造與酒店管理等業(yè)務(wù)。新田選煤廠與礦井配套建設(shè)、同時(shí)投產(chǎn)。選煤廠設(shè)計(jì)能力1.20 Mt/a，采用塊煤重介淺槽+末煤脫泥無(wú)壓給料三產(chǎn)品重介旋流器+粗煤泥TBS+細(xì)煤泥浮選和尾煤濃縮壓濾回收的聯(lián)合工藝，原設(shè)計(jì)主要產(chǎn)品為無(wú)煙洗塊煤用于合成氨造氣、洗末精煤供應(yīng)高爐冶煉噴吹、篩末煤作為火力發(fā)電燃料[1]。同屬于貴州豫能投資公司的黔希煤化工30萬(wàn)t/a煤制乙二醇項(xiàng)目，2018年下半年試生產(chǎn)。

貴州省電煤保供政策規(guī)定：發(fā)熱量以20.91 MJ/kg為基準(zhǔn)，1 MJ/kg單價(jià)為16.67～21.43元/t。黔希煤化工燃料煤要求發(fā)熱量大于18.82 MJ/kg，原料煤發(fā)熱量24.25～25.93 MJ/kg，1 MJ/kg單價(jià)為28.57元/t左右。為實(shí)現(xiàn)貴州公司煤炭與化工一體化生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)，新田選煤廠主要產(chǎn)品由原設(shè)計(jì)生產(chǎn)高爐噴吹煤調(diào)整為供應(yīng)黔希煤化工公司的化工原料煤。因受礦井產(chǎn)量規(guī)模較小與運(yùn)輸條件限制，新田選煤廠以生產(chǎn)洗塊煤和篩末煤為主，為滿足內(nèi)部化工原料煤需要，2018年3月份才開始正式啟動(dòng)末煤洗選系統(tǒng)生產(chǎn)末精煤，但末精煤屬于低灰、高發(fā)熱量產(chǎn)品，正常情況下發(fā)熱量28.43 MJ/kg以上，而黔?；な褂迷厦喊l(fā)熱量為24.25～25.93 MJ/kg。為實(shí)現(xiàn)正常供應(yīng)化工原料煤，對(duì)選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行全面剖析，并結(jié)合選煤技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀尋求解決方案。

1 干法選煤的發(fā)展及應(yīng)用前景

我國(guó)干法選煤工藝技術(shù)與裝備近年來(lái)取得了重大發(fā)展，不僅為動(dòng)力煤入選率的提高發(fā)揮了重要作用，而且成功應(yīng)用到冶金煉焦煤選煤廠的預(yù)排矸，同時(shí)粉煤干選也具有較好分選效果。當(dāng)前，成熟的干法選煤工藝主要有復(fù)合式干選、塊煤智能干選和空氣流化床重介分選等。其中應(yīng)用最為廣泛的是復(fù)合干法選煤工藝，近年來(lái)，塊煤智能干選替代人工手選發(fā)展也比較迅速。另外，復(fù)合干法分選在用入選能力已超過(guò)2.0 億t，而且設(shè)備在大型化、智能化和系列化方面不斷完善，已成功應(yīng)用到國(guó)有大型煤炭企業(yè)主力選煤廠，并出口到15個(gè)國(guó)家[2]。

2 選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)存在的問題

2.1 重介系統(tǒng)難以直接生產(chǎn)高灰精煤

新田煤礦生產(chǎn)煤樣浮沉試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，低密度和高密度含量多、而中間密度含量較少，理論上通過(guò)調(diào)節(jié)分選密度可適當(dāng)提高末精煤灰分。當(dāng)分選密度由1.58 g/cm3提高到1.7 g/cm3，發(fā)熱量由29.69 MJ/kg降到28.02 MJ/kg，如提高到1.85 g/cm3，±0.1含量為3%左右，發(fā)熱量可降低到26.34 MJ/kg，密度調(diào)節(jié)對(duì)發(fā)熱量的影響明顯鈍化、且僅僅理論推算，實(shí)際無(wú)法操作。因中煤含量少，即使全部摻入對(duì)精煤灰分提高也不明顯[3]，僅僅通過(guò)調(diào)節(jié)分選密度提高產(chǎn)品灰分難以達(dá)到化工用煤發(fā)熱量低于25.93 MJ/kg的要求。該廠塊煤采用塊煤重介淺槽、末煤洗選系統(tǒng)無(wú)壓脫泥三產(chǎn)品重介旋流器分選，由于無(wú)煙塊煤售價(jià)較高，末煤系統(tǒng)實(shí)際入選粒度級(jí)為0.5～10 mm，入洗原料煤浮沉試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 原煤10～0.5 mm粒級(jí)浮沉試驗(yàn)結(jié)果

2.2 末煤分選能力受煤泥水系統(tǒng)制約

2.2.1 原煤灰分較設(shè)計(jì)資料倍增，末煤實(shí)際分選能力降低

新田礦選煤廠設(shè)計(jì)時(shí)采用的煤樣為同一礦區(qū)石橋礦生產(chǎn)的煤樣(M4和M9煤層)。石橋礦M4原煤平均灰分為19.69%，M9原煤平均灰分為17.46%。但新田礦實(shí)際生產(chǎn)的M4原煤加權(quán)平均灰分為41.02%，選煤廠設(shè)計(jì)處理能力為227 t/h，實(shí)際僅為80～100 t/h，處理能力降低50%以上。

2.2.2 原煤水分高、矸石泥化嚴(yán)重，煤泥水系統(tǒng)成為制約生產(chǎn)的瓶頸

設(shè)計(jì)選用石橋煤礦的M4和M9煤頂板、夾石、底板進(jìn)行泥化試驗(yàn)，泥化比值平均為1.10%；新田煤礦原煤中夾矸、矸石主要成分為泥巖，矸石泥化比為21.37%，大于20%。根據(jù)《選煤廠煤伴生礦物泥化程度評(píng)定》(MT/T1075-2008)判定，矸石為高泥化程度。設(shè)計(jì)濃縮機(jī)入料濃度不高于80 g/L，循環(huán)水濃度不高于40 g/L，底流濃度不低于300 g/L。實(shí)際濃縮機(jī)入料濃度平均高達(dá)276 g/L，循環(huán)水濃度平均高達(dá)187 g/L，底流濃度只有240 g/L。經(jīng)試驗(yàn)觀察，一旦入料濃度達(dá)到或超過(guò)150 g/L，煤泥基本不再沉降，直接制約正常生產(chǎn)，甚至造成濃縮機(jī)壓耙停產(chǎn)[4]。礦井正常無(wú)煙煤原煤水分一般不高于7%，但因新田礦受地質(zhì)條件和管理因素影響，原煤水分常常超過(guò)10%、甚至14%以上，矸石泥化更為嚴(yán)重、煤泥水處理系統(tǒng)不堪重負(fù)，維持塊煤重介淺槽分選系統(tǒng)正常生產(chǎn)都十分困難，因此，矸石泥化問題亟待解決。

3 解決方案

3.1 通過(guò)優(yōu)化選煤生產(chǎn)組織，暫時(shí)滿足生產(chǎn)化工原料煤要求

結(jié)合礦井煤質(zhì)與選煤廠煤泥水系統(tǒng)運(yùn)行情況，在保證正常分選前提下，首先將重介旋流器一段分選密度最高調(diào)節(jié)到1.60 g/cm3，末精煤發(fā)熱量可控制在27.60 MJ/kg左右，然后將數(shù)量不多的中煤全部摻入到末精煤以降低發(fā)熱量，最后按比例摻入部分篩末煤。中煤平均產(chǎn)率5%、發(fā)熱量20.91 MJ/kg，末精煤產(chǎn)率28%、發(fā)熱量27.60 MJ/kg，中煤全部摻入末精煤發(fā)熱量26.58 MJ/kg；最后在末煤膠帶上增設(shè)卸料器，將部分末煤與摻入過(guò)中煤的末精煤再次按比例摻配，通過(guò)末煤部分入洗與部分摻配[4]，暫時(shí)滿足化工用煤質(zhì)量要求。

3.2 嚴(yán)格控制原煤水分，提高選煤系統(tǒng)處理能力

本著“凡能通過(guò)管理解決的問題、就不靠投資解決”的原則，系統(tǒng)分析礦井采煤過(guò)程中造成原煤水分偏高原因與可能的治理措施，制訂了嚴(yán)格獎(jiǎng)懲制度，并嚴(yán)格兌現(xiàn)。經(jīng)過(guò)切實(shí)有效治理，2018年10月前后半月實(shí)際情況發(fā)生了很大改變，原煤質(zhì)量對(duì)比見表2。

由表2可知，下半月比上半月原煤平均水分降低了2.07個(gè)百分點(diǎn)；上半月因原煤水分高，系統(tǒng)小時(shí)處理量低，為保證礦井原煤全部洗選，選煤廠采取早班檢修，中、夜班兩班生產(chǎn)，由于開機(jī)時(shí)間延長(zhǎng)，造成設(shè)備磨損加劇，故障明顯增加，對(duì)檢修維護(hù)的要求更高，同時(shí)受制于檢修人員不足，且備品備件采購(gòu)不及時(shí)，造成部分設(shè)備帶病運(yùn)轉(zhuǎn)，洗煤生產(chǎn)影響時(shí)間也相應(yīng)增多；下半月原煤煤質(zhì)情況好轉(zhuǎn)，采取早班檢修、中班生產(chǎn)，設(shè)備運(yùn)行時(shí)間縮短，檢修人員能及時(shí)對(duì)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)，大大減少了設(shè)備故障，延長(zhǎng)了設(shè)備安全平穩(wěn)和有效運(yùn)行時(shí)間。下半月系統(tǒng)處理量為206.27 t/h、比上半月增加了120.29 t/h，同比提高了140%。

表2 新田礦2018年10月原煤煤質(zhì)

前半月因原煤水分高、發(fā)熱量偏低，篩末煤摻配比例低，加之用于摻配的篩末煤水分偏高且粘濕，嚴(yán)重影響化工原料煤煤質(zhì)，上半月只能主要生產(chǎn)篩末煤。下半月原煤水分低、發(fā)熱量提高，篩末煤摻配比例高，產(chǎn)品水分容易控制，下半月主要生產(chǎn)高價(jià)位的化工原料煤，相對(duì)上半月增收126.7萬(wàn)元。同時(shí)隨著煤質(zhì)轉(zhuǎn)好，噸煤電耗、藥劑消耗、介耗、材料配件與人工成本分別降低1.32元、0.15元、0.4元、1.4元與0.58元，合計(jì)3.85元/t。按原煤產(chǎn)量為0.60 Mt/a，通過(guò)控制原煤水分，1 a就可節(jié)約成本60×3.85=231萬(wàn)元。

3.3 生產(chǎn)工藝系統(tǒng)改造方案優(yōu)化

3.3.1 擴(kuò)建煤泥水系統(tǒng)，滿足正常生產(chǎn)需要

為解決生產(chǎn)瓶頸問題，設(shè)計(jì)單位提出煤泥水系統(tǒng)擴(kuò)能改造方案。該方案新建壓濾車間，增設(shè)5臺(tái)快開壓濾機(jī)(F=600 m2)，并對(duì)濃縮機(jī)底流泵管路以及循環(huán)水管路、煤泥運(yùn)輸管路等進(jìn)行相應(yīng)改造，概算投資約1 850萬(wàn)元。

考慮到該方案改造周期長(zhǎng)、投資高，且僅僅擴(kuò)壓濾系統(tǒng)，而煤泥濃縮能力仍將制約系統(tǒng)處理能力的提升。同時(shí)，考慮選煤廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變化，煤泥浮選已沒必要，經(jīng)過(guò)論證決定在基本不增加投資情況下，把現(xiàn)有2臺(tái)精煤壓濾機(jī)改為壓濾煤泥，提高一倍處理能力且易于實(shí)施。

3.3.2 通過(guò)入洗原料煤預(yù)排矸，提高處理能力

干法選煤技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀顯示，采用復(fù)合干選預(yù)排矸可有效降低煤炭灰分，提高入選原料煤質(zhì)量、減少末煤分選系統(tǒng)矸石量，特別當(dāng)矸石易泥化時(shí)，可有效降低煤泥水系統(tǒng)負(fù)荷，提高處理能力。如安徽淮北礦區(qū)2012年在許曈等6對(duì)礦井通過(guò)干選預(yù)排矸，原煤灰分平均降低4個(gè)百分點(diǎn)，排矸率約為10%[5，6]。永煤嵩山礦原煤粒度組成中小于13 mm粒級(jí)占92.45%，實(shí)施FGX-24系統(tǒng)后產(chǎn)品發(fā)熱量平均提高3.37 MJ/kg。龍門礦入選原煤發(fā)熱量17.70 MJ/kg、硫分1.49%，通過(guò)FGX-12干選后精煤發(fā)熱量平均提高3.93 MJ/kg，硫含量降幅0.5個(gè)百分點(diǎn)以上[7]。為此，新田選煤廠采取末煤煤樣送到河北省干選試驗(yàn)研究中心做干選試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。干選系統(tǒng)在新田礦的試生產(chǎn) 結(jié)果見表4。

表3 10～0 mm原煤直接干選結(jié)果

表4 新田礦干選系統(tǒng)試生產(chǎn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

如果表3中前三段產(chǎn)品合并為精煤，則精煤產(chǎn)率為81.46%，低位熱值為22.15 MJ/kg，與原煤相比，選后灰分降低5.78個(gè)百分點(diǎn)，低位發(fā)熱量提高2.08 MJ/kg。隨后經(jīng)過(guò)充分論證后，實(shí)施了干選項(xiàng)目，總投資390余萬(wàn)元。

由表4看出，新田礦復(fù)合干選系統(tǒng)試生產(chǎn)期間入選末煤水分平均7.4%，平均排矸率在6.5%，矸石灰分76.75%，精煤發(fā)熱量平均提高1.53 MJ/kg，同時(shí)隨著入料水分變化，分選效果有相應(yīng)變化。在第二次工業(yè)性試驗(yàn)時(shí)，煤樣水分5.8%，選后發(fā)熱量提升2.46 MJ/kg，矸石產(chǎn)率為10.71%，灰分高達(dá)81.84%。可見，入選末煤水分較低時(shí)分選效果更好。因?yàn)樵嚿a(chǎn)與工業(yè)性試驗(yàn)入料水分的差異，分選效果出現(xiàn)差異。同時(shí)試生產(chǎn)結(jié)果顯示，通過(guò)干選降低含矸率，可有效減少進(jìn)入水洗系統(tǒng)矸石量以及遇水泥化量，且在不出中煤的條件下，干選精煤已經(jīng)接近煤化工原料煤質(zhì)量指標(biāo)要求。

按照試生產(chǎn)結(jié)果計(jì)算得出：要達(dá)到化工原料煤發(fā)熱量24.25 MJ/kg的要求，干選前洗末精煤與篩末煤摻配比為42∶58、干選后洗末精煤與篩末煤摻配比為24∶58。通過(guò)干選所用末精煤量大幅減少，篩末煤量大幅增加，末煤洗選車間生產(chǎn)負(fù)荷大大降低，煤泥水系統(tǒng)負(fù)荷壓力大的難題也隨之迎刃而解，可有效提高化工原料煤生產(chǎn)供應(yīng)能力。干法預(yù)排矸提質(zhì)+濕法重介末煤分選聯(lián)合工藝合計(jì)投資不到400萬(wàn)元。當(dāng)?shù)V井地質(zhì)條件轉(zhuǎn)好，原煤灰分較低時(shí)，末煤車間生產(chǎn)負(fù)荷將會(huì)更低，煤泥水處理系統(tǒng)壓力將更小，篩末煤僅僅通過(guò)干選就可直接滿足化工原料煤質(zhì)量要求，選煤廠運(yùn)行成本將會(huì)更低。

3.3.3 優(yōu)化化工煤指標(biāo)與預(yù)先排矸相結(jié)合

黔希煤化工投產(chǎn)初期確定原料煤低位發(fā)熱量24.25～25.93 MJ/kg，為緩解供需矛盾、拓寬進(jìn)煤渠道，將通過(guò)降低原料煤價(jià)格來(lái)降低綜合成本，對(duì)不同質(zhì)量的原料煤性價(jià)比進(jìn)行試驗(yàn)。參照集團(tuán)公司其他化工企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，原料煤發(fā)熱量在22.30 MJ/kg左右就可以滿足生產(chǎn)要求；結(jié)合新田礦原煤質(zhì)量與干選試生產(chǎn)實(shí)際情況，通過(guò)采用干法選煤預(yù)排矸提高末煤質(zhì)量，可直接滿足化工原料煤需求的生產(chǎn)時(shí)間更長(zhǎng)，僅僅在煤質(zhì)很差的較短時(shí)間段啟動(dòng)末煤重介分選系統(tǒng)且僅末煤部分分選，洗出的末精煤與末煤摻配，形成以干選為主、末煤重介濕法加工為補(bǔ)充的洗選加工格局，從而有效降低系統(tǒng)改造投資規(guī)模與改造難度，降低綜合運(yùn)行成本。

4 結(jié) 語(yǔ)

新田礦選煤廠首先結(jié)合煤質(zhì)、重介洗選系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況與化工原料煤質(zhì)量要求，采用提高分選密度、中煤摻配、末煤部分入洗與部分摻配等方案，滿足當(dāng)前化工原料煤質(zhì)量要求，并實(shí)現(xiàn)部分供應(yīng)，年新增經(jīng)濟(jì)效益約2 539萬(wàn)元[4]；然后結(jié)合干選試驗(yàn)結(jié)果與干選系統(tǒng)試生產(chǎn)效果，采用干法分選提質(zhì)+濕法末煤重介分選+末煤摻配工藝，最終實(shí)現(xiàn)化工原料煤的穩(wěn)定保障供應(yīng)；同時(shí)，嚴(yán)格控制原煤水分，采取可行措施，保證干選系統(tǒng)正常運(yùn)行，而且避免矸石泥化對(duì)濕法選煤正常生產(chǎn)的影響[8，9]，并可有效減少對(duì)礦井煤炭運(yùn)輸設(shè)備損害和大量的環(huán)境衛(wèi)生工作量。