選煤廠跳汰中煤再選系統的優化與應用

齊 悅

北京華宇工程有限公司 北京 100000

隨 著我國工業化的快速發展，煤炭資源利用率大幅增加，煤炭洗選行業的潔凈煤技術也得到飛速發展。煉焦煤作為稀缺煤種，總儲量相對較少，僅占我國煤炭儲量的 27%，而且我國煉焦煤的可選性不強，難選型和極難選型煉焦煤儲量占比高達 62%[1]。我國對于煉焦煤精煤品質的要求是灰分含量為 6%～ 10%，《煤炭工業發展“十三五”規劃》中提到要對煤炭資源的洗選程序進行高精度發展，實現煤炭資源的提質[2]。因此，需要對煉焦煤原煤進行深度洗選，以保證稀缺的煉焦煤資源能夠得到充分利用[3]。

1 存在問題

常村煤礦選煤廠年洗選能力為 120萬 t，主要洗選原煤為煉焦煤，屬于煉焦煤的群礦型選煤廠，為多家煤礦企業進行煉焦煤洗選工作，而多來源原煤造成煤質存在較大差異。

選煤廠原選煤工藝采用的是不分級混合入選，經過跳汰—浮選—濃縮壓濾，將原煤分選為精煤、中煤及煤矸石。由于洗選原煤煤質差異過大，對于部分煤質較差的煉焦原煤，現有的洗選設備及洗選工藝無法適應，導致跳汰洗選時精煤產量降低，跳汰中煤內精煤含量增加，造成稀缺的優質煉焦煤資源的浪費，并降低了選煤廠的經濟利益[4-5]。為解決這一問題，選煤廠集中技術力量對跳汰中煤做了篩分試驗和浮沉試驗，分別統計跳汰中煤內精煤的含量，結果如表 1、2 所列。

表1 跳汰中煤篩分試驗結果Tab.1 Results of sieving test for jigging middle coal

由表 1 可知，跳汰中煤的顆粒度較粗，主要為-50 +6 mm。通過提升斗和振動篩進行脫水后，-0.5 mm 的煤泥含量很少；顆粒度越小，灰分含量越高，證明矸石的破碎程度比煤高。

由表 2 可知，1.4 g/cm3密度級以下的產率累計為 18.18%，灰分含量累計為 13.45%。密度級低的中煤產率高、灰分低，證明跳汰中煤含有精煤。

表2 跳汰中煤浮沉試驗結果Tab.2 Results of float-and-sink test for jigging middle coal

為統計跳汰中煤精煤的含量，選煤廠對一周內(2020 年 3 月 11 日至 3 月 17日) 的中煤產品進行了檢測，結果如表 3 所列。

表3 跳汰中煤中的精煤含量Tab.3 Content of clean coal in jigging middle coal

由表 3 可知，跳汰中煤內精煤含率較高，為8.13%～ 10.57%。可見，精煤損失量較大，需要對洗選工藝進行優化升級。

2 洗選工藝優化升級

2.1 方案思路與選擇

針對洗選工藝的優化升級，選煤廠制定 3 種方案：方案 1，將主洗選設備中的跳汰分選設備更換為三產品重介質旋流器，保留煤泥處理系統；方案 2，對跳汰分選的中煤進行深加工，采用三產品重介質旋流器進一步分選；方案 3，使用原系統對跳汰中煤進行二次分選。

為確定以上方案的可行性，進行了論證對比。方案 3 優點明顯，工藝簡單，且無需資金投入；缺點是中煤與原煤的密度級差異明顯，會導致灰分含量難以控制，造成其他產品的質量受到影響，同時對中煤進行二次分選時，一定會占用原煤的分選量，影響企業分選效率。因此，首先否決方案 3。

方案 1 和方案 2 在業內應用較為廣泛，在同煤質的原煤洗選上，精煤灰分含量相差不大，精煤產率相當，主要是對成本進行比較，結果如表 4 所列。

表4 各方案的成本對比Tab.4 Comparison of various schemes in cost

由表 4 可知，方案 2 的投入成本少于方案 1，改造后的生產成本也較方案 1 更低。因此選擇方案 2 對洗選工藝進行優化升級，在精煤產率和產品收益相當的情況下，節約成本支出。

2.2 中煤二次洗選

文獻 [4] 認為中煤是矸石與煤炭的混合體，通過對矸石的解離操作能夠提高中煤二次洗選的精煤產率。文獻 [6-8] 對中煤的解離度無法制定系統標準，只能根據實際煤質來確定最符合企業需求的解離度，需要考慮成本投入和收益的對比。因此，選煤廠對中煤二次洗選的解離度進行試驗研究，分別選擇 6、13、25 mm 粒級的中煤進行破碎—篩分試驗和破碎—浮沉試驗，試驗結果分別如表 5、6 所列。對破碎后的中煤可選性進行分析，繪制了各粒級的可選性曲線，分別如圖 1～ 3 所示。分析結果如表 7 所列。

圖1 25 mm 以下的中煤可選性曲線Fig.1 Separability curve of middle coal under 25 mm

表5 中煤破碎—篩分試驗結果Tab.5 Results of breaking and sieving test for middle coal

表6 中煤破碎—浮沉試驗結果Tab.6 Results of breaking and float-and-sink test for middle coal

表7 中煤破碎后的可選性分析Tab.7 Separability analysis on broken middle coal

圖2 13 mm 以下的中煤可選性曲線Fig.2 Separability curve of middle coal under 13 mm

圖3 6 mm 以下的中煤可選性曲線Fig.3 Separability curve of middle coal under 6 mm

由表 5、6 可知，當中煤的破碎等級為 25 mm時，1.4 g/cm3密度級以下的累計產率最高。這是因為當破碎等級為 13 和 6 mm 時，破碎煤泥量大幅增加，大量的低密度物質進入到煤泥中，造成大于 0.5 mm粒級的產量降低而導致的。

對圖 1～ 3 及表 7 進行分析可知：在保證精煤灰分含量為 9.5% 的情況下，13 mm 破碎級中煤可選性最好；破碎至 25 mm 級時，精煤的產率最大，可達27.86%，并且破碎煤中泥量最小。因此，選擇 25 mm破碎級進行中煤二次洗選。

經以上分析可知，本次優化升級的工藝是將中煤破碎至 25 mm 后，采用無壓三產品重介質旋流器進行二次分選。工藝優化后的洗選流程如圖 4 所示。

圖4 工藝優化后的洗選流程Fig.4 Concentration process f low after technical optimization

3 優化效果分析

2020 年 10 月，選煤廠完成本次洗選工藝的優化升級，優化后的洗選效率得到了顯著提高。工藝優化前后的產率對比如表 8 所列。

由表 8 可知，優化升級后，1.4 g/cm3以下密度物質含量顯著減少，精煤產量得到提高，中煤產量以及發熱量有所降低，矸石產量略有增加。按精煤價格為 850 元/t、中煤價格為 260 元/t，選煤廠設計年洗選量 120萬 t 計算，優化升級后，每年洗選煤炭銷售額為 8 955萬元，增收將近 3 500萬元，除去優化升級后增加的生產成本 360萬元，每年可為洗煤廠帶來3 140萬元的經濟效益。

表8 改造前后產品產率對比Tab.8 Comparison of product yield before and after optimization %

4 結語

常村選煤廠對原洗選工藝進行升級優化，新增無壓入料三產品重介質旋流器對跳汰中煤進行了二次分選，升級方案用時 4 個月，簡便易行。優化后的洗選系統效果顯著，精煤產率明顯提高，不僅避免了稀缺煉焦煤的浪費，而且為選煤廠創造了可觀的經濟效益。