華陽集團二礦末煤系統工程技術改造實踐

張順杰，王貝貝，李 鵬，李宇光，徐 徐

(1.華陽新材料科技集團有限公司，山西 陽泉 045000；2.北京國華科技集團有限公司，北京 101300)

1 技改項目概況

1.1 簡介

二礦是華陽新材料科技集團(原陽煤集團)第一大礦，礦井主采3號煤層、8+9號煤層(8、9號煤層聯合開采)、15號煤層無煙煤，各煤層均為變質程度低的無煙煤，即年輕的無煙煤，3號煤層屬低硫、低灰或中等灰分煤；15號煤層部分屬于高灰分煤，但硫分差異較大，硫分在低硫、低中硫到中硫分變化；8號煤層屬高灰、中高硫煤。井下布置7個采煤工作面，年產商品煤8.00 Mt以上。

二礦選煤廠歷經多次改造，形成的生產系統為：大于13 mm粒級塊煤由重介淺槽分選，產品為選中塊、選小塊；13～6 mm粒級末原煤由跳汰分選，生產的末精煤既可以作為噴吹精煤銷售，又可與小于6 mm粒級粉原煤摻混作為電煤(動力精煤)銷售；跳汰中煤可摻入電煤，也可就地銷售；煤泥經濃縮壓濾脫水后就地銷售。

1.2 技術改造的必要性

1.2.1 原煤煤質變差

煤質較好的3號煤層儲量逐年減少，已近枯竭。8號和9號煤層聯合開采的煤量比例逐年加大，這2個煤層中含有1 m左右厚的夾矸層，開采過程中大量矸石混入原煤，使各粒級灰分都顯著提高。

2018年，二礦3號煤層原煤產量僅0.08 Mt，8號、9號煤層原煤產量2.60 Mt，15號煤層原煤產量6.10 Mt，合計8.78 Mt，相比2017年，劣質煤增加1.10 Mt。

1.2.2 洗選能力不足

未經分選的混合末原煤發熱量約為20.08 MJ/kg，距電煤的質量標準22.18 MJ/kg、23.01 MJ/kg尚有較大的差距。所以二礦選煤廠跳汰系統生產的13～6 mm粒級的末精煤，一部分作為噴吹精煤銷售，另大部分摻入小于6 mm粒級的粉原煤中，以提高其發熱量。據統計，2018年往粉原煤中摻入了約1.60 Mt的跳汰精煤，而直接作為噴吹精煤銷售的跳汰精煤僅約0.50 Mt，也就是將單價較高的噴吹煤摻入灰分高的粉原煤中，以保證售價低的電煤質量，從技術經濟角度衡量，這顯然是不合理的。

集團公司要求二礦保證完成電煤生產任務的同時，銷售噴吹精煤0.9～1.3 Mt/a，原有的跳汰系統最大年生產精煤約2.30 Mt/a，所以目前的末煤分選系統已不能滿足生產要求。

1.2.3 原煤硫分差異大

二礦選煤廠各煤層不同采煤工作面硫分差異比較大，尤其是15號煤層，分選噴吹煤時，若是兼顧電煤質量，勢必導致噴吹精煤損失。為保證正常的噴吹煤分選量，在井下高、低硫分原煤分采分運的基礎上，2016年新增1套地面原煤篩分系統，實現高、低硫分原煤在原煤準備環節即分開儲存，但現有末煤分選系統不能同時分選電煤和噴吹精煤，分時段入選分選能力又不足，無法兼顧電煤質量和噴吹煤產量。

基于以上存在的問題，末煤洗選系統技術改造已刻不容緩，而技改的本意在于實現高、低硫分末原煤的分別分選。

2 技改方案

2.1 技改原則

在現有原煤煤質條件下，可以通過分選高硫末煤生產電煤，摻配小于6 mm粒級粉原煤銷售，滿足電煤發熱量指標要求。同時所有的低硫末原煤能夠通過單獨分選，生產噴吹精煤，以達到充分利用資源、實現效益最大化的目標。

二礦選煤廠原有的跳汰洗選車間目前存在兩方面比較突出的問題：一方面生產系統處理量提高受限；另一方面，不能同時分選電煤和噴吹精煤，因此新建末煤洗選系統，是解決當下問題的比較好的選擇。

2.2 工藝選擇

2.2.1 脫粉和不脫粉的選擇

近年來，隨著細粒篩分技術研發的深入，篩分效率有了顯著提升；動力煤洗選領域提出“煤泥減量化”的原則，其核心是：減少煤粉入選量，減緩煤泥水處理負荷。從而降低投資、降低運行成本、在保證商品煤發熱量的基礎上，減少煤泥產出量，提高企業效益，該理念已在諸多選煤廠得到實施?；诖?，本技改項目中，對于原有的跳汰分選系統，增加弛張篩用于跳汰系統的脫粉；對于新增末煤重介分選噴吹精煤系統，利用原有篩分車間的弛張篩進行脫粉，同時通過更換不同篩縫的篩板靈活調節入選粒度下限，增加系統的靈活性。

2.2.2 重介和跳汰的選擇

分選工藝的選擇上，首先有兩個先決條件，一是已有跳汰洗選系統要保留，二是要分選優質噴吹精煤。基于這兩個條件，新建末煤分選系統采用重介工藝，理由是：產品既要求出電煤，又要求出噴吹精煤，生產電煤時，采用現有跳汰工藝進行分選，可滿足電煤指標要求，且生產成本低，投資少；但生產噴吹精煤時，由于煤質整體粒度偏細，采用跳汰工藝很難保證末精煤的指標，基于此，新增末煤系統考慮采用重介旋流器分選工藝，該工藝分選下限低、分選精度高，既能保證噴吹精煤質量，又能提高噴吹精煤產率，減少矸石帶煤損失。

2.2.3 有壓和無壓給料的選擇

相對于有壓給料，無壓給料方式的原煤不經泵打，矸石泥化現象和次生煤泥量大為減少。在淮南礦業集團顧橋、淮北礦業集團臨渙等選煤廠的應用證明，次生煤泥量至少分別減少了5～7個百分點，所以本技改工程采用無壓給料方式。

2.3 主選設備選型

21世紀以來，我國的三產品重介旋流器得到了廣泛應用。近年來，國華科技通過技術攻關，在原有的基礎上研發了新一代超大處理能力、超強排矸能力的超級重介旋流器(圖1)，在淮北臨煥、汾西南關等多個選煤廠已經得到成功應用。

1—重介質入口；2—一段旋流器；3—原料煤入口；4—一段旋流器精煤排出口；5—一、二段旋流器連接口；6—二段旋流器中煤排出口；7—二段旋流器；8—二段旋流器矸石排出口圖1 S-3GHMC超級旋流器結構

超級重介旋流器具有幾個特點：一是處理能力大，可達到同直徑傳統三產品重介質旋流器的1.5～2倍；二是排矸能力強，與同直徑傳統重介質旋流器的排矸能力相比提高了30%；三是分選能耗低，電耗比同直徑傳統三產品重介質旋流器降低20%～40%。

本技改工程選用1臺S-GHMC870/410/295型超級無壓給料三產品重介質旋流器，其一段旋流器直徑1 300 mm，二段旋流器直徑850 mm。

3 實施情況

入選能力3.00 Mt/a的二礦末煤分選系統技改工程于2018年6月開工建設，2019年9月投入運行，其原則工藝流程見圖2。

圖2 末煤重介系統原則流程

3.1 脫粉環節

低硫末煤利用原有篩分車間弛張篩3 mm脫粉后，篩上物進入重介旋流器系統分選，必要時也可以進入跳汰分選；高硫末煤可通過新增的弛張篩6 mm脫粉后，進入跳汰分選系統，也可經弛張篩3 mm脫粉后進入重介旋流器系統分選。

3.2 末煤重介分選環節

脫粉后低硫末煤給入新建末煤重介系統三產品重介旋流器進行分選，精煤產品脫水后轉載進入精煤倉，中煤產品脫水后轉載進入中煤倉存儲，矸石產品脫水后轉載進入矸石倉。脫粉后的高硫末煤進入跳汰系統分選，分選的精煤脫水后轉載進入末煤倉，中煤脫水后轉載進入中煤倉存儲，矸石脫水后轉載送到矸石倉。

3.3 煤泥重介分選環節

精煤脫介弧形篩下的合格介質全部進入煤泥合格介質桶，用泵打至煤泥重介旋流器進行分選，選出精礦和尾礦，精礦進入精煤磁選機，尾礦進入中煤磁選機。

3.4 煤泥水處理環節

末煤重介洗選系統新增1臺φ30 m耙式濃縮機、循環水池及泵房，跳汰系統煤泥水處理利用1臺原有的φ30 m濃縮機，另1臺φ30 m濃縮機做為末煤重介系統、跳汰系統共用的事故濃縮機，重介、跳汰系統各自獨立，互不影響，技改過程也不影響現有生產。壓濾系統因為末原煤入選量的增加需要增加壓濾機面積，技改將原有5臺ZKG300/2000壓濾機更換型號為KXGZ700/2000-U型，并保留原有KXGZ400/2000-U型壓濾機2臺，壓濾總面積達到4 300 m2，滿足選煤廠重介、跳汰2個系統煤泥處理的要求。

4 效果分析

末煤重介系統2019年9月投入試運行，生產系統總體運行穩定、順暢，選煤工藝未出現明顯問題。

4.1 處理能力及重選設備單位電耗

生產系統的設計處理能力為586 t/h。現場皮帶秤稱量顯示，系統正常運行情況下，重介質旋流器入選能力穩定在600 t/h左右，最大入選能力達到800 t/h，完全滿足設計的末煤洗選系統3.00 Mt/a的處理能力要求。

三產品重介質旋流器本身沒有機械運動部件，其分選過程所需的能耗，來自于合格介質泵的主電機。

電動機軸功率可按下式計算：

式中：V——電壓，實測V=6 kV；

A——電流，實測A=95 A；

cosφ——功率因數，電機銘牌cosφ=0.79，則得：P=779.92 kW，則重力選煤設備電耗小于1.3 kW·h/t。若按入選能力800 t/h計算，則重力選煤設備電耗約為0.97 kW·h/t。

4.2 排矸能力

采集2019年9—12月末原煤，檢測其中矸石含量，見表1。由表1可以看出，二礦由于井下煤質變化較大，末原煤矸石產率變化幅度較大，在13.74%～32.33%之間波動，按照入選600 t/h計算，其對應的系統矸石排量最大可達到約194 t/h，最小約為82 t/h。數據表明，該生產系統對入洗原煤矸石含量波動適應性強。

表1 末原煤中矸石含量統計

4.3 分選精度

在正常生產過程中對超級重介旋流器的入料、精煤、中煤、矸石采集煤樣，進行了浮沉試驗，結果見表2。

表2 超級旋流器原煤及各產物密度組成

由表2可以看出：

(1)精煤中大于1.8 kg/L密度級產率為0，即精煤不帶矸。

(2)矸石灰分高達81.90%，純度極高，其中小于1.8 kg/L密度級比例為0.70%，該密度級灰分為39.94%，而原煤中小于1.8 kg/L密度級灰分為18.56%，兩者在灰分上差別甚大，不能等而視之，而應該以等可燃體的原則加以修正。修正公式如下：

矸石中小于1.8 kg/L密度級修正產率：

A原<1.8——原煤中小于1.8 kg/L密度級灰分，%；

A矸<1.8——矸石中小于1.8 kg/L密度級灰分，%。

以上是非常良好的兩項指標，這佐證原煤以大于600 t/h的給料量進入相對窄小的分選空間里，瞬間就生產出質量合格的產品，這乃是出于世界領先水平的超級重介質旋流器的魅力所在。

5 效 益

在原有條件下，跳汰系統除擔負生產噴吹精煤任務外，還要生產部分電煤來保證電煤發熱量達標，尤其是煤質較差時，需要摻配部分噴吹精煤來保證電煤發熱量。由于精煤量的限制，不能生產發熱量大于23.01 MJ/kg的電煤，即使這樣，2019年仍沒有完成集團公司90萬t噴吹精煤的目標。通過新建末煤重介洗選系統分選低硫煤，跳汰系統分選高硫末煤時只生產電煤即可滿足配電煤需要，低硫煤全部通過新建末煤重介系統生產噴吹精煤，不僅超額完成了集團公司2020年生產100萬t噴吹精煤的任務，還可以根據需要生產發熱量23.01 MJ/kg、22.18 MJ/kg的電煤。因此，其主要經濟效益體現在兩方面：一是原有跳汰分選后的部分噴吹精煤摻配電煤銷售，改造后作為噴吹精煤銷售增加的經濟效益；二是重介分選較跳汰分選增加精煤產率產生的經濟效益。

二礦選煤廠2020年噴吹精煤產量同比改造前增加了17.74萬t，銷售收入增加超過1.08億元，取得了年增收2 847萬元的經濟效益。

6 結 語

華陽集團二礦末煤系統技改工程是成功的，其表現在三個方面：

(1)生產系統靈活、適應性強。一是原有的跳汰系統和新建的末煤重介系統可以根據需要分別對高、低硫分原煤進行分選，還可以實現生產系統的互換；二是可以通過對弛張篩不同篩孔的篩面更換及弛張篩開啟臺數的調整，實現入選粒度下限和入選量的變換。

(2)精煤產率高，產品質量穩定。采用超級重介質旋流器分選精度高，充分保證了噴吹精煤的質量，排出了高純度的矸石；增設的煤泥重介質旋流器分選回收環節，使原煤的粒度分選下限降低，提高了精煤產率。

(3)經濟效益顯著。技改完成后，2020年實現了同比增收2 847萬元的經濟效益。