等邊界灰分分選在代池壩選煤廠配煤入選方案中的應用

陳宗和，周愛榮，王 剛，劉登科

(四川川煤華榮能源有限責任公司 代池壩選煤廠，四川 廣元 628021)

隨著我國礦井的持續開采，部分選煤廠洗選的原煤與設計時采用的煤質資料有了較大的變化，有的是因為原設計煤層開采殆盡，轉為開采其他煤層，有的是整個礦井枯竭轉而采購周邊礦井的原煤，從而使得選煤廠來煤趨于多樣化[1]，對選煤廠正常生產造成了不同程度的沖擊。上述情況日趨普遍，現已成為很多選煤廠面臨的問題。

中心型選煤廠由于洗選周邊多礦井原煤，不同礦井原煤煤質差異可能較大，各選煤廠采取的生產組織方案不盡相同，主要的洗選方式有兩種，即輪流單獨洗選方式和混合洗選方式，二者的區別在于是選前配洗還是選后配煤[2]。至于采用哪種方式比較合理，需要根據各原煤的煤質資料進行分析確定。要實現煤炭資源回收最大化，需要根據現場煤質資料及生產工藝，利用等邊界灰分(λ)分選理論，及時調整生產方式。

輪流單獨洗選方式有兩種，一種為各原煤選取的分選密度能使各自選后精煤截取的邊界灰分(λ)相同或相近，一種為各原煤分選后精煤產品灰分相同或相近。

前一種方式須使各原煤選后的精煤按預定比例加權平均的灰分達到要求的精煤產品灰分值，這時綜合精煤產率才最大，但在實際生產中要使選后精煤邊界灰分相同十分困難，且存在后期摻配困難的問題，對現場生產管理水平要求很高，不適合大部分選煤廠實際情況，因此不考慮等邊界灰分相同的輪流單獨洗選方式，只比較等精煤產品灰分的輪流單獨洗選方式。

原煤洗選不僅需要考慮煤炭資源回收最大化，而且洗選后產品各項指標也需滿足市場需求。對于煉焦煤及噴吹煤來說，在多煤種入選時需要考慮原煤各項指標，包括灰分、硫分、發熱量、揮發分、膠質層厚度和黏結指數等[3]，必須通過計算才能確定合適的入選比例[4]。

隨著我國西南地區煤炭資源日趨減少[5]，選煤生產也需采用精益化管理方式，通過計算選擇一種最優方式，既能實現煤炭資源利用最大化，也能增加企業的經濟效益和社會效益。為了滿足煤炭市場需要，保證各產品質量，發揮中心選煤廠的效能與作用，將不同礦井、不同煤質的原煤配合入選成為選煤廠生存和發展的必然之路，以適應當前煤炭市場形勢，合理利用煤炭資源。

1 選煤廠概況

1.1 生產現狀

代池壩選煤廠為中心型選煤廠，主要入選石洞溝煤礦、趙家壩煤礦、代池壩煤礦的原煤，主要加工噴吹精煤、電煤以及其他附屬產品。選煤工藝為200～50 mm原煤采用淺槽重介分選機排矸，50～0.3 mm原煤采用雙給介無壓三產品重介質旋流器分選，0.3～0 mm采用浮選工藝，尾煤濃縮壓濾，全廠洗水實現閉路循環。該廠設計能力為1.50 Mt/a，由于近年各礦井產量下降，年實際總入選量約為130萬t。長年的礦井開采致使井下煤炭儲量越來越少、煤質越來越差，加上采用綜采綜掘技術，現階段所采毛煤均為高灰毛煤。不同礦井原煤煤質差異較大，石洞溝煤礦原煤灰分在50%左右，代池壩煤礦和趙家壩煤礦原煤灰分均達60%左右。

1.2 存在問題

代池壩選煤廠由于需要洗選三個礦井的原煤，因原煤分區存放，加上原煤場地有限，每個礦井原煤在原煤場緩沖時間較短。

由于各礦原煤不同密度級產率相差較大，要求精煤灰分相同時，各原煤分選密度差別也較大，更換原煤洗選時需要進行較大的調整，工作強度大，同時存在分選密度不穩定的情況，因此需要考慮選前配煤入選，既能滿足各礦井原煤及時入選，也能穩定生產情況。為此對配煤入選進行技術及經濟分析。

2 各礦原煤煤質分析

根據多年來對各礦原煤煤質的全面分析，各礦原煤雖然分選后精煤產率有所不同，但其他指標很接近，如灰分、硫分、發熱量、可磨性、反應性、燃燒性、爆炸性、煤灰熔融性等，均符合加工噴吹精煤要求[6]。因此在進行配煤入選分析時只考慮精煤灰分與產率。

根據用戶對產品質量的不同要求，目標灰分有12%和13.5%，綜合考慮各礦井原煤產量、產品質量要求以及洗選效果，結合多年來的生產實踐，根據不同產品質量，確定了三個煤礦原煤入選配比：當精煤灰分為12%時，石洞溝煤礦∶趙家壩煤礦∶代池壩煤礦=20∶40∶40；當精煤灰分為13.5%時，石洞溝煤礦∶趙家壩煤礦∶代池壩煤礦=50∶25∶25。

下面以生產灰分為12%進行分析。為更為貼合實際生產情況，需考慮分選精度及波動等因素[7]，精煤產品灰分按11.95%進行計算。

石洞溝煤礦、趙家壩煤礦、代池壩煤礦及混合原煤50～0.5 mm粒級浮沉試驗結果見表1。

由表1可知，各煤礦原煤同一密度級的基元灰分比較接近，其中1.4～1.5 g/cm3密度級的灰分差值在1.18～2.29個百分點之間，相差較小，說明三個礦井原煤從原煤性質上滿足混合洗選的要求[8]。

根據表1各煤礦原煤浮沉試驗結果得到各煤礦浮沉試驗綜合表，分別見表2—表5，并繪制可選性曲線，如圖1—圖4所示。

表5 混合原煤浮沉試驗綜合表Table 5 Composite float-and-sink analysis data of the mixed raw coal %

從表1和圖1中可以查出，對于石洞溝原煤，當精煤灰分為11.95%時，分選密度為1.51 g/cm3，分選密度±0.1含量為21%，扣除沉矸(密度級>2.00 g/cm3)后為41.60%，為極難選煤。

圖1 石洞溝煤礦50～0.5 mm粒級原煤可選性曲線Fig.1 Washability curve of the 50～0.5 mm Shidonggou raw coal

表1 50～0.5 mm粒級原煤浮沉試驗結果Table 1 Float-and-sink analysis data of the 50～0.5 mm raw coal %

從表2和圖2中可以查出，對于趙家壩原煤，當精煤灰分為11.95%時，分選密度為1.63 g/cm3，分選密度±0.1含量為9.7%，扣除沉矸(密度級>2.00 g/cm3)后為27.42%，為較難選煤。

表2 石洞溝煤礦原煤浮沉試驗綜合表Table 2 Composite float-and-sink analysis data of the raw coal from Shidonggou Mine %

圖2 趙家壩煤礦50～0.5 mm粒級原煤可選性曲線Fig.2 Washability curve of the 50～0.5 mm Zhaojiaba raw coal

從表3和圖3中可以查出，對于代池壩原煤，當精煤灰分為11.95%時，分選密度為1.47 g/cm3，分選密度±0.1含量為15.5%，扣除沉矸(>2.00 g/cm3密度級)后為38.35%，可選性等級為難選。

表3 趙家壩煤礦原煤浮沉試驗綜合表Table 3 Composite float-and-sink analysis data of the raw coal from Zhaojiaba Mine %

圖3 代池壩煤礦50～0.5 mm粒級原煤可選性曲線Fig.3 Washability curve of the 50～0.5 mm Daichiba raw coal

從表4和圖4中可以查出，對于按比例混合后的原煤，當精煤灰分為11.95%時，分選密度為1.52 g/cm3，分選密度±0.1含量為14.5%，扣除沉矸(>2.00 g/cm3密度級)后為35.88%，可選性等級為難選。

表4 代池壩煤礦原煤浮沉試驗綜合表Table 4 Composite float-and-sink analysis data of the raw coal from Daichiba Mine %

圖4 混合原煤可選性曲線Fig.4 Washability curve of the mixed raw coal

3 入選方案的比選

現階段多原煤洗選方式有兩種：輪流單獨洗選即各原煤分別儲存后單獨洗選，選后產品進行配煤成為合格產品；混合洗選即選前將兩種或多種原煤按比例進行配煤后進行洗選，直接洗選出合格產品[9]。在滿足條件的情況下應優先考慮混合洗選方案，因為輪流單獨洗選存在生產管理復雜，生產波動大[10]，選后產品質量較難控制等問題。

三個礦井均屬于廣元市旺蒼縣煤炭礦區，煤種相同。各礦原煤浮沉試驗資料(表1)表明，三個礦井原煤從原煤性質上滿足混合洗選的要求，同時由于代池壩選煤廠有5個原煤受煤坑，從生產設施上也滿足混合洗選的條件。

3.1 各礦原煤輪流單獨洗選

三種原煤輪流單獨洗選方案的分選結果見表6。由表6可知：三個礦井原煤按照要求的精煤灰分(為11.95%)進行洗選，即等灰分分選，由于分選密度不同，精煤截取的邊界灰分也不同，不符合等邊界灰分原則，即等“λ”原則，會造成一定精煤損失[11]。

表6 三種原煤輪流單獨洗選方案的分選結果Table 6 Result of separate washing of the raw coal from 3 different mines in ratotion %

3.2 各礦原煤混合洗選

三種原煤混合洗選方案的分選結果見表7。由表7可知：三個礦井原煤按照要求的精煤灰分(為11.95%)進行混合洗選，由于各礦原煤分選密度相同，在基元灰分基本一致的情況下，精煤截取的邊界灰分也基本相同，符合等“λ”原則[12]，精煤產率相對較高。

表7 三種原煤混合洗選方案的分選結果Table 7 Results obtained by applying the scheme for washing the raw coal from 3 mines in a mixed manner %

4 效果分析

相比單獨入選，混合洗選的精煤產率高0.92個百分點。當精煤灰分為13.5%時，重復上述計算并查詢可選性曲線可知，混合洗選精煤產率比輪流單獨洗選高0.75個百分點。

選煤廠近年實際年入選量約為130萬t，根據市場對不同灰分精煤的需求量，當要求精煤灰分為12%時，年入選原煤約75萬t，精煤價格按1 500元/t，中煤價格按照500元/t計，則全年洗選灰分為12%的精煤經濟效益增加額為690萬元。

當要求精煤灰分≤13.5%時，年入選原煤約55萬t，精煤價格按1 400元/t，中煤價格按500元/t計，則全年洗選灰分為13.5%的精煤經濟效益增加額為371.25萬元。

因此，混合洗選后，全年經濟效益增加額為1 061.25萬元。

混合洗選后還改善入選原煤的可選性，從可選性曲線可以看出，石洞溝原煤在洗選精煤灰分低于11.95%時為極難選煤，而混合原煤可選性等級為難選，這是由于混合后分選密度右移，一定程度遠離物料集中的密度級，使得分選密度±0.1含量降低，在分選精度一定的情況下減少了錯配物含量[13]，提高了精煤產率。

混合洗選還降低了選煤現場的操作難度，重介系統只需要保持一個穩定的分選密度即可，不需要進行密度轉換，減小了生產波動[14]，穩定了產品質量。

5 結語

采用混合洗選方案使代池壩選煤廠技術管理水平得到了提高，實現了中心選煤廠高效生產，為選煤廠打造產品品牌提供了可靠、科學的保證；另一方面也避免了對各礦井的正常生產的影響，為企業帶來很好的經濟效益和社會效益。對于硫分不同的原煤，配煤后生產的產品硫分可以達到銷售需要，將銷售受限的高硫煤通過配煤實現了硫分的有效降低，有助于產品取得較好的銷售成績。