南河煤業選煤廠選煤方法的選擇

王 鵬

（長治職業技術學院采選煤工程系，山西 長治 046000）

0 引言

南河煤業選煤廠屬于典型的礦井型配套選煤廠，隸屬于山西煤炭運銷集團下屬的南河煤業有限公司。南河煤業有限公司煤礦位于山西省高平市三甲鎮，行政區劃隸屬于三甲鎮管轄。選煤廠廠址位于南河煤業有限公司礦井現有工業場地內。南河煤業有限公司選煤廠入洗的煤種主要為無煙煤，是良好的民用及動力用煤。用于火力發電，各種工業鍋爐，也可在建材工業、化學工業中做焙燒材料。

1 原煤煤質分析

南河煤業有限公司煤礦井田內穩定可采煤層為3 號和15 號煤層。

3 號煤為低灰-中灰、特低硫、高熱值無煙煤三號（WY3），可作為合成氨用煤、動力用煤和民用煤；15號煤為中灰、中高硫、中熱值—高熱值之無煙煤，可作為動力用煤和民用煤。

依據原高平市建寧西山煤礦、高平任家莊煤業有限公司、山西高平魚仙山煤業有限公司等原生產礦井定期監督檢驗報告（測試單位為高平市質量技術監督測試所，2007-2008 年），3 號煤層主要煤質特征如下：

水分（Mad）質量分數：原煤1.44%～2.37%，平均1.90%；浮煤1.23%～2.19%，平均1.79%；

灰分（Ad）質量分數：原煤12.65%～18.32%，平均16.11%；浮煤9.82%～14.62%，平均12.22%；

揮發分（Vdaf）質量分數：原煤9.39%～12.59%，平均10.96%；浮煤8.89%～10.59%，平均9.74%；

全硫（St，d）質量分數：原煤0.28%～0.46%，平均0.34%；浮煤0.32%～0.51%，平均0.41%；

發熱量（Qgr，d）：原煤27.52～30.41 MJ/kg，平 均28.91 MJ/kg；浮煤28.86～32.18 MJ/kg，平均30.54 MJ/kg。

焦渣特征（CRC）：2

固定碳（Fc）質量分數：原煤71.78%～77.96%，平均74.28%；浮煤73.65%～80.14%，平均76.65%。

根據中國煤炭分類國家標準（GB5751—86），結合區域資料，本區3 號煤為中灰、特低硫、高熱值—特高熱值的無煙煤、貧煤。

15 號煤層主要煤質特征如下：

1）水分（Mad）質量分數：原煤為0.60%～1.49%，平均0.96%；浮煤為0.24%～1.01%，平均0.56%

2）灰分（Ad）質量分數：原煤為11.75%～25.39%，平均17.37%；浮煤為4.07%～9.56%，平均7.07%。

3）揮發分（Vdaf）質量分數：原煤為10.18%～14.06%，平均12.00%；浮煤為9.24%～11.47%，平均9.94%。

4）固定碳（FCd）質量分數：原煤為64.12%～79.30%，平均72.79%；浮煤為79.65%～86.52%，平均83.23%。

5）全硫（St，d）質量分數：原煤含量為1.99%～3.82%，平均2.34%；浮煤含量為2.13%～4.27%，平均2.50%；

6）碳（Cdaf）質量分數：原煤84.38%～88.23%，平均86.89%；浮煤87.64%～88.49%，平均87.94%。

7）氫（Hdaf）質量分數：原煤3.45%～3.90%，平均3.63%；浮煤3.56%～4.21%，平均3.71%。

8）氧（Odaf）質量分數：原煤7.51%～10.59%，平均8.46%；浮煤6.33%～7.93%，平均7.41%。

9）氮（Ndaf）質量分數：原煤0.93%～1.13%，平均1.00%；浮煤0.68%～1.11%，平均0.95%。

根據中國煤炭分類國家標準（GB5751—86），本區15 號煤為低灰-中灰、中高硫-高硫、高熱值-特高熱值的貧煤、無煙煤。

綜合來看：3 號煤為低灰-中灰、特低硫、高熱值無煙煤三號（WY3），可作為合成氨用煤、動力用煤和民用煤；15 號煤為中灰、中高硫、中熱值—高熱值之無煙煤，可作為動力用煤和民用煤。選煤廠100～3 mm粒級原煤可選性曲線圖如圖1 所示。

圖1 選煤廠100～3 mm 粒級原煤可選性曲線圖

洗煤廠主要產品為精煤、塊煤、煤泥等，精煤產品作為動力煤銷售，主要供附近電廠使用；塊煤可作為民用及化工原料；煤泥可以供低熱值電廠使用或民用。

通過以下兩個產品方案（表1 所示）進行分析、比選，從而確定設計推薦的產品方案。

表1 產品方案比較表

為使洗煤廠達到最大經濟效益，對生產精煤按發熱量需求進行多方案比較。從表中可以看出，當生產精煤發熱量在5 500 kcal 時，綜合銷售額最大，洗煤廠最終確定生產發熱量為5 500 kcal 的精煤產品，中煤和煤泥作為低熱值產品直接銷售。

綜上所述，結合用戶對產品質量的要求，確定本選煤廠的產品結構為：

1）100～40 mm 洗大塊，灰分質量分數≤15%，水分質量分數≤8.0%，主要是氣化用煤。

2）40～25 mm 洗中塊，灰分質量分數≤15%，水分質量分數≤8.0%，主要是氣化用煤。

3）25～13 mm 洗小塊，灰分質量分數≤15%，水分質量分數≤8.0%，主要是氣化用煤。

4）13～0 mm 末精煤，灰分質量分數≤22.5%，水分質量分數≤9.5%，Qnet，ar≥5 500 kcal/kg。可作優質動力用煤，也可作為化工行業用煤。

5）中煤灰分質量分數≤45%，煤泥灰分質量分數≤35%，Qnet，ar≥2 000 kcal/kg。主要是低熱值電廠使用或民用。

2 選煤方法的選擇

選煤廠入洗原煤主要為山西煤炭運銷集團南河煤業有限公司礦井生產的無煙煤，隨著下組煤即15號煤層的大量開采，原煤灰分及硫分均較高，不入洗無法滿足發熱量要求。本著有效利用資源、提高經濟效益的方針，原煤應該全部入洗。原煤在篩分系統破碎至100 mm 以下，進入主廠房分選。分以下四個方面統籌考慮：

2.1 原煤（100～0 mm）的分選

對于原煤（100～0 mm），選煤方法雖然種類眾多，但目前來看，有效的分選方法為跳汰和重介兩種，也是最常用的。跳汰分選的原理是在上下交變的脈動水流中，由于矸石的密度大于煤，故煤和矸石沉降速度不同，從而實現煤與矸石的分離[1]。該分選工藝具有運行成本低、工藝流程及維護管理簡便、生產能力大等優點，且特別適用于分選易選煤，數量效率可高達90%以上。21 世紀10 年代之后，改進后的新型跳汰機不斷出現，隨著設備性能的改善，跳汰分選的效率已有了很大提高，在原先其弱項，中等可選煤的處理方面也能達到較好的分選效果和較高的工藝指標。

重介分選的原理可以概括為“阿基米德原理”，實質還是利用了矸石密度大于煤這一性質，使煤與矸石在重介質中出現運動差異而實現分離[2]。從當前情況來看，選煤廠常用的重介液是由磁鐵礦粉與水按一定比例配制而成，且要求磁鐵礦粉的粒度極小，一般為-200 目。重介分選工藝相較跳汰分選工藝系統要復雜，投資和運行成本要高，這主要是因為多了介質回收系統。雖然目前磁選機的效率已高達99.8%以上，但不可避免磁鐵礦粉消耗還是比較大。且由于重介液在分選時高速流動，對閥門、設備、管道等的磨損也更為明顯。雖然有以上缺點，但重介分選有其突出優勢：適應性強、工藝精度高，分選難選煤的分選效果和數量效率要顯著高于跳汰工藝。重介旋流器有效分選下限也比跳汰低。

南河選煤廠洗選出來的洗塊煤主要是氣化用煤，對灰分要求并不高，洗末煤又由于硫分高，可磨性差的原因出不了煉焦煤，灰分也可以略高些作為電煤銷售。當分選密度大于1.8 kg/L 時，±0.1 質量占比約為7.0%，為易選煤，跳汰分選完全可以勝任。

所以本次設計推薦采用跳汰機分選的選煤方法。

2.2 選前脫粉與不脫粉工藝比較

所謂選前脫粉和不脫粉工藝，二者的區別主要在于不脫粉是指原煤全部進入分選系統，而脫粉是指原煤在進入跳汰機、重介質旋流器等分選設備前脫除其中粒度較細的煤泥。選前脫粉工藝近年在選煤廠較多使用，主要原因在于其可以減少細煤泥對煤泥水系統的影響。

跳汰機對洗選3 mm 以下粉煤的分選精度明顯變差，精煤透篩損失大，精煤產率大幅下降。通過本礦煤質資料可知，3～0 mm 粉煤灰分低于原煤總灰分，發熱量接近5 000 kcal，不洗選直接摻入混煤亦可滿足最終混煤產品發熱量要求[3]。因此，采用選前3 毫米脫粉工藝，可降低洗選成本和煤泥水系統規模，大大提高跳汰分選設備效率。

綜上所述，本次設計推薦采用跳汰分選機分選100～3 mm 的選煤方法。

2.3 回收粗煤泥

回收粗煤泥對于選煤廠來說有著重要意義。從目前情況來看，各選煤廠對于粗煤泥，尤其是動力煤粗煤泥的回收常采用以下三種流程：

1）濃縮旋流器+弧形篩+煤泥離心機；

2）耙式濃縮機或濃縮旋流器+壓濾機；

3）濃縮旋流器+高頻篩。

對上述三種流程進行分析：

第一種：該工藝較為復雜，且設備檢修工作量大，優點是得到的粗煤泥產品其水分較低。之所以要采用弧形篩進一步降低水量，主要是因為煤泥離心機對入料濃度一般要求＞35%。

第二種：該工藝較為中庸，相對應用較少，壓濾機使用過程中故障率較高。

第三種：工藝相對簡單，但缺點是得到的粗煤泥產品，其水分要高些。

由于該廠回收粗煤泥的目的是準備摻入洗混煤，作為動力煤產品銷售。而洗精煤經過離心脫水后水分可以達到8%，粗煤泥水分即使高些，摻混后的混煤水分也在10%以下，可以滿足用戶要求。故經過分析，認為該廠采用第三種流程回收粗煤泥較為合理。

2.4 回收細煤泥

相較回收粗煤泥，細煤泥的回收工藝較為傳統。當前應用較為廣泛的回收細煤泥工藝有兩種：

1）壓濾機回收工藝；

2）沉降離心脫水機回收工藝。

壓濾機是選煤廠常用的細煤泥脫水設備。該設備工作是非連續性的，其對煤泥進行脫水作業的原理是壓榨[4]。其優點是設備故障率低，操作簡單，體積較小，節省投資，缺點是產品水分稍高。

沉降過濾式離心脫水機的原理是利用固液所受離心力不同來實現固液分離而實現細煤泥的脫水回收，其卸料采用螺旋刮刀。其優點是占地面積小，原因在于無輔助設備，工藝簡單。缺點是受粒度影響使產品水分波動較大，濾液濃度較高。故在實際生產實踐中，為保證細粒煤泥的回收效果，一般其與壓濾機聯合使用。

經過分析，認為該廠采用壓濾機回收細煤泥較為合理，煤泥回收后不得混儲，應單獨存儲。

綜合以上各項比較，本次設計最終確定的選煤方法為：原煤采用3 mm 脫粉，100～3 mm 粒級原煤采用跳汰機分選，粗、細煤泥直接回收的洗選工藝。

3 結語

綜合考慮煤質特征、用戶對產品的需求等因素，認為該廠采用原煤3 mm 脫粉，100～3mm 粒級原煤由跳汰機分選，粗、細煤泥直接回收的選煤工藝較為合理。工藝流程簡述：入廠原煤經篩分、破碎后，進入主選設備——兩段式三產品跳汰機進行分選，出精煤、中煤和矸石三種產品。精煤經脫水篩預脫水、離心機再次脫水后，作為最終的洗精煤產品。中煤和矸石經斗式提升機提升并脫水后即可作為最終中煤、矸石產品。煤泥水經旋流器分級濃縮，高頻篩回收粗煤泥，摻入洗混煤產品。分級旋流器的溢流進入濃縮車間經濃縮、壓濾脫水后的煤泥晾干后作為產品。