蔡 斌，王 博，羅彩勇，陳寶云，馬建文，連永強(qiáng)

(神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，寧夏 銀川 750001)

動(dòng)力煤全粒級(jí)洗選煤泥減量化生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用

蔡 斌，王 博，羅彩勇，陳寶云，馬建文，連永強(qiáng)

(神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，寧夏 銀川 750001)

針對(duì)動(dòng)力煤全粒級(jí)洗選產(chǎn)生大量難于處理和利用的低發(fā)熱量煤泥難題，以寧東礦區(qū)選煤廠的金鳳、紅柳、雙馬分廠為研究對(duì)象，分析了動(dòng)力煤全粒級(jí)洗選工藝的煤泥水處理系統(tǒng)現(xiàn)狀，提出了煤泥減量化生產(chǎn)技術(shù)。原煤通過弛張篩干法深度篩分，脫除<6 mm粒級(jí)粉煤后再洗選，對(duì)于寧東礦區(qū)的三個(gè)選煤分廠，煤泥量下降33～70個(gè)百分點(diǎn)，洗末煤發(fā)熱量提高438.57 kJ/kg。煤泥減量化生產(chǎn)技術(shù)的成功應(yīng)用，不但可以降低選煤廠建設(shè)投資和運(yùn)營成本，而且能夠提高商品煤的發(fā)熱量，經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益顯著，同時(shí)也為其他動(dòng)力煤選煤廠全粒級(jí)洗選工藝的完善開辟了新途徑。

動(dòng)力煤；煤泥減量化；干法深度篩分

洗選是促進(jìn)煤炭清潔、高效開發(fā)利用最經(jīng)濟(jì)有效的途徑，大力提高煤炭洗選比例是調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、增加清潔能源供應(yīng)的重要手段。我國動(dòng)力煤洗選比例不足40%，實(shí)現(xiàn)2020年原煤入選率達(dá)到80%的目標(biāo)[1]，研究和推廣先進(jìn)適用設(shè)備，優(yōu)化設(shè)計(jì)動(dòng)力煤洗選工藝，提高商品煤質(zhì)量，降低基建投資和生產(chǎn)成本，是我國選煤技術(shù)的發(fā)展方向。

目前，我國動(dòng)力煤選煤廠普遍采用25(13) mm分級(jí)入選方式，這主要是針對(duì)塊煤由淺槽重介質(zhì)分選機(jī)分選而末煤一般不洗選的工藝[2]。有些動(dòng)力煤選煤廠為了提高原煤入選率，采用全粒級(jí)入選方式，產(chǎn)生了大量難于處理和利用的煤泥。由于煤泥水分高、發(fā)熱量低，摻入商品煤后使其發(fā)熱量大幅下降。大量末煤的洗選，不但不能提高商品煤的發(fā)熱量，而且導(dǎo)致煤泥水處理系統(tǒng)龐大，生產(chǎn)管理難度增大，運(yùn)行成本變高，進(jìn)而使企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益大打折扣。以神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司寧東礦區(qū)選煤廠的金鳳、紅柳、雙馬分廠為研究對(duì)象，分析了動(dòng)力煤全粒級(jí)洗選工藝的煤泥水處理系統(tǒng)現(xiàn)狀，闡述了煤泥減量化生產(chǎn)技術(shù)及其應(yīng)用效果。

1 動(dòng)力煤全粒級(jí)洗選工藝的煤泥水處理系統(tǒng)現(xiàn)狀

全粒級(jí)洗選的大型動(dòng)力煤選煤廠常用的原煤洗選原則流程如圖1所示[3]。原煤以25(13) mm預(yù)先分級(jí)，200(150)～25(13) mm粒級(jí)塊煤經(jīng)6 mm濕法脫泥后采用淺槽重介質(zhì)分選機(jī)分選，<25(13) mm粒級(jí)末煤經(jīng)1.5 mm脫泥后采用重介質(zhì)旋流器分選，1.5～0.5(0.2)mm粒級(jí)粗煤泥采用螺旋分選機(jī)或干擾床分選機(jī)分選，煤泥水濃縮后由壓濾機(jī)脫水回收。

由于動(dòng)力煤遇水易泥化而產(chǎn)生大量次生煤泥，末煤全部進(jìn)入洗選系統(tǒng)后，導(dǎo)致煤泥總量急劇增加。大量煤泥的存在對(duì)煤泥水處理系統(tǒng)產(chǎn)生了惡劣影響，難以實(shí)現(xiàn)清水洗煤。

寧東選煤廠是神華寧煤集團(tuán)公司寧東礦區(qū)的動(dòng)力煤選煤廠，入選煤種為長焰煤和不粘煤，原煤易碎、易泥化，內(nèi)在水分平均為15%，全水分多在20%左右[4]。寧東選煤廠共有10個(gè)礦井型動(dòng)力煤選煤分廠，總設(shè)計(jì)能力為81.40 Mt/a，其中金鳳、紅柳、雙馬三個(gè)分廠均采用全粒級(jí)洗選工藝，其他分廠的末煤不洗選。金鳳分廠的原煤洗選能力為8.00 Mt/a，原煤粒度組成如表1所示。

圖1 全粒級(jí)洗選的大型動(dòng)力煤選煤廠常用原煤洗選原則流程Fig.1 The common basic flowsheet of all particle size raw coal washing in large-scale thermal coal preparation plant

粒級(jí)/mm薄中煤層比率為25%γ本γ樣Ad厚煤層比率為75%γ本γ樣Ad綜合γ樣Ad>5015.283.8229.6314.8311.1226.1514.9427.0450～2513.623.4118.6416.0612.0515.1415.4515.9125～1315.403.8519.3712.059.0414.7912.8916.1613～613.423.3618.6419.1114.3316.0817.6916.576～313.713.4319.7016.1112.0817.9415.5118.333～0.519.524.8821.0711.948.9616.0113.8417.790.5～09.052.2626.159.907.4327.279.6927.0150～084.7221.1820.3185.1763.8817.3685.0618.10合計(jì)100.0025.0021.73100.0075.0018.67100.0019.43

如果金鳳分廠采用圖1的全粒級(jí)洗選工藝，在<6 mm粒級(jí)末煤產(chǎn)率為39.13%、灰分為20.29%的情況下，進(jìn)入重介洗選系統(tǒng)的細(xì)煤泥(<0.5 mm粒級(jí))產(chǎn)率將達(dá)到8.23%。大量細(xì)煤泥在洗選系統(tǒng)的存在，將會(huì)引發(fā)如下不利影響：煤泥水處理系統(tǒng)負(fù)荷增大，相應(yīng)的設(shè)備與土建投資增加；煤泥水濃縮、澄清、沉降效果惡化，導(dǎo)致絮凝劑和凝聚劑的用量增加，煤泥水處理成本上升；粗煤泥分選系統(tǒng)和煤泥回收系統(tǒng)的設(shè)備負(fù)荷增大且能耗升高，脫介篩的脫介難度和磁選機(jī)的尾礦介質(zhì)損失增加，生產(chǎn)運(yùn)營成本升高；煤泥的粒度細(xì)、粘度大、水分高、發(fā)熱量低，難以均勻摻入商品煤直接銷售，只能晾曬后單獨(dú)銷售，經(jīng)濟(jì)效益損失巨大。此外，大量煤泥堆放還需占用土地，造成廠區(qū)環(huán)境污染加劇[5]。隨著國家對(duì)環(huán)境保護(hù)力度的加大，企業(yè)治污成本必將明顯提高。

綜上所述，如果在原煤洗選前先通過干法深度篩分脫除粉煤，并將其直接作為商品煤或摻入商品煤銷售，則可實(shí)現(xiàn)煤泥減量化生產(chǎn)，避免全粒級(jí)洗選存在的弊端[6]。

2 煤泥減量化生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)

通過以上分析，結(jié)合筆者多年的動(dòng)力煤選煤廠建設(shè)與生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)，提出了動(dòng)力煤全粒級(jí)洗選煤泥減量化生產(chǎn)技術(shù)。通過弛張篩6 mm干法深度篩分脫除<6 mm粒級(jí)粉煤，>6 mm粒級(jí)末煤采用重介洗選工藝分級(jí)分選，減少進(jìn)入洗選系統(tǒng)的煤泥量，提高商品煤的發(fā)熱量，從而實(shí)現(xiàn)煤泥減量化生產(chǎn)和選煤效益最大化。

實(shí)現(xiàn)煤泥減量化生產(chǎn)的關(guān)鍵是干法深度篩分設(shè)備具有較高的篩分效率，而傳統(tǒng)的篩分設(shè)備深度篩分效率低，無法滿足需要。馳張篩是一種高效的干法深度篩分設(shè)備，專門用于濕粘難篩物料的篩分[7]。2011年金風(fēng)、雙馬兩個(gè)分廠在設(shè)計(jì)之初就采用了煤泥減量化生產(chǎn)技術(shù)，取得了非常顯著的效果。2013年紅柳分廠進(jìn)行技術(shù)改造時(shí)，嘗試采用兩臺(tái)弛張篩進(jìn)行深度篩分，最終實(shí)現(xiàn)了煤泥減量化生產(chǎn)，且成效顯著。

3 煤泥減量化生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用

紅柳分廠設(shè)計(jì)能力為16.00 Mt/a，入選煤種屬于不粘煤，原煤水分在20%左右。原設(shè)計(jì)采用全粒級(jí)洗選工藝(圖1)，原煤采用組合篩(博后篩)以25 mm預(yù)先分級(jí)，塊煤、末煤分別洗選。由于煤泥全部進(jìn)入洗選系統(tǒng)，導(dǎo)致煤泥水處理系統(tǒng)負(fù)荷大，循環(huán)水惡化等問題突出。2013年采用煤泥減量化生產(chǎn)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了技術(shù)改造，即原煤洗選前脫除<6 mm粒級(jí)粉煤，改造后的原煤洗選原則流程如圖2所示。

圖2 基于煤泥減量化生產(chǎn)技術(shù)的動(dòng)力煤全粒級(jí)洗選原則流程Fig.2 The basic flowsheet of all particle size thermal coal washing based on coal slime reduction-producing technology

該分廠進(jìn)行技術(shù)改造時(shí)，以KRL/DD3×10 m雙層弛張篩作為深度篩分設(shè)備，其上層篩孔為25 mm，下層篩孔為6 mm。當(dāng)原煤全水分為19.40%、單臺(tái)設(shè)備處理能力為700 t/h時(shí)，上層篩的篩分效率為90.80%，下層篩的篩分效率為78.70%，有效實(shí)現(xiàn)了原煤的干法深度篩分和煤泥減量化生產(chǎn)。弛張篩與博后篩的工藝效果對(duì)比結(jié)果如表2所示。

表2 兩種篩分設(shè)備的工藝效果對(duì)比結(jié)果

金鳳、雙馬兩分廠的建成與投產(chǎn)，驗(yàn)證了煤泥減量化生產(chǎn)技術(shù)的可行性和優(yōu)越性；紅柳分廠的技術(shù)改造與應(yīng)用，標(biāo)志著煤泥減量化生產(chǎn)技術(shù)在寧東礦區(qū)得到了成功應(yīng)用。就寧東礦區(qū)三個(gè)選煤分廠的洗選工藝分析，動(dòng)力煤全粒級(jí)洗選煤泥減量化生產(chǎn)工藝可概括為：原煤以25(13)mm預(yù)先分級(jí)，200(150)～25(13)mm粒級(jí)塊煤經(jīng)6 mm濕法脫泥后采用淺槽重介質(zhì)分選機(jī)分選，<25(13)mm粒級(jí)末煤進(jìn)行6 mm干法深度篩分，25(13)～6 mm粒級(jí)末煤經(jīng)1.5 mm脫泥后采用兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選，粗煤泥采用螺旋分選機(jī)或干擾床分選機(jī)分選，煤泥水濃縮壓濾回收。

4 應(yīng)用效果

4.1 洗選系統(tǒng)煤泥量大幅下降

煤泥減量化生產(chǎn)技術(shù)在金鳳分廠成功應(yīng)用后，干法脫除的<6 mm粒級(jí)粉煤占全樣產(chǎn)率為23.48%，進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)的細(xì)煤泥(<0.5 mm粒級(jí))占全樣產(chǎn)率僅為3.29%，原生煤泥量減少43.64 t/h，煤泥處理系統(tǒng)負(fù)荷下降70個(gè)百分點(diǎn)。金鳳分廠煤泥減量化生產(chǎn)工藝指標(biāo)如表3所示，應(yīng)用效果顯著。

表3 金鳳分廠煤泥減量化生產(chǎn)工藝指標(biāo)

由表3可知：隨著篩分效率的提高，洗末煤水分降低而發(fā)熱量升高，當(dāng)篩分效率為70%時(shí)，洗末煤發(fā)熱量提高438.56 kJ/kg。<6 mm粒級(jí)粉煤在篩分環(huán)節(jié)直接脫除，不再進(jìn)入洗選系統(tǒng)，弱化了水分對(duì)商品煤發(fā)熱量的影響，這對(duì)動(dòng)力煤選煤廠的商品煤質(zhì)量的提高至關(guān)重要。

雙馬分廠投產(chǎn)后，經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)，直接脫除的<6 mm粒級(jí)粉煤產(chǎn)率約占煤樣的9%，次生煤泥量下降4個(gè)百分點(diǎn)。紅柳分廠技術(shù)改造后，原生煤泥和次生煤泥的總產(chǎn)率由原來的15%降至10%，煤泥處理系統(tǒng)負(fù)荷下降1/3。2014年紅柳分廠的原煤入選量為5.40 Mt，煤泥產(chǎn)量下降27萬t。

4.2 生產(chǎn)工藝得到優(yōu)化

入選原煤經(jīng)弛張篩6 mm分級(jí)后，<6 mm粒級(jí)粉煤不入選而直接作為電煤銷售，洗選系統(tǒng)煤泥量大大下降，生產(chǎn)工藝得到優(yōu)化，為原煤全粒級(jí)洗選工藝的完善提供了新途徑。動(dòng)力煤選煤廠洗選工藝設(shè)計(jì)與改造時(shí)，可根據(jù)原煤性質(zhì)和產(chǎn)品質(zhì)量要求，靈活選擇干法分級(jí)粒度(25、13、6 mm)，確定適宜的原煤入選粒度下限，以滿足淺槽重介質(zhì)分選機(jī)單獨(dú)分選或淺槽重介質(zhì)分選機(jī)與旋流器聯(lián)合分級(jí)分選的要求[8]。此外，干法篩分效率的提高也為取消傳統(tǒng)的選前脫泥系統(tǒng)提供了可能，從而使選煤工藝更加靈活、適用、高效、經(jīng)濟(jì)。

4.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

煤泥減量化生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用使煤泥水處理系統(tǒng)負(fù)荷大大減輕(表4)，設(shè)備選型隨之減小，建設(shè)投資和運(yùn)營成本大幅降低。經(jīng)測(cè)算，煤泥水處理系統(tǒng)建設(shè)投資減少1/3，磁鐵礦粉消耗和煤泥水處理過程中的藥劑消耗有所下降，煤泥水處理成本降低約30個(gè)百分點(diǎn)[9]，且避免了大量煤泥堆放占用土地而帶來的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染[10]。此外，弛張篩的篩分效率高而能耗低，與處理能力700 t/h的傳統(tǒng)篩分設(shè)備相比，相同處理能力的弛張篩每年可節(jié)約電能23.76萬度，折合電費(fèi)11萬元。

表4 金鳳分廠末煤與煤泥水系統(tǒng)設(shè)備負(fù)荷對(duì)比結(jié)果Table 4 Comparative results of equipment load in fine coal separation system and coal slurry processing system

5 結(jié)語

對(duì)于寧東礦區(qū)的易泥化動(dòng)力煤，采用弛張篩預(yù)先脫除<6 mm粒級(jí)粉煤，再對(duì)全粒級(jí)進(jìn)行洗選，可顯著降低洗選系統(tǒng)煤泥量，提高商品煤發(fā)熱量，從而降低選煤廠基建投資和運(yùn)營成本。煤泥減量化生產(chǎn)是動(dòng)力煤洗選技術(shù)的發(fā)展方向，根據(jù)原煤性質(zhì)和產(chǎn)品質(zhì)量要求，靈活選用<6 mm粒級(jí)粉煤不入選或部分入選方案，實(shí)施煤泥減量化生產(chǎn)，可取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。煤泥減量化生產(chǎn)技術(shù)為完善動(dòng)力煤洗選工藝奠定了基礎(chǔ)，煤泥水系統(tǒng)的“瘦身”必將帶來一系列的設(shè)計(jì)更新和產(chǎn)品升級(jí)。動(dòng)力煤全粒級(jí)洗選煤泥減量化生產(chǎn)，適應(yīng)我國“節(jié)能減排、打造綠色經(jīng)濟(jì)”的發(fā)展方向，必將有力地推動(dòng)我國煤炭洗選行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。

[1] 中國煤炭報(bào).2020年原煤入選率要達(dá)到80%以上[EB/OL].(2015-01-14) [2015-10-16]. http://www. ccoal-news.com.

[2] 謝廣元.選礦學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2001.

[3] 王政軍.動(dòng)力煤選煤廠設(shè)計(jì)中幾種常見選煤工藝的淺析[J].煤炭加工與綜合利用，2006(5).

[4] 蔡 斌，羅彩勇，俞海春，等. 寧東礦區(qū)動(dòng)力煤洗選工藝探索與實(shí)踐[J].選煤技術(shù)，2013(6).

[5] 鄭鈞迪.動(dòng)力煤脫粉入洗的必要性分析[J].煤炭加工與綜合利用，2013(6).

[6] 劉向東，梁占榮，高凱峰.粘濕原煤的干法篩分[J].選煤技術(shù)，2011(3).

[7] 歐戰(zhàn)備，湯會(huì)峰.弛張篩在淮北礦區(qū)深度篩分系統(tǒng)的應(yīng)用[J]. 煤炭加工與綜合利用，2015(9).

[8] 柳建華.郭家灣選煤廠洗選工藝的再優(yōu)化[J].潔凈煤技術(shù)，2013(4).

[9] 朱子祺.哈拉溝選煤廠脫粉入洗效益分析選煤技術(shù)[J].選煤技術(shù)，2015(3).

[10] 葉金龍.動(dòng)力煤全粒級(jí)分選系統(tǒng)優(yōu)化研究[D].淮南：安徽理工大學(xué),2009.

Development and application of coal slime reduction-producing technology in all particle size thermal coal washing process

CAI Bin, WANG Bo, LUO Cai-yong, CHEN Bao-yun, MA Jian-wen, LIAN Yong-qiang

(Shenhua Ningxia Coal Industry Group Co., Ltd., Yinchuan, Ningxia 750001, China)

In consideration of all particle size thermal coal washing process causing a lot of difficult-to-separate coal slime with lower calorific value, the coal slime reduction-producing technology is proposed by analyzing existing slime processing system in Jinfeng, Hongliu, Shuangma branch of Ningdong mine coal preparation plant. Raw coal is sized at 6 mm by flip-flop screen in these plants, and then +6mm raw coal is delivered to separation system. The result shows that coal slime is reduced by 33% to 70%, while calorific value of fine coal is increased by 438.57 kJ/kg. This technology can not only drop construction investment and operating costs, but improve quality of coal product, as well as can be a new approach to other thermal coal preparation plants.

coal slime; coal slime reduction; precisely dry screening

1001-3571(2015)05-0036-04

TD94

B

2015-08-17

10.16447/j.cnki.cpt.2015.05.009

蔡 斌(1966—)，男，四川省成都市人，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事選煤生產(chǎn)管理工作。

E-mail: caibin@nxmy.com Tel：0951-6970473