馬 挺，張文鑫

(大同煤礦集團(tuán)朔州煤電有限公司，山西 懷仁 038300)

0 前 言

目前我國低階動(dòng)力煤選煤廠在經(jīng)濟(jì)技術(shù)方面存在以下2個(gè)方面的問題:原煤入洗比例低，精煤產(chǎn)率偏低，影響選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益；末煤不經(jīng)過洗選，造成混末煤灰分偏高，發(fā)熱量降低，同樣影響選煤廠的效益[1]。從環(huán)保的角度出發(fā)，需降低工業(yè)燃煤的灰分、提高煤炭的燃燒效率及減少粉塵排放[2]。故應(yīng)提高煤炭入洗比例以降低煤炭產(chǎn)品的灰分、硫分以及提高發(fā)熱量，此為未來動(dòng)力煤洗煤廠需考慮的問題[3]。對此，以神華集團(tuán)包頭礦業(yè)公司李家壕選煤廠為例，通過對該低階煤動(dòng)力煤選煤廠的選煤工藝進(jìn)行深入探究，并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比以提出進(jìn)一步提高末煤入洗比例的最佳方案[4]。

1 李家壕選煤廠生產(chǎn)概況

1.1 工藝流程

李家壕選煤廠于2010年建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)規(guī)模為12.00 Mt/a。選煤廠目前采用200 mm～13 mm塊煤淺槽分選，-13 mm末煤不分選，煤泥采用加壓過濾機(jī)和壓濾聯(lián)合回收工藝。具體方法如下:

(1)原煤首先經(jīng)預(yù)先篩分即進(jìn)入固定分級(jí)篩(φ200 mm)分級(jí)，篩上原煤經(jīng)手選后進(jìn)入原煤破碎機(jī)，破碎后原煤與篩下(200 ～0 )mm原煤一起進(jìn)入原煤分級(jí)篩(φ13 mm)進(jìn)行干濕分級(jí)作業(yè)，-13 mm的末煤不入選，經(jīng)弧形篩和離心機(jī)脫水后作為混末煤產(chǎn)品。分級(jí)后200 mm～13 mm粒級(jí)煤進(jìn)入重介淺槽分選,200 mm～50 mm洗大塊和50 mm～13 mm洗混塊，分別運(yùn)至洗大塊倉和洗混塊倉。

(2)最終產(chǎn)品有精煤、混煤、煤泥及矸石，其中精煤發(fā)熱量(Qnet，ar)為20.09 MJ/kg ～20.93 MJ/kg，主要經(jīng)火車銷往區(qū)外；混煤發(fā)熱量(Qnet，ar)為15.90 MJ/kg ～16.74 MJ/kg，主要在區(qū)內(nèi)銷售；煤泥及矸石由于發(fā)熱量較低，一般直接廢棄。根據(jù)用戶情況，精煤與混煤也可配煤銷售，煤泥也可摻入混煤產(chǎn)品，其產(chǎn)品主要用于電煤、民用煤。

1.2 存在問題

李家壕選煤廠投產(chǎn)至今，一直受到原煤含矸量大、灰分高、水分高、煤質(zhì)波動(dòng)大等問題的困擾，使產(chǎn)品質(zhì)量無法提高，且原煤入洗比例與精煤回收率均較低，選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益差。目前洗選工藝存在的問題主要包括以下3個(gè)方面:①精煤回收率偏低，選煤廠經(jīng)濟(jì)效益差；②混末煤灰分、水分偏高，造成發(fā)熱量偏低，影響售價(jià)；③煤泥灰分、水分偏高，無法摻入混末煤，只能排棄。

2 探究洗選工藝方案的確立

為了提高李家壕選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益，需對選煤廠進(jìn)行技術(shù)改造[5]。通過提高原煤入洗比例，增加精煤產(chǎn)率及產(chǎn)品發(fā)熱量，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

針對現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)存在的問題，提出以下解決方案:

(1)塊煤洗選的可行性研究論證。降低塊煤分選下限方案，200 mm～6 mm塊煤淺槽洗選方案，即將重介淺槽入料下限由13 mm降為6 mm，

增加原煤入洗比例，提高精煤產(chǎn)率[6]，并與原工藝進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)對比，論證塊煤洗選工藝的可行性。

(2)末煤洗選的可行性研究論證。增加末煤洗選系統(tǒng)，即200 mm～6 mm塊煤淺槽，-6 mm粉煤洗選系統(tǒng)，并與原來的末煤不入洗工藝進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)對比，論證末煤洗選工藝的可行性[7]。

探究方案技術(shù)路線包括對塊煤分選系統(tǒng)的研究及末煤生產(chǎn)系統(tǒng)的研究，分別如圖1、圖2所示。

圖1 塊煤分選研究路線圖

圖2 末煤分選研究路線圖

3 可行性研究論證

3.1 原煤可選性分析

此次原煤可選性分析資料以生產(chǎn)大樣《李家壕煤礦3-1煤層可選性試驗(yàn)報(bào)告》為基礎(chǔ)資料，原煤篩分浮沉試驗(yàn)見表1～表4。

表1 李家壕選煤廠原煤篩分實(shí)驗(yàn)

粒級(jí)/mm產(chǎn)物名稱產(chǎn)率/%篩上累計(jì)/%灰分/%煤0.907.76200手選夾矸煤矸石0.7393.36小計(jì)1.641.6446.19煤2.106.98200～100手選夾矸煤矸石2.3594.17小計(jì)4.466.0953.00煤5.506.80100～50手選夾矸煤矸石4.1993.64小計(jì)9.7015.7944.34>50合計(jì)15.7915.7946.9850～25煤18.8634.6529.9525～13煤17.7052.3529.0713～6煤15.0367.3723.026～3煤16.0683.4424.073～1煤8.8492.2728.441～0.5煤4.5396.8032.030.5～0煤3.20100.0033.11毛煤合計(jì)10030.56

表2 李家壕選煤廠200mm～13mm粒級(jí)原煤浮沉試驗(yàn)綜合表

浮沉密度/(g·mL-1)浮沉組成/%占本級(jí)占全樣灰分浮物累計(jì)/%數(shù)量灰分沉物累計(jì)/%數(shù)量灰分/%+0.1含量分選密度數(shù)量/%可選性-1.3052.0527.167.0552.057.05100.0034.761.3097.67極難選1.30～1.4015.778.2310.4867.817.8547.9564.841.4023.37較難選1.40～1.500.460.2426.1968.277.9732.1991.471.501.19易選1.50～1.600.370.1934.7868.648.1231.7392.421.600.85易選1.60～1.700.220.1239.1668.878.2231.3693.091.701.32易選1.70～1.800.200.1045.0069.068.3231.1393.481.801.23易選1.80～1.900.200.1052.4669.268.4530.9493.781.901.17易選1.90～2.000.180.0967.9569.438.6030.7494.05+2.0030.5715.9594.20100.0034.7630.5794.20小計(jì)100.0052.1834.76煤泥0.310.1643.71總計(jì)100.0052.3534.79

表3 李家壕選煤廠200mm～6mm粒級(jí)原煤浮沉試驗(yàn)綜合表

浮沉密度/(g·mL-1)浮沉組成/%占本級(jí)占全樣灰分浮物累計(jì)/%數(shù)量灰分沉物累計(jì)/%數(shù)量灰分+0.1含量分選密度數(shù)量/%可選性-1.3051.8534.647.0851.857.08100.0032.041.3097.28極難選1.30～1.4018.8112.5710.2370.657.9248.1558.921.4026.87較難選1.40～1.500.710.4724.0271.368.0829.3590.121.501.53易選1.50～1.600.410.2734.6371.778.2328.6491.751.600.95易選1.60～1.700.280.1940.1072.058.3528.2392.581.701.74易選1.70～1.800.220.1545.2072.268.4627.9593.101.801.43易選1.80～1.900.190.1352.5772.468.5827.7493.481.901.28易選1.90～2.000.180.1267.9072.638.7227.5493.77+2.0027.3718.2993.94100.0032.0427.3793.93小計(jì)100.0066.8232.04煤泥0.820.5547.02總計(jì)100.0067.3732.17

表4 李家壕選煤廠6mm～0.5mm粒級(jí)原煤浮沉試驗(yàn)綜合表

浮沉密度/(g·mL-1)浮沉組成/%占本級(jí)占全樣灰分浮物累計(jì)/%數(shù)量灰分沉物累計(jì)/%數(shù)量灰分/%+0.1含量分選密度數(shù)量/%可選性-1.3021.015.516.9621.016.96100.0024.741.3087.16極難選1.30～1.4051.3413.478.7872.358.2578.9929.471.4068.29極難選1.40～1.505.341.4016.2477.698.8027.6567.871.509.37易選1.50～1.602.440.6424.3780.129.2822.3180.231.604.24易選1.60～1.701.080.2835.9681.219.6319.8887.081.708.27易選1.70～1.800.760.2047.2581.979.9818.7990.031.805.73易選1.80～1.900.520.1463.4782.4910.3218.0391.831.904.64易選1.90～2.000.520.1474.4083.0010.7217.5192.67+2.0016.994.4693.27100.0024.7517.0093.23小計(jì)100.0026.2424.74煤泥10.813.1841.99總計(jì)100.0029.4226.60

通過浮沉試驗(yàn)綜合表繪制200 mm～13 mm、200 mm～6 mm、6 mm～0.5 mm原煤的可選性曲線，分別如圖3～圖5所示。

圖3 200 mm～13 mm原煤可選性曲線

圖4 200 mm～6 mm原煤可選性曲線

圖5 6 mm～0.5 mm原煤可選性曲線

由表1～表4和圖3～圖5可知:

(1)對比200 mm～13 mm和200 mm～6 mm浮沉試驗(yàn)可知，不同分選密度下δ±0.1含量相當(dāng)，在分選密度為1.30 g/mL和1.40 g/mL時(shí)可選性均為極難選，當(dāng)分選密度大于1.50 g/mL(包括1.50 g/mL)時(shí)可選性均為易選[8]。對于動(dòng)力煤選煤廠，分選密度一般設(shè)定在1.50 g/mL以上，所以可認(rèn)為當(dāng)降低塊煤分選下限到6 mm時(shí)，生產(chǎn)符合要求的精煤產(chǎn)品和使精煤產(chǎn)量最大化的情況下，原煤的可選性較好時(shí)，重介淺槽的分選密度應(yīng)定在1.50 g/mL～1.90 g/mL。

(2)分析6 mm～0.5 mm此部分粉煤的浮沉組成可看出，其浮沉組成呈現(xiàn)中間小兩頭大的趨勢，為易選煤，通過δ±0.1含量可知，當(dāng)分選密度為1.30 g/mL和1.40 g/mL時(shí)可選性均為極難選，當(dāng)分選密度大于1.50 g/mL(包括1.50 g/mL)時(shí)可選性均為易選。若此部分粉煤存在洗選必要時(shí)，則在滿足產(chǎn)品要求的情況下，洗選密度應(yīng)定在1.50 g/mL～1.90 g/mL。

3.2 塊煤洗選的可行性研究論證

由于降低了淺槽的分選下限，分析浮沉資料中200 mm～13 mm和200 mm～6 mm的浮沉組成可知，200 mm～6 mm浮沉組成中低密度物含量較之200 mm～13 mm浮沉組成中低密度物含量有明顯的提升，因此即可進(jìn)一步提高精煤產(chǎn)率，且提高矸石含量能有效促進(jìn)排矸[9]。

依據(jù)煤質(zhì)資料、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及工藝流程以計(jì)算最終產(chǎn)品平衡表，根據(jù)現(xiàn)場提供的原煤及產(chǎn)品價(jià)格、洗選成本初步測算效益情況，就原工藝(200 mm～13 mm塊煤重介淺槽、末煤不入選)和探究工藝(200 mm～6 mm塊煤重介淺槽、粉煤不入選)進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)技術(shù)特征比較，詳見表5。

表5 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)技術(shù)特征比較

由表5可知，經(jīng)洗選加工可生產(chǎn)4種產(chǎn)品，分別為精煤、混煤、煤泥及矸石，其中精煤發(fā)熱量(Qnet，ar)為20.50 MJ/kg以上，混煤發(fā)熱量(Qnet，ar)為16.32 MJ/kg以上，煤泥發(fā)熱量(Qnet，ar)為7.95 MJ/kg左右，矸石基本無發(fā)熱量。+13 mm塊煤重介淺槽洗選方案(現(xiàn)有系統(tǒng)方案)的精煤產(chǎn)率為33.98%，混末煤產(chǎn)率為48.81%，外排煤泥為2.01%，矸石15.20%，產(chǎn)品回收率為82.79%。

為進(jìn)一步論證末煤入洗的可選性，借鑒選煤廠塊煤重介淺槽分選工藝的改造與優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)[10]，據(jù)現(xiàn)場提供的原煤及產(chǎn)品價(jià)格、洗選成本，初步測算效益情況并進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)效益比較，見表6。

表6 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)效益比較

產(chǎn)品名稱產(chǎn)量/(Mt·a-1)噸煤價(jià)格/(元·t-1)成本/萬元銷售收入/萬元銷售利潤/萬元選煤廠銷售利潤/萬元改造增加投資/萬元精煤(200 mm～13 mm)2.0421543 834混末煤(13 mm～0 mm)2.9311533 679煤泥0.1210121+13 mm塊煤入洗矸石0.9110912原煤6.0016096 000洗選成本16.6910 014稅金1 163合計(jì)108 20977 513(30 696)(696)精煤(200 mm～6 mm)2.7521559 172混末煤(6 mm～0 mm)2.0111523 136煤泥0.1810178+6 mm塊煤入洗矸石1.06101 058原煤6.0016096 000洗選成本16.6910 014稅金1 235合計(jì)108 48582 308(26 177)3 8233 500

由表6可知:李家壕煤礦和選煤廠綜合考慮每年虧損30 696 萬元，單獨(dú)考慮選煤廠(原煤市場價(jià)按110元/t計(jì)算)每年虧損696 萬元。

+6 mm塊煤重介淺槽，粉煤不入洗探究工藝，與現(xiàn)有工藝系統(tǒng)相比，其精煤產(chǎn)率提高11.98%，混末煤產(chǎn)率降低15.28%，外排煤泥產(chǎn)率提高0.96%，矸石產(chǎn)率提高2.43%。李家壕煤礦和選煤廠綜合考慮每年虧損26 177 萬元，略有下降，單獨(dú)考慮選煤廠(原煤市場價(jià)按110 元/t計(jì)算)則出現(xiàn)盈利，每年利潤3 823 萬元，此方案改造需增加投資3 500 萬元左右。

綜上所述，可看出降低重介淺槽入料分選下限至6 mm，可以明顯提高精煤產(chǎn)率，顯著增加選煤廠經(jīng)濟(jì)效益，減虧明顯，因此降低淺槽的分選下限到6 mm，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面切實(shí)可行。

3.3 末煤洗選的可選性研究論證

從該廠的篩分資料看，6 mm～0 mm粉煤隨著粒級(jí)降低卻灰分增高，說明粒級(jí)越低則矸石含量越高，存在洗選的必要[11]。

根據(jù)所繪制的可選性曲線，從±0.1含量可看出當(dāng)分選密度為1.40 g/mL以上時(shí)，可選性均為易選，因此將粉煤的分選密度定在1.50 g/mL ～1.90 g/mL。

依據(jù)煤質(zhì)資料、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及工藝流程，計(jì)算最終產(chǎn)品平衡表，根據(jù)現(xiàn)場提供的原煤資料及產(chǎn)品的各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)，就原工藝(200 mm～13 mm塊煤重介淺槽，末煤不入選)和探究工藝(200 mm～6 mm塊煤重介淺槽，粉煤全部入選)進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)技術(shù)特征比較見表7。由表7數(shù)據(jù)可知，塊末煤同時(shí)洗選方案，其塊煤精煤產(chǎn)率提高了11.89%，末精煤產(chǎn)率相對混末煤產(chǎn)率降低了24.87%，煤泥產(chǎn)率提高了5.06%，矸石產(chǎn)率提高了7.92%。

為進(jìn)一步論證末煤入洗的可選性，根據(jù)現(xiàn)場提供的原煤資料及產(chǎn)品價(jià)格、洗選成本，結(jié)合相關(guān)研究[12]，初步測算效益情況并進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)效益比較，見表8。

表7 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)技術(shù)特征比較

產(chǎn)品名稱產(chǎn)率r/%灰分Ad/%水分Mt/%發(fā)熱量Qnet.ar/(MJ·kg-1)精煤(200 mm～13 mm)33.988.1924.1620.53混末煤(13 mm～0 mm)48.8126.0022.2716.30+13 mm塊煤入洗煤泥2.0145.7535.009.10矸石15.2093.2520.50原煤100.0030.5622.5015.10塊精煤(200 mm～6 mm)45.878.3123.9920.53全入洗(+6 mm塊煤淺末精煤(6 mm～0.5 mm)23.949.7127.6620.85槽,-6 mm粉煤旋流器)煤泥7.0745.7435.009.11矸石23.1292.4720.62原煤100.0030.5622.5015.10

表8 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)效益比較

產(chǎn)品名稱產(chǎn)量/(Mt·a-1)噸煤價(jià)格/(元·t-1)成本/萬元銷售收入/萬元銷售利潤/萬元選煤廠銷售利潤/萬元改造增加投資/萬元精煤(200 mm～13 mm)2.0421543 834混末煤(13 mm～0 mm)2.9311533 679煤泥0.1210121+13 mm塊煤入洗矸石0.9110912原煤6.0016096 000洗選成本16.6910 014稅金1 163合計(jì)108 20977 513(30 696)(696)塊精煤(200 mm～6 mm)2.7521559 172末精煤(6 mm～0.5 mm)1.4421931 457煤泥0.4210416全入洗(+6 mm塊煤淺矸石1.39101 385槽,-6 mm粉煤旋流器)原煤6.0016096 000洗選成本18.5011 100稅金1 274合計(jì)110 17590 629(19 546)3 94212 000

由表8可知:李家壕煤礦和選煤廠綜合考慮每年虧損19 546萬元，略有下降；單獨(dú)考慮選煤廠則出現(xiàn)盈利，每年利潤3 942萬元，與+6 mm塊煤重介淺槽洗選方案利潤相近，但此方案改造需增加投資12 000萬元左右。

由于李家壕選煤廠煤質(zhì)灰分較高，尤其-6 mm粉煤灰分有反向升高趨勢，因此，-6 mm粉煤存在洗選必要，但由于其經(jīng)濟(jì)效益提升并不明顯，且改造投資較大，在目前煤炭行情不景氣的情況下，增加-6 mm粉煤洗選沒有必要。

4 相關(guān)技術(shù)改造措施

4.1 篩分系統(tǒng)的改造

(1)塊原煤脫泥篩。原來的塊原煤脫泥篩采用單層直線篩ZKG2448，篩孔為13 mm，由于降低了重介淺槽的分選下限，則需將13 mm的篩孔變?yōu)? mm篩孔，方能滿足生產(chǎn)需求，因此根據(jù)主廠房安裝場地，將主廠房4臺(tái)2 448脫泥篩篩孔更換為φ6 mm。

(2)末精煤離心機(jī)。原工藝采用的末精煤離心機(jī)為臥式HSG1200，由于降低淺槽的分選下限導(dǎo)致淺槽的處理量增大[13]，因而造成原先的末精煤離心機(jī)已不能滿足正常的生產(chǎn)需求，因此根據(jù)入料量將4臺(tái)HSG1200末精煤離心機(jī)更換為4臺(tái)HSG1400末精煤離心機(jī)，并相應(yīng)改造入料溜槽、濾液溜槽等非標(biāo)件。

4.2 煤泥水系統(tǒng)的改造

由于降低了淺槽的分選下限，系統(tǒng)中末煤含量增多，導(dǎo)致煤泥水系統(tǒng)負(fù)荷加大，煤泥的回收利用量增多[14]。結(jié)合國內(nèi)選煤廠煤泥水系統(tǒng)改造經(jīng)驗(yàn)[15-26]，經(jīng)過核算，濃縮機(jī)能夠滿足生產(chǎn)能力要求，壓濾機(jī)則不能滿足實(shí)際生產(chǎn)要求，需另外擴(kuò)建壓濾車間，增加3臺(tái)500 m2壓濾機(jī)及相應(yīng)入料桶、給料泵、管道閥門等設(shè)備，才能更有效地回收煤泥以滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。

5 結(jié)論與展望

目前低階煤動(dòng)力煤選煤廠普遍存在精煤產(chǎn)率低和末煤不入選、混末煤灰分偏高、影響產(chǎn)品售價(jià)等問題，此次研究以神華集團(tuán)包頭礦業(yè)公司李家壕選煤廠為實(shí)例，針對李家壕選煤廠現(xiàn)有實(shí)際洗選方案出現(xiàn)的問題提出了2個(gè)技術(shù)方案，通過可選性研究論證可得以下結(jié)論:

(1)降低重介淺槽入料分選下限至6 mm，可明顯提高精煤產(chǎn)率，顯著增加選煤廠經(jīng)濟(jì)效益。

(2)從末煤全部洗選工藝的論證可看出，雖-6 mm粉煤存在洗選的必要，但由于對洗煤廠經(jīng)濟(jì)效益提升不明顯，且煤炭市場走勢不佳，投資大，因此不入選。

此次研究對李家壕選煤廠末煤洗選方案進(jìn)行了論證，并與原工藝進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)技術(shù)對比，通過比較得到了最優(yōu)的洗選工藝，但存在不少問題和局限之處需更深入研究及探討。首先，目前重介淺槽入選下限一般為13 mm，國內(nèi)入選下限為6 mm的用戶幾乎沒有先例，建議對入選下限6 mm進(jìn)一步探討和深入研究；其次，需結(jié)合煤質(zhì)、產(chǎn)品、市場及煤泥處理等技術(shù)經(jīng)濟(jì)情況對增加末煤洗選系統(tǒng)的可行性進(jìn)一步試驗(yàn)論證，同時(shí)也可進(jìn)行末煤和煤泥脫水試驗(yàn)論證。