適用于煉焦煤選煤廠技術經濟考核的四項指標

韓萬松，閆銳敏，庾朝富，李瑞和，吳大為

(北京國華科技集團有限公司，北京 101300)

適用于煉焦煤選煤廠技術經濟考核的四項指標

韓萬松，閆銳敏，庾朝富，李瑞和，吳大為

(北京國華科技集團有限公司，北京 101300)

根據GB/T15715《煤用重選設備工藝性能評定方法》中對錯配物的定義，提出了適用于煉焦煤選煤廠技術經濟考核的四項指標。這四項指標均可在兩級浮沉(快浮)試驗數據基礎上，通過結合重力分選的精煤、中煤和矸石產率及相應灰分，簡便、精確地計算出來，從而為選煤廠技術經濟考核提供了方便。

精煤帶矸污染率；中煤帶精損失率；中煤帶矸污染率；矸石帶煤損失率

我國煉焦煤選煤廠均采用重力選煤設備作為主選設備。在以前傳統的選煤生產中，需要定時或不定時地對原料煤、精煤、中煤和矸石進行快速浮沉試驗(簡稱快浮)，以此來指導崗位司機操作；隨著選煤管理水平的進步，這些快浮結果(或其中某些項)不但成為崗位司機的操作依據，也逐漸成為班、組、車間的考核指標；發展至今，還演變出以下一些技術經濟考核指標：①上級主管部門對選煤廠的業績考核指標；②新建選煤廠投產時，甲方對乙方的驗收考核指標；③營運總承包時，業主對承包方的效益考核指標。

選煤廠常用的四個指標有精煤帶矸量、中煤帶精量、中煤帶矸量和矸石帶煤量。那么，根據這四個指標可否來判斷選煤生產過程的優劣呢？在此提出兩個問題：①有兩個選煤廠，其中甲選煤廠中煤帶精量為12.04%，乙選煤廠的中煤帶精量為9.53%，按照中煤帶精量來衡量，是否可以判定乙選煤廠的精煤損失少一些呢？②甲選煤廠中煤帶矸量為4.25%，乙選煤廠卻為19.32%，按照原料煤中矸石量來評定，是否可判定甲選煤廠的矸石污染少一些呢？實際上，這兩個問題的答案都是否定的。因為重選各產物的快浮指標沒有確切地反映出原料煤的密度組成，也沒反映出精煤、中煤和矸石之間的比例，因而不能定量地、全面地反映出分選過程的優劣，因而不宜作為選煤廠的重要考核指標。因此，重選產物快浮指標始終沒有作為工藝效果的評定指標而被列入GB/T15715《煤用重選設備工藝性能評定方法》中。

GB/T15715《煤用重選設備工藝性能評定方法》是將總錯配物含量這項指標定為“視需要選用的指標”，其實它是一項科學嚴謹的指標，它定量地將入料、產物的密度組成與各分選產物的產率聯系在一起，從輕、重產物的污染或損失的角度出發，來綜合評定設備的分選完善程度。但要想得到此指標，必須事先進行重選設備檢測，根據試驗數據繪制分配曲線，再查出分配密度，因此該方法在實用性、簡便性上與人們的需求存在很大差距。

重力分選的過程是物料依據密度差異大小，按概率進行分選的過程，所謂的分配密度只是表征重選設備在檢測期間，物料進入輕、重產物概率皆為50%時的密度。在生產中分配密度不是固定值，而是隨著原料煤煤質、產品質量指標、操作人員的技術經驗等因素隨機波動。還需指出的是，重選設備檢測是一項系統工程，需要較多的人力、物力、時間以及較高的試驗技術水平，在選煤廠是無法頻繁進行的，甚至某些選煤廠投產多年都沒進行過一次檢測。因此，筆者在此提出以快浮試驗數據為依據的精煤帶矸污染率、中煤帶精損失率、中煤帶矸污染率、矸石帶煤損失率四項指標。

1 四項指標

以三產品重介質旋流器為例，筆者認為可用Bkg/L和1.80 kg/L分別取代總錯配物中一、二段的分配密度。凡1.80 kg/L密度級的產物則稱之為“矸”。

現以表1中甲選煤廠的原料煤、精煤、中煤和矸石的兩級浮沉資料作為案例，對四項指標逐個進行介紹并計算。

表1 五座選煤廠的兩級浮沉數據及四項考核指標表Table 1 Data of two stage float-and-sink test and four evaluation indexes of coal preparation plant %

注：甲、乙選煤廠B=1.40 kg/L，丙選煤廠B=1.50 kg/L，丁選煤廠B=1.60 kg/L，戊選煤廠B=1.65 kg/L。

1.1 精煤帶矸污染率CP′矸

精煤帶矸污染率CP′矸的定義為污染到精煤中的>1.80 kg/L密度級的矸石占原料煤中該密度級的百分比值，即>1.80 kg/L密度級的矸石分配在精煤中的概率，其計算式為：

(1)

式中：γ精為精煤產率，%；γ精>1.8為精煤中>1.80 kg/L密度級產率，%；γ原>1.8為原料煤中>1.80 kg/L密度級產率，%。

根據表1中甲選煤廠生產月報統計及經驗，甲選煤廠重力分選的精煤產率γ精=40.54%，精煤中>1.80 kg/L密度級產率γ精>1.8=0.03%，原料煤中>1.80 kg/L密度級產率γ原>1.8=34.33%，由(1)式可計算出甲選煤廠精煤帶矸污染率：

此值表示了精煤中污染的>1.80 kg/L密度級的矸石占到原料煤中該密度級的0.035%。

1.2 中煤帶精損失率ML′精

中煤帶精損失率ML′精定義為損失到中煤里的

(2)

式中：γ中為中煤產率，%；γ中

對于甲選煤廠，取B=1.40 kg/L。根據表1中甲選煤廠生產月報統計及經驗，由(2)式可得甲選煤廠中煤帶精損失率：

此值表示了損失在中煤里的

1.3 中煤帶矸污染率MP′矸

中煤帶矸污染率MP′矸定義為污染到中煤里>1.80 kg/L密度級的矸石占入料中該密度級的百分比值，即>1.80kg/L密度級的矸石分配在中煤里的概率，其計算式為：

(3)

式中：γ中>1.8為中煤里>1.80 kg/L密度級產率，%。根據表1中相應的數據，由(3)式可計算出甲選煤廠中煤帶矸污染率：

此值表示污染到中煤里的>1.80 kg/L的矸石占到原料煤中該密度級的3.25%。

1.4 矸石帶煤損失率RL′煤

矸石帶煤損失率RL′煤定義為損失到矸石中的<1.80 kg/L密度級的煤炭占原料煤中該密度級的百分比值，即<1.80 kg/L密度級的煤炭分配在矸石中的概率，其計算式為：

(4)

式中：γ矸為矸石產率，%；γ矸<1.8為矸石中<1.80 kg/L密度級產率，%；γ原<1.8為原料煤中<1.80 kg/L密度級產率，%。

根據表1中甲選煤廠生產月報統計及經驗，由式(4)可計算出甲選煤廠矸石帶煤損失率：

此數值表示損失到矸石的<1.80 kg/L煤炭占到原料煤中該密度級的0.25%。

2 等量原則修正法

利用上述四個計算式可以得到相應的考核指標，但結果還是不能盡如人意，需要進行修正。由表1數據對比，可以看出有關甲選煤廠的一些情況：

(1) 污染到精煤中的矸石灰分要比原料煤中>1.80 kg/L密度級灰分低10.25個百分點。

(2)損失到中煤里的“精煤”灰分，要比原料煤中

(3)污染到中煤里的矸石灰分，要比原料煤中>1.80 kg/L密度級低29.23個百分點。

(4)損失到矸石里的<1.80 kg/L密度級的灰分要比原料煤中同一密度級的高34.01個百分點。

這些情況在眾多選煤廠中普遍存在，這就意味著重選產物精煤、中煤、矸石中混有的“精”、“矸”、“煤”與原料煤中的“精”、“矸”、“煤”相對應的灰分是不等同的，且有很大的差別。

為了消除此差別，筆者提出了非可燃體等量和可燃體等量的基本概念。概括地講，可以將煤炭中的灰分A看為非可燃體，可以將(100-A)視為可燃體。

2.1 精煤帶矸污染率CP矸

精煤帶矸污染率CP矸的實質就是非可燃體混進輕產物中，增加了它的灰分，故根據(1)式可建立如下等量平衡式(即灰分量平衡式)：

γ′精>1.8×A原>1.8=γ精>1.8×A精>1.8，

(5)

式中：γ′精>1.8為修正后的精煤中>1.80 kg/L密度級產率，%；A原>1.8為原料煤中>1.80 kg/L密度級的灰分，%；A精>1.8為精煤中>1.80 kg/L密度級的灰分，%。

由式(1)和式(5)可得修正后的甲選煤廠精煤帶矸率CP矸：

(6)

從而可得甲選煤廠的按非可燃體等量原則修正的精煤帶矸污染率：

此值精確地表明了與原料煤相同灰分的>1.80 kg/L密度級的矸石進入精煤產品中的概率僅僅為0.031%，完全可定為小概率事件，甚至可以忽略不計。

2.2 中煤帶精損失率ML精

損失率的實質是可燃體混進重產物中，降低了它的灰分，故根據式(2)可建立如下可燃體等量平衡式：

γ′中

(7)

式中：γ′中

由式(2)、式(7)可得修正后的甲選煤廠中煤帶精損失率率：

(8)

從而可得甲選煤廠按可燃體等量原則修正后的中煤帶精損失率為：

此值精確地表明了甲選煤廠原料煤中同灰分的Bkg/L密度級精煤誤混進入中煤的概率為7.32%。

2.3 中煤帶矸污染率MP矸

同理，根據式(3)可建立如下的非可燃體等量平衡式：

γ′中>1.8×A原>1.8=γ中>1.8×A原>1.8，

(9)

式中：γ′中>1.8為修正后的中煤里>1.80 kg/L密度級產率，%；A原>1.8為原料煤中>1.80 kg/L密度級的灰分，%；A中>1.8為中煤中>1.80 kg/L密度級的灰分，%。

根據式(3)、式(9)可得修正后的中煤帶矸污染率：

(10)

由此可得甲選煤廠按非可燃體等量原則修正后的中煤帶矸污染率：

此數值精確地表明了原料煤中同灰分的>1.80 kg/L密度級矸石污染到中煤的概率為2.12%。

2.4 矸石帶煤損失率RL煤

同理，根據式(4)可建立如下的可燃體等量平衡式：

γ′矸<1.8×A原<1.8=γ矸<1.8×A矸<1.8，

(11)

式中：γ′矸<1.8為修正后的矸石中<1.80 kg/L密度級產率，%；A原<1.8為原料煤中<1.80 kg/L密度級的灰分，%；A矸<1.8為矸石中<1.80 kg/L密度級的灰分，%。

根據式(4)、式(10)可得修正后的矸石帶煤損失率：

(12)

由此可得甲選煤廠按可燃體等量原則修正后的矸石帶煤損失率RL煤：

此數值精確地表明了原料煤中同灰分的<1.80 kg/L密度級煤炭損失在矸石中的概率僅為0.15%，也屬于小概率事件。

3 影響四項指標的因素

通過表1所列五座選煤廠兩級浮沉數據與按等量原則進行修正的四項考核指標即可回答最初提出的兩個問題：

(1) 從快浮指標看，乙選煤廠中煤帶精量比甲選煤廠少2.51個百分點，但從式(8)計算結果來看，乙選煤廠的原料煤中

(2) 從快浮指標看丁選煤廠的中煤帶矸量比甲選煤廠多15.07個百分點，但根據式(10)計算結果看，丁選煤廠的中煤產率不到甲選煤廠的1/5，并且原料煤中矸石量比甲選煤廠多了11.70個百分點，因此計算取得的中煤帶矸污染率僅為1.33%，比甲選煤廠要少，即丁選煤廠的指標要好于甲選煤廠。

正如前面所述，這四項考核指標源于總錯配物含量的基本概念，因此影響錯配物大小的因素，也是影響這四項指標的因素，下面分別作簡要分析。

3.1 影響精煤帶矸污染率的因素

從表1可知，除丙選煤廠的指標為0.26%外，其余四座選煤廠均是極小的，甚至為零，該指標的大小與原料煤可選性基本無關，而與各選煤廠的具體操作因素有關，例如選前原料煤潤濕程度、懸浮液進入旋流器的壓力、磁鐵礦粉粒度、入料懸浮液中煤泥含量等。

3.2 影響中煤帶精損失率的因素

根據表1數據繪制出原料煤δ±0.1含量與中煤帶精損失率的相關關系，如圖1所示。

圖1 δ±0.1含量與中煤帶精損失率的相關關系圖Fig.1 Correlation between the content of δ±0.1 near-density material and the loss rate of clean coal carried in middlings

由此可得可靠性為95%的回歸方程：

MP精=0.15×(δ±0.1)-0.38。

(13)

該方程定量地表征了原料煤的δ±0.1含量每增加10個百分點，中煤帶精損失率MP精就會增加1.50個百分點。

需要指出的是，表1中所列的5座選煤廠皆采用同一規格型號的無壓給料三產品重介質旋流器，即分選設備的工藝特性(可能偏差)是一致的，故可確定中煤帶精損失率與原料煤的可選性有著良好的正相關關系，因此也能夠用式(13)的回歸方程來預測該規格型號的重介質旋流器在處理不同可選性原料煤時MP精值的大小。

3.3 影響中煤帶矸污染率和矸石帶煤損失率的因素

就三產品重介質旋流器而言，第二段旋流器分選出中煤和矸石，這兩個產品的指標與第二段旋流器的分選密度有關。當要求分離出純矸石時，隨分選密度增高，矸石帶煤損失率相應減小，而中煤帶矸污染率隨之增大；反之，為保證中煤產品有相當的發熱量，則隨分選密度的降低，中煤帶矸污染率自然減小，但矸石帶煤損失率隨之增大。因此這兩項指標與要求的中煤、矸石的灰分有直接關系。

4 結語

筆者在錯配量這一概念的基礎上，提出了精煤帶矸污染率CP矸、中煤帶精損失率ML精、中煤帶矸污染率MP矸和矸石帶煤損失率RL煤四項考核指標，在選煤經濟活動領域，可作為選煤工程合同中的甲、乙雙方都能接受的評定重選設備和選煤廠運營的考核指標。該四項指標具有以下優點：一是撈得著。選煤廠俗稱日常進行的快速浮沉為“撈”快浮，四項指標均是以快浮指標為依據的；二是看得見。這四項指標的另一基礎數據是精煤、中煤和矸石的產率，這些統計資料在選煤廠的生產日報、月報、年報中均能“看”到；三是做得到。有了選煤廠準確的快浮指標、產品產率，根據上述四項指標的計算公式，就可得到相應的數值。當然，真正實施和應用四項指標來考核評價也并非易事，還需要制定符合實際情況的多項細則，例如根據選煤廠的各產品產率扣除煤泥量換算為重選設備的產率等等。

[1] 煤炭科學研究總院唐山分院.GB/T15715-2014煤用重選設備工藝性能評定方法[M].北京：中國標準出版社，2014.

[2] 庾朝富，王傳金，石 郡，等.3GHMC1500/1100型無壓給料三產品重介質旋流器分選潘一選煤廠極難煤的工藝效果研究[J].選煤技術，2014(1)：24-29.

[3] 單忠健，葉立貞.中國煤炭工業百科全書加工利用·環保卷[M].北京：煤炭工業出版社，1999.

[4] 吳式瑜，岳勝云.選煤基本知識(第4版)[M].北京：煤炭工業出版社，2012.

Four indexes suitable for evaluation of technical economy of coking coal preparation plant

HAN Wan-song，YAN Rui-min，YU Chao-fu，LI Rui-he，WU Da-wei

(Beijing Guohua Technology Group Ltd.，Beijing 101300，China)

Four indexes suitable for evaluation of technical economy of coking coal preparation plant is proposed according to the concept of misplaced material in GB/T15715Coalgravityseparatingequipment-Performanceevaluation. Combined with yield and corresponding ash content of clean coal,middlings and refuse,these indexes can be simply calculated on the basis of two stage float-and-sink (quick float) test data,which is convenient for coal preparation plant to evaluate technical economy.

contamination rate of refuse carried in clean coal; loss rate of clean coal carried in middlings; contamination rate of refuse carried in middlings; loss rate of coal carried in refuse

1001-3571(2015)02-0064-05

TD94

A

2015-03-24

10.16447/j.cnki.cpt.2015.02.019

韓萬松(1962—)男，安徽省安慶市人，高級工程師，從事選煤廠設計和工程建設管理工作。

E-mail： ghkjsx@163.com Tel: 0315-5913440