騰慶選煤廠特殊極難選煤分選工藝優化

師文虎,杜煥銅

(1.中煤科工集團唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗選工程技術研究中心，河北 唐山 063012)

騰慶選煤廠是貴州貴能投資集團所屬的礦井型煉焦煤選煤廠，設計能力為1.80 Mt/a，設計工藝為50～0.5 mm粒級采用無壓三產品重介質旋流器分選、0.5～0.25 mm粒級采用煤泥重介質旋流器分選、<0.25 mm粒級浮選的聯合工藝。該選煤廠主要入選騰慶煤礦原煤和部分外購原煤，原煤灰分在26%～44%之間，水分約為11%，硫含量在3%以上，發熱量約為19.24 MJ/kg，屬于中(高)灰、高硫、中等發熱量的焦煤。該廠主導產品為焦精煤，灰分≤11.50%，硫含量<1%，揮發分在16%～18%之間，粘結指數在78～85之間，發熱量為27.42 MJ/kg，主要銷往水鋼、昆鋼、攀鋼等大型鋼企。

騰慶選煤廠于2015年6月初進入試生產階段，由于騰慶煤礦技改升級后采用綜合機械化采煤工藝，加之煤層埋藏深度發生變化，且煤層厚度不均勻，致使原煤煤質波動較大，進而使試生產初期的精煤指標波動大，產品質量不穩定。在對系統工藝參數調整后，實現了精煤灰分≤11.50%、中煤中<1.40 g/cm3密度級浮物(中煤帶精損失)產率<25%、精煤中<1.40 g/cm3密度級浮物產率>82%的既定目標，并且洗選產品質量相對穩定，工藝系統基本滿足生產需要，但精煤損失仍較多。為了進一步減少精煤損失，提高并穩定洗選產品質量，提升企業綜合經濟效益，在對入選原煤、洗選產品的煤質和生產工藝進行分析的基礎上，有針對性地采取措施，對工藝系統進行了優化。

1 煤質分析

1.1 原煤煤質

根據GB/T 477—2008《煤炭篩分試驗方法》、GB/T 478—2008《煤炭浮沉試驗方法》[1-2]規定，對騰慶選煤廠原煤煤質進行了檢測，50～0 mm粒級原煤粒度特性見表1，各粒級原煤密度組成與浮物累計數據見表2、表3， 50～0.5 mm粒級原煤的可選性評定結果見表4。

表1 50～0 mm粒級原煤粒度組成

由表1可知：煤樣的主導粒級為13～1 mm粒級，>0.5 mm粒級的灰分隨粒度的減小而下降；0.5～0粒級煤泥的產率為5.91%，灰分為23.93%，說明有輕微的泥化現象存在。

表2 50～0.5 mm粒級原煤密度組成

表3 50～0.5 mm粒級浮物累計數據

由表2、表3可知：

(1)50～0.5 mm粒級浮物中<1.40 g/cm3密度級的灰分為9.23%，在要求精煤灰分為9%～11%時，除1～0.5 mm粒級外，其他各粒級均為極難選；隨著粒度的減小，<1.40 g/cm3密度級的累計產率迅速上升，而灰分逐漸下降，說明細粒級精煤的產率遠遠高于粗粒級精煤的產率，這與篩分試驗結果吻合，也說明對原煤破碎解離有利于提高精煤產率。

(2)1～0.5 mm粒級浮沉數據顯示：<1.80 g/cm3密度級的累計產率高達90.95%，累計灰分僅為9.99%；當要求精煤灰分在9.00%～11.00%之間時，精煤理論分選密度>1.80 g/cm3，分選密度過高。

表4 50～0.5 mm粒級原煤的可選性

由表4可知：當要求精煤灰分在9.00%～12.50%之間時，扣除沉矸后的δ±0.1含量均在42%以上，說明其為極難選煤；當要求精煤灰分在9.00%～11.00%之間時，扣除沉矸后的δ±0.1含量均在65%以上，遠超出標準規定，故暫稱其為特殊極難選煤。

綜上分析可知：煤和矸石交錯分布是該選煤廠原煤難選的重要原因，因此可通過合理解離改善其可選性。

1.2 精煤煤質分析

現場觀察發現，重介質旋流器分選出的塊精煤普遍存在明暗相間的夾層，為探明重介精煤的煤質情況，根據GB/T 478-2008《煤炭浮沉試驗方法》規定，對其進行分級浮沉試驗，結果見表5。

表5 精煤分級浮沉試驗結果

由表5可知：細粒煤的浮沉結果明顯優于粗粒煤，<6 mm粒級精煤的產率高達84.38%，灰分為8.20%，而50～25 mm粒級精煤的產率為54.42%，灰分為10.47%。

為此，將>25 mm粒級塊精煤破碎到13 mm以下，并對其進行浮沉試驗。浮沉試驗結果表明：<1.40 g/cm3密度級產率提高了5個百分點左右，且>1.40 g/cm3密度級的灰分高達23.48%，這說明精煤中存在可分離的高灰組分。

1.3 中煤煤質分析

為了了解中煤破碎解離后的煤質情況，將重介中煤分別破碎解離到13、6、3 mm以下，并對其分別進行全級浮沉試驗，結果見表6。由表6可知：在破碎解離前后，<1.40 g/cm3密度級的產率均偏高，而其灰分均偏低；在將重介中煤破碎解離到6或3 mm以下時，<1.40 g/cm3密度級的產率較高，且二者接近；從破碎解離能耗和分選效果考慮，6 mm是重介中煤的最適解離粒度。

表6 中煤破碎產物浮沉試驗結果

1.4 矸石與粗煤泥煤質

矸石全粒級浮沉結果表明：<1.80 g/cm3密度級的產率<0.5%，這說明矸石純度很高。為檢驗細粒煤的分選效果，分別對精煤磁選尾礦和矸石高頻篩的篩上物進行檢測，測得0.5～0.2 mm粒級粗煤泥的灰分<10%，0.5～0.2 mm粒級矸石的灰分>74%。

綜上分析可知：由于原煤普遍存在條狀夾層，導致其可選性極差。隨著粒度的減小，各粒級灰分降低，而其產率明顯升高，原生煤泥產率較小。隨著要求精煤灰分的增加，精煤理論產率迅速提高；如果只從原煤性質考慮，應該對1～0.5 mm粒級原煤單獨分選；當將重介中煤破碎到6 mm以下時解離相對充分，可認為其最佳解離粒度為6 mm。

2 優化方案與洗選工藝

2.1 優化方案

根據煤質分析與精煤、破碎解離中煤的浮沉試驗結果，中煤破碎解離后，精煤產率明顯提高，中煤帶煤率顯著降低。此外，為使高灰塊精煤在分選前得到適度解離，將塊原煤與中煤分別破碎解離，并將破碎解離中煤再選。

考慮到現有生產系統的處理能力(主要指原煤和煤泥水的處理能力)、設備投資等因素，確定將>25 mm粒級塊原煤與25～13 mm中煤分別破碎解離到13 mm以下。

2.2 洗選工藝

原煤通過原帶式輸送機給入原煤分級篩(分級粒度為25 mm)，>25 mm粒級塊煤進入手選皮帶，由崗位工揀出特大塊矸石、鐵器、木塊等雜物，再通過卸料器給入破碎機破碎解離，之后與原煤分級篩的篩下物一起進入主廠房重介質旋流器分選；重介質旋流器分選出精煤、中煤、矸石三種產品，精煤、矸石經脫介、脫水后作為產品，中煤經脫介、脫水、破碎解離后給入中煤重介混料桶，再由泵給入有壓兩產品重介質旋流器；有壓兩產品重介質旋流器分選出精煤和中煤，經脫介、脫水的再選精煤與主選精煤混合后作為最終產品，再選中煤經脫介、脫水后直接作為中煤產品。

在原工藝系統基礎上，調整分級篩的篩孔尺寸，并增加環錘破碎機、有壓兩產品重介質旋流器、介質入料泵等，并對有關非標、管道、電氣進行改造、完善，這樣不但能夠節約投資，而且可以減少工藝優化對生產造成的影響。

工藝系統優化后，當原煤煤質較差時，可采用三產品重介質旋流器主選、中煤再選的聯合工藝，以提高分選效果；在原煤煤質較好時，可采用原煤三產品重介質旋流器分選、煤泥重介分選的聯合工藝，以提高分選效率。

3 產品預測

根據優化方案，先將50～25 mm自然級塊原煤破碎至<13 mm，并依據國家相關標準規定進行浮沉試驗；再將13～0.5 mm破碎級原煤浮沉試驗結果與25～0.5 mm自然級原煤浮沉試驗結果綜合，得出25～0.5 mm綜合級原煤浮沉試驗結果。通過理論分析與計算，對不同情況下的精煤產率等預測指標分析比較。

(1)鑒于原煤特殊的可選性，在選擇可能偏差Ep值時，參照GB 50359—2005《煤炭洗選工程設計規范》規定，選取無壓給料三產品重介質旋流器一段、二段的可能偏差分別為Ep1=0.045，Ep2=0.065，這與目前實際工藝指標基本吻合；由于再選效率一般低于主選效率，故再選的可能偏差取Ep=0.055。對于要求灰分<11.00%的精煤，為保證精煤灰分指標滿足要求，應留出較大的富余量，故精煤灰分取10.60%。

(2)根據最高產率原則(等λ原則)，在基元灰分或邊界灰分相等的條件下，綜合精煤產率最高，但在實際應用中，只要多種入選原煤的浮沉特性基本滿足等λ條件，就應優先考慮混合洗選。在采用主再選聯合選煤工藝時，主選和再選的入料來自同一種原煤，其密度和灰分關系相同，故等λ與等密度是一樣的，這種情況也可理解為等密度分選[3]。由于再選的數量效率較低，在分選密度相同時，再選的實際灰分高于主選的實際灰分[4]。為了簡化計算，按分選密度相同預測主再選聯合選煤工藝的產品指標。

(3)關于部分原煤破碎后產生的次生煤泥量，按>25 mm粒級塊原煤量占原煤量的20%計算，并結合顎式破碎機試驗結果，增加的次生煤泥量約為原煤量的5%，在實際生產中環錘破碎機產生的次生煤泥更多，但在對工藝系統優化進行設計時，增加的煤泥量應在系統承受能力范圍內。

(4)由于缺少相應的浮沉試驗數據，以50～0.5 mm粒級原煤代表全粒級進行對比分析。

在Ep1=0.045、Ep2=0.065、δ1=1.421 g/cm3、δ2=1.771 g/cm3的條件下，原三產品重介質旋流器的產品預測結果見表7；在主選Ep1=0.045、Ep2=0.065，再選Ep=0.055，δ1=1.388 g/cm3、δ2=1.738 g/cm3的條件下，工藝優化后的三產品重介質旋流器與兩產品重介質旋流器的產品預測結果見表8。

表7 原三產品重介質旋流器的產品預測結果

由表7可知：在精煤灰分為10.60%時，精煤產率為44.02%，精煤中<1.40 g/cm3密度級產率(即精煤上浮率)為82.10%，中煤中<1.40 g/cm3密度級產率(即中煤損失率)為25.57%，這與實際生產指標相符。由表8可知：在精煤灰分10.60%時，精煤產率為47.29%，精煤中<1.40 g/cm3密度級產率(即精煤上浮率)為82.45%，中煤中<1.40 g/cm3密度級產率(即中煤損失率)為22.32%。

表8 三產品重介質旋流器與兩產品重介質旋流器的產品預測結果

綜上所述：在要求精煤灰分相同時，工藝優化后的精煤產率可提高3.27個百分點。按照入選原煤1.80 Mt/a計算，該選煤廠每年可多回收精煤5 890 t；按照精煤、中煤的市場差價360元/t計算，每年可增加銷售收入200余萬元，經濟效益相當可觀。

4 結語

騰慶選煤廠的入選原煤存在明顯夾層，采用傳統工藝難以取得理想分選效果。為了有效回收煉焦煤資源，在對原煤和洗選產品進行煤質分析的基礎上，將>25 mm粒級塊原煤與25～13 mm粒級中煤分別破碎解離，并對破碎解離中煤進行再選。基于洗選產品產率等預測指標的比較分析表明：工藝優化后，精煤產率可提高3.27個百分點，中煤中精煤損失率可降低3.25個百分點，這樣既可有效保證產品質量，提高企業市場競爭力，又能增加銷售收入，提高企業經濟效益。同時，該研究為原煤煤質類似的選煤廠的設計與改造提供了有益借鑒。

[1] 中國煤炭工業協會.煤炭篩分試驗方法:GB/T 477-2008[S]. 北京：中國標準出版社，2008.

[2] 中國煤炭工業協會.煤炭浮沉試驗方法:GB/T 478-2008[S]. 北京：中國標準出版社，2008.

[3] 戴少康，李夢昆.最大產率原則(等“λ”原則)在選煤工藝設計中的應用[J]. 煤炭加工與綜合利用, 2014(3)：1-5.

[4] 吳壽培. 談最大產率原則和主再選配合[J]. 煤質技術與科學管理, 1997(S1)：29-30.