高粉煤含量的原煤脫粉入選工藝研究

楊宗義

(山西焦煤集團有限責任公司 技術中心， 山西 太原 030024)

隨著采煤機械化程度的提高，入洗原煤中末煤的含量越來越多，-6 mm粉煤甚至達到50%以上[1-2]. 對于動力煤分選，末煤全粒級入洗不僅增加了生產成本，而且給煤泥水處理系統帶來很大壓力。因此，研究原煤脫粉的煤泥減量化工藝，可以從源頭上減少末煤進入分選系統，降低煤泥水系統中的細泥含量，對改善細泥含量大導致的煤泥水難處理現狀有重要的意義。

目前原煤脫粉工藝極為簡單，一般是將篩下小于6.0/3.0 mm的脫粉原煤全部回摻至精煤產品中[3-5]，該工藝僅適用于原煤中粉煤含量不高的選煤廠，對粉煤含量大的選煤廠并不適用[6]. 以官地選煤廠為實例，建立高粉煤含量的原煤脫粉入洗模型，結合該廠煤質條件和分選工藝，通過模型計算得出合理的原煤脫粉入洗方案，對高粉煤含量的原煤脫粉入洗有重要的借鑒意義。

1 官地選煤廠概述

官地選煤廠是入洗能力為3.0 Mt/a的礦井型選煤廠，產品主要為優質動力煤，同時還生產噴吹煤。原煤中50～1 mm采用無壓三產品重介旋流器分選，1～0.25 mm采用TBS分選，-0.25 mm采用浮選柱分選。入洗原煤的粉煤含量極大，-6 mm含量在50.00%以上。同時，由于廠區空間有限，一段、二段濃縮機的直徑僅為22 m和15 m，而且尾煤壓濾只有3臺快開式隔膜壓濾機，煤泥水系統的處理能力嚴重不足。因此，有必要研究適合該廠高粉煤含量的原煤脫粉入洗工藝，以減少系統中的煤泥含量。

2 原煤脫粉工藝的研究

2.1 脫粉原煤全部回摻精煤產品的可行性研究

官地選煤廠要求精煤產品發熱量大于6 000 kcal/kg，水分小于13.00%，灰分小于14.00%. 隨著弛張篩和交叉篩相繼研制成功，原煤選前進行6 mm或3 mm脫粉工藝得以實現，因此主要研究6 mm和3 mm脫粉工藝。官地選煤廠原煤篩分試驗結果見表1，原煤各粒級浮沉組成見表2.

表1 原煤篩分試驗表

表2 原煤各粒度級浮沉組成表

由表1，2可知，若采用6 mm脫粉工藝，則產率為58.00%、灰分為24.89%的粉煤全部回摻精煤產品，50～6 mm原煤在分選為1.51 g/cm3時，精煤產品灰分最低為22.39%，灰分過高無法滿足發熱量要求。同理，若采用3 mm脫粉工藝，50～3 mm原煤分選密度在1.55 g/cm3時，精煤產品灰分最低為22.01%，同樣無法滿足發熱量要求。綜上可知，該選煤廠粉煤含量高，脫粉原煤全部回摻精煤產品的脫粉工藝不可行。

2.2 部分脫粉原煤回摻精煤產品的可行性研究

2.2.1高粉煤含量的原煤脫粉入洗模型

部分脫粉原煤回摻精煤工藝的關鍵就是尋找最佳脫粉粒度、粉煤回摻比例和分選工藝參數，因此可以看做是不同粒級原煤在不同分選方式、不同分選工藝參數下的合理配洗。

因此，建立了高粉煤含量的原煤脫粉入洗模型，以不同粒級煤配洗的總精煤產率最大為目標函數，以最終精煤的指標要求為約束條件，建立目標模型如下：

MaxF(x)=λ1γ1(1-β)+λ2γ2(1-β)+

…λnγn(1-β)+γ1β+γ2β+…γnβ

(1)

式中：

λn—第n個粒級煤的分選產率；

γn—原煤中第n個粒級煤的含量；

β—粉煤摻入比例。

其中，約束條件具體表現為灰分指標，轉換為數學模型如下：

(2)

式中：

An—第n個粒級原煤分選后精煤的灰分，%；

A′n—原煤中第n個粒級煤的灰分，%.

2.2.2最終精煤灰分

由于部分脫粉原煤回摻精煤產品，勢必會導致精煤水分降低，為保證精煤發熱量不變，可適當提高精煤產品的灰分。

官地選煤廠精煤產品水分每降低1%，發熱量提高86 kcal/kg，灰分每提高1%，發熱量降低97 kcal/kg. 可見，水分每降低1%，最終精煤灰分可相應提高0.88%. 由生產經驗可知，最終精煤產率在60%左右，則各粒度級粉煤摻入后對最終精煤灰分影響的計算公式如下：

(3)

式中：

ΔA—最終精煤灰分增量；

κ—各粒級粉煤洗選前后水分之差。

為簡單計算，假設洗選前后6～3 mm水分不變，3～1 mm差值為3%，1～0.25 mm差值為7%，-0.25 mm差值為15%，根據式(3)計算了不同粉煤摻入比例的最終精煤灰分指標，見表3.

由表3可知，隨著原煤摻入比例的提高，最終精煤灰分不斷提高，當粉煤摻入比例為20%、25%和30%時，最終精煤灰分分別提高到15.24%、15.56%和15.87%.

表3 不同粉煤摻入比下最終精煤灰分指標表

2.2.3脫粉工藝可行性分析

根據模型的需要，由表2中各粒級浮沉資料建立了浮物曲線、密度曲線的數學模型，經過擬合得到的分選密度-精煤產率、精煤產率-灰分曲線方程分別見表4，5.

表4 分選密度-精煤產率擬合方程表

表5 精煤產率-精煤灰分擬合方程表

該選煤廠煤泥浮選采用的是兩臺浮選柱組成的兩段分選工藝，浮選灰分和浮精產率比較固定，一般精煤灰分為10.00%左右，產率為66.00%左右。

該研究采用優化計算軟件Lingo(Linear Interactive and General Optimizer)求解粉煤摻入比例為20%、25%和30%的洗選方案，求解結果見表6，表7.

表7 3 mm脫粉工藝各分選指標和結果對比表

由表6可知，為滿足最終精煤的發熱量需求，當原煤采用6 mm脫粉工藝，粉煤摻入比例為20%時，最終精煤產率為58.93%，比選前不脫粉工藝產率降低0.76%，且隨著粉煤摻入增加，最終精煤產率不斷降低，脫粉方案不可行。若減小粉煤摻入比例到20%以下，則失去原煤脫粉的意義。可見，在最終精煤發熱量為6 000 kcal/kg時，原煤采用6 mm脫粉工藝會使最終精煤產率下降，脫粉方案不可行。

表6 6 mm脫粉工藝各分選指標和結果對比表

由表7可知，為滿足最終精煤的發熱量需求，當原煤采用3 mm脫粉方案，粉煤摻入比例為20%時，最終精煤產率為60.39%，比選前不脫粉工藝產率提高0.70%；粉煤摻入比例提高到25%時，最終精煤產率為60.54%，比選前不脫粉工藝產率提高0.85%；繼續提高粉煤摻入比例到30%，最終精煤產率反而下降到60.37%. 可見，在最終精煤發熱量為6 000 kcal/kg時，原煤采用3 mm脫粉方案會使最終精煤產率上升，且粉煤摻入為25%時，最終精煤產率最高，脫粉方案可行。此時，精煤產率為60.54%，灰分為15.87%，重選密度為1.56 g/cm3，TBS分選密度為1.63 g/cm3，浮選精煤灰分為10.00%.

3 結 論

針對官地選煤廠原煤中粉煤含量高，6/3 mm脫粉原煤不能全部回摻精煤產品的問題，提出部分脫粉原煤回摻最終精煤的工藝，建立了高粉煤含量的原煤脫粉入洗模型，并結合選煤廠現有分選工藝進行了計算。計算結果表明，精煤發熱量要求為6 000 kcal/kg時，原煤采用6 mm脫粉工藝會導致精煤產率下降，脫粉方案不可行；采用3 mm脫粉工藝時最終精煤產率上升，且粉煤摻入比例為25%時，最終精煤產率最高為60.54%，比選前不脫粉工藝提高0.85%，脫粉方案可行。該工藝對煤質變化的適應性強，能最大程度地提高粉煤摻入精煤的比例，減輕了煤泥水處理壓力，提高了選煤廠的經濟效益。