渦北選煤廠“選煤工藝優(yōu)化，精煤結(jié)構(gòu)重組”的創(chuàng)新與實(shí)踐

薛 峰

(淮北礦業(yè)集團(tuán) 渦北選煤廠，安徽 淮北 235000)

渦北選煤廠是淮北礦業(yè)集團(tuán)所屬的中心型選煤廠，是安徽省“861”重點(diǎn)項(xiàng)目之一，設(shè)計(jì)規(guī)模為入選原煤量12.00 Mt/a。工程一次設(shè)計(jì)，分兩期建設(shè)，一期工程規(guī)模入選原煤量6.00 Mt/a。

渦北選煤廠現(xiàn)有的選煤工藝為“無(wú)壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器+脫泥浮選+尾煤壓濾”。主要入選淮北礦業(yè)集團(tuán)渦北煤礦、袁店二礦、許疃煤礦、楊柳煤礦、童亭煤礦等礦原煤，主要產(chǎn)品為煉焦精煤和肥精煤。

目前，煤炭市場(chǎng)已經(jīng)由“賣(mài)方市場(chǎng)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤百I(mǎi)方市場(chǎng)”，洗選低灰精煤是大勢(shì)所趨，占領(lǐng)低灰市場(chǎng)也是必行之路。低灰精煤雖然可以滿足市場(chǎng)要求，迎合客戶(hù)需求，但是由于精煤灰分的過(guò)度“壓低”，各選煤廠在洗選過(guò)程中，都不同程度的存在大量精煤損失到中煤和煤泥里的問(wèn)題，造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失。渦北選煤廠針對(duì)這一問(wèn)題，探索“精煤再回收”洗選方法，并通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐，取得的效果十分顯著。

1 問(wèn)題分析

渦北選煤廠低灰肥煤精煤灰分區(qū)間是9.51%～10.00%，即10級(jí)精煤；而高灰肥煤的精煤灰分區(qū)間是10.51%～11.00%，即12級(jí)精煤。受困于低灰精煤與高灰精煤之間這2級(jí)精煤灰分指標(biāo)的差異，以及傳統(tǒng)洗選方法在生產(chǎn)工藝和洗選模式上存在的制約，低灰精煤是無(wú)法實(shí)現(xiàn)全部回收的。通過(guò)大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析，低灰精煤洗選主要損失有以下2個(gè)方面：一是小于0.5 mm粒級(jí)精煤損失在煤泥中；二是大于0.5 mm粒級(jí)精煤損失在中煤中。

1.1 生產(chǎn)數(shù)據(jù)指標(biāo)對(duì)比分析

2019年度渦北選煤廠低灰肥煤和高灰肥煤的各項(xiàng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 2019年低灰肥煤和高灰肥煤生產(chǎn)均值數(shù)據(jù)對(duì)比

表1顯示，低灰洗選所對(duì)應(yīng)的中煤灰分僅有24.16%，高灰洗選的中煤灰分為28.75%，差值4.59個(gè)百分點(diǎn)。同樣，低灰洗選尾礦灰分48.70%，比高灰的59.25%，差值10.55個(gè)百分點(diǎn)。

1.2 低灰浮選損失的精煤

渦北選煤廠對(duì)2019年低灰和高灰肥煤加壓過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中高灰平均入洗1 t原煤時(shí)，加壓過(guò)濾機(jī)排料板數(shù)0.073板；而低灰平均入洗1 t原煤時(shí)，加壓過(guò)濾機(jī)排料板數(shù)是0.057 板。加壓過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)噸煤板數(shù)的差異，體現(xiàn)出高、低灰浮選精煤回收效果的產(chǎn)率差別。

1.3 低灰重選損失的精煤

在低灰重選過(guò)程中，精煤主要損失在中煤里。針對(duì)于重選精煤的損失，渦北選煤廠統(tǒng)計(jì)了2019年中煤生產(chǎn)情況，并對(duì)中煤進(jìn)行浮沉試驗(yàn)對(duì)比，見(jiàn)表2。

表2 低灰與高灰的中煤浮沉對(duì)比

從表2可以明顯看出，在小于1.4 g/cm3密度級(jí)中，低灰肥煤產(chǎn)率28.15%，灰分10.27%，高灰肥煤產(chǎn)率7.34%，灰分11.68%。同樣小于1.4 g/cm3密度級(jí)的中煤中，低灰比高灰多含20.81%的中煤，這多出的20.81%的中煤，就是低灰洗選過(guò)程中損失到中煤里的精煤。而這部分損失的精煤灰分僅有10.27%，又恰好能夠滿足高灰精煤的灰分要求。洗選低灰時(shí)，中煤產(chǎn)率約為10%，因此理論上計(jì)算，低灰重介中煤占中煤產(chǎn)率的60%，則損失的精煤產(chǎn)率約有1.25%。

2 “精煤再回收”洗選方法

2.1 洗選理論

“精煤再回收洗選法”是建立在數(shù)據(jù)測(cè)算的基礎(chǔ)上，對(duì)低灰和高灰2種精煤產(chǎn)品中所包含的粗細(xì)粒度級(jí)別的部分精煤，進(jìn)行重新調(diào)配組合。科學(xué)改變2種精煤產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)比例，合理調(diào)控2種產(chǎn)品的灰分高低組成，構(gòu)建出低灰和高灰各自全新的洗選灰分空間，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)綜合精煤產(chǎn)率最大化操作的新型洗選方法。

2.2 數(shù)學(xué)模型

該數(shù)學(xué)模型的建立對(duì)精煤產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行了細(xì)化，對(duì)各組成部分的量和灰分進(jìn)行綜合計(jì)算和分析，從而重構(gòu)精煤產(chǎn)品，以期達(dá)到精煤綜合產(chǎn)率的最大化。

由于精煤灰分區(qū)間、洗選工藝、粒級(jí)組成、產(chǎn)品目標(biāo)灰分等不同，因此組成最終混精煤的種類(lèi)和占比也不同。但原則是所有從低灰系統(tǒng)分流的精煤，其加權(quán)平均灰分?jǐn)?shù)值是介于高灰和低灰考核灰分之間。

2.3 渦北選煤廠建立數(shù)學(xué)模型情況說(shuō)明

以渦北選煤廠為例，目前渦北選煤廠肥煤有低灰和高灰2種洗選規(guī)格，混精煤灰分結(jié)構(gòu)如下：

Ad1=(Ad11m11+Ad12m12+Ad13m13)/

(m11+m12+m13)

(1)

Ad2=(Ad21m21+Ad22m22+Ad23m23)/

(m21+m22+m23)

(2)

式中：Ad1為高灰、Ad2為低灰混精煤灰分，Adx1、Adx2、Adx3分別為各自系統(tǒng)重介精煤、粉精煤、浮選精煤的灰分，%；mx1、mx2、mx3分別為各產(chǎn)品單位時(shí)間產(chǎn)量，t/h。

m24為低灰中煤返洗的再生精煤量，t。

3 “精煤再回收”實(shí)踐措施

3.1 工藝流程對(duì)比

在傳統(tǒng)的工藝洗選方法中，低灰和高灰的洗選是互不交叉的，入洗的原煤經(jīng)過(guò)低灰系統(tǒng)三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選后，大量精煤伴隨著中煤和煤泥當(dāng)作副產(chǎn)品銷(xiāo)售。“精煤再回收”洗選法則打破了傳統(tǒng)的洗選思維，低灰和高灰洗選系統(tǒng)相互交織，精煤產(chǎn)品按需分流，工藝流程發(fā)生巨大改變。改變前后的工藝流程見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 改變前傳統(tǒng)的洗選法工藝流程

圖2 改變后“精煤再回收”洗選法工藝流程

3.2 實(shí)踐措施

3.2.1 分流部分浮選精煤，解決煤泥中的精煤損失問(wèn)題

渦北選煤廠雙系統(tǒng)對(duì)高灰和低灰肥煤進(jìn)行洗選，將部分低灰浮選精煤分流至高灰精煤之中，從而為低灰浮選操作提灰分、提產(chǎn)率提供所需“灰分空間”。低灰浮選和高灰浮選按照同一灰分等級(jí)進(jìn)行控制，質(zhì)量司機(jī)可以“放手”去操作。

3.2.2 低灰重介中煤再選，解決中煤的精煤損失問(wèn)題

在浮選提灰增產(chǎn)率的前提下，為保證質(zhì)量合格，低灰重介已經(jīng)不具備提灰的條件。因此需要通過(guò)把含有精煤的低灰重介中煤，轉(zhuǎn)移至高灰肥煤生產(chǎn)系統(tǒng)再選，將損失的精煤進(jìn)行再回收，解決中煤的精煤損失問(wèn)題。

3.2.3 分流部分低灰重介精煤，保證高灰精煤灰分結(jié)構(gòu)平衡

低灰中煤的再選，雖然回收了中煤里損失的精煤產(chǎn)品，但也增加了重介精煤結(jié)構(gòu)中高密度級(jí)精煤的占比。因此通過(guò)將部分低灰重介精煤分流進(jìn)高灰系統(tǒng)，保證了整個(gè)高灰重介精煤中的灰分結(jié)構(gòu)平衡，精煤結(jié)構(gòu)量比關(guān)系合理，因此高灰重介灰分控制的密度基數(shù)沒(méi)有發(fā)生改變。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了低灰重介產(chǎn)率最大化，低灰重介損失精煤基本回收。

3.2.4 將全部低灰粉精煤轉(zhuǎn)移至高灰系統(tǒng)，“盤(pán)活”整個(gè)精煤結(jié)構(gòu)組成

就渦北選煤廠而言，低灰粉精煤的灰分在10.5%～10.9%之間波動(dòng)，它高于低灰考核上限是10.0%，卻低于高灰考核上限是11.0%。 因此將全部低灰粉精煤轉(zhuǎn)移至高灰系統(tǒng)，可以說(shuō)是一個(gè)“因地制宜”的巧招。轉(zhuǎn)移后既能夠解決粉精煤在低灰系統(tǒng)灰高的問(wèn)題，又能夠在高灰系統(tǒng)充當(dāng)“背灰”的角色。

4 實(shí)施效果

4.1 實(shí)施前后精煤灰分情況對(duì)比

對(duì)措施實(shí)施前后精煤灰分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比，對(duì)比情況見(jiàn)表3。

表3 傳統(tǒng)方法與新型洗選方法生產(chǎn)灰分?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)比

通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比，“精煤再回收”洗選法實(shí)施后，高灰生產(chǎn)灰分格局基本沒(méi)有發(fā)生改變。但是低灰洗選灰分格局發(fā)生巨大的改變。相比傳統(tǒng)的洗選方法，新的洗選格局下低灰重介平均灰分提高了0.17%，浮選平均灰分提高了0.62%，尾礦灰分提高了9.03%。

4.2 實(shí)施前后中煤和煤泥發(fā)熱量對(duì)比

根據(jù)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)，渦北選煤廠2019年洗選低灰的月份中煤發(fā)熱量平均為14.79 MJ/kg，煤泥產(chǎn)品的發(fā)熱量平均為12.10 MJ/kg。2020年3月份，實(shí)行“精煤再回收”洗選法后，情況發(fā)生改變。外銷(xiāo)中煤發(fā)熱量為14.56 MJ/kg，煤泥的發(fā)熱量為9.77 MJ/kg，相比傳統(tǒng)洗選工藝副產(chǎn)品發(fā)熱量顯著降低，說(shuō)明中煤和煤泥中損失的精煤得到了有效回收。

5 實(shí)施效益

5.1 社會(huì)效益

“精煤再回收”洗選法的應(yīng)用，極大地提高了低灰洗選的精煤產(chǎn)率，改變了以往副產(chǎn)品帶精煤的狀況，使自然資源得到合理的利用，符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

通過(guò)低灰中煤返洗再選，可有效地提升精煤產(chǎn)率，按照綜合產(chǎn)率提升4%計(jì)算，渦北選煤廠2020年肥原煤計(jì)劃量是138 萬(wàn)t，精煤按照1 000元/t核算。同時(shí)考慮剔除煤泥和中煤減少帶來(lái)的利潤(rùn)降低以及洗選成本增加，中煤按照1.5%產(chǎn)率，中煤價(jià)格按照300元/t。煤泥按照2.5%產(chǎn)率核算，煤泥價(jià)格120元/t計(jì)算，全年預(yù)計(jì)可以增效：

(1)精煤提升效益：138萬(wàn)t×4%×1000元/t=5520萬(wàn)元

(2)中煤和煤泥產(chǎn)量降低而減少的經(jīng)濟(jì)效益：

138萬(wàn)t×1.5%×300元/t+138萬(wàn)t×2.5%×120元/t=1 035萬(wàn)元

綜合提升效益：5520萬(wàn)元-1035萬(wàn)元=4 485萬(wàn)元

6 未來(lái)優(yōu)化措施

6.1 浮選精煤脫水系統(tǒng)改造

“精煤再回收”洗選法實(shí)施后，由于高水分的浮選精煤分流至高灰系統(tǒng)，造成高灰精煤水分控制難度加大。因此未來(lái)將通過(guò)新增高效浮選脫水設(shè)備改造，進(jìn)一步降低浮選精煤水分，保證高灰精煤水分合格。

6.2 粉精煤系統(tǒng)降灰脫水改造

“精煤再回收”洗選法實(shí)施后，高灰精煤中粉精煤的量增加，現(xiàn)有粉精煤水分在13%～15%之間。且高灰系統(tǒng)粉精煤平均灰分11.67%，灰分偏高，也需要重介灰分來(lái)“背灰”。為此，計(jì)劃通過(guò)對(duì)粉精煤系統(tǒng)進(jìn)行降灰脫水改造，為進(jìn)一步提升總精煤產(chǎn)率、降低精煤水分開(kāi)辟新的“操作空間”。

6.3 中煤破碎單獨(dú)再洗系統(tǒng)改造

低灰中煤進(jìn)入高灰系統(tǒng)返洗，無(wú)形中增加了高灰系統(tǒng)的洗選難度。未來(lái)通過(guò)增設(shè)有壓二產(chǎn)品重介旋流器改造，對(duì)破碎后的中煤進(jìn)行單獨(dú)洗選，解決中煤返洗對(duì)于高灰系統(tǒng)洗選的影響，分選出更多的精煤產(chǎn)品，提高精煤產(chǎn)率。

7 結(jié) 語(yǔ)

渦北選煤廠“精煤再回收”洗選法是一種洗選方法的創(chuàng)新，更是一種洗選思路的開(kāi)拓。因此“精煤再回收”洗選法并不是一種固定的洗選方法，不同的選煤廠可以根據(jù)自身實(shí)際情況，靈活調(diào)整生產(chǎn)模式，合理改變精煤結(jié)構(gòu)組成，從而為低灰精煤提高產(chǎn)率提供所需的灰分空間，有效減少低灰精煤洗選過(guò)程中精煤的損失問(wèn)題，增加經(jīng)濟(jì)效益。