中煤再選改造方案初步設(shè)計(jì)

張 鏡，劉莉君，楊 濤

(1.山西焦煤霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司白龍礦洗煤廠，山西 霍州 031400，2.西安科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院,陜西 西安 710054)

煤炭是我國的主要能源，盡管我國有著豐富的煤炭資源，但是其數(shù)量和地域分布卻極不均勻。從煤種分布上看，其比例也相差很大，在已發(fā)現(xiàn)的資源中，動(dòng)力煤約占72.54%，用于煉焦的中等變質(zhì)程度的煙煤，即傳統(tǒng)上稱之為“煉焦用煤”，其數(shù)量較少，約占27.46%，而且大多數(shù)為氣煤，占煙煤的46.9%，肥煤、焦煤、瘦煤則較少，分別占煙煤的13.6%、24.3%和15.1%[1]。結(jié)合我國煤炭資源的特點(diǎn)，從煉焦分選工藝的中煤中再選出品質(zhì)較高的精煤，是一條解決我國煉焦用煤資源短缺，最大效益地合理利用煤炭資源的有效途徑。

荊樹春等[2]對(duì)城山煤礦選煤廠的主選中煤破碎到3mm以下，然后采用螺旋分選機(jī)進(jìn)行分選，得到產(chǎn)率為50.89%，灰分10.67%的精煤，可明顯增加經(jīng)濟(jì)效益。呂玉庭等[3]根據(jù)峻德選煤廠的工藝現(xiàn)狀進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)增設(shè)中煤再選系統(tǒng)，改造完成后精煤產(chǎn)率增加了6.76%，經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。何茂林[4]對(duì)新橋選煤廠處理工藝進(jìn)行調(diào)整，增設(shè)中煤再選環(huán)節(jié)，有效控制中煤損失，增加了選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益。另外一些煉焦煤洗煤廠考慮對(duì)中煤進(jìn)行細(xì)磨采用浮選或選擇性團(tuán)聚浮選[5-6]的方式來提高中煤的利用率，可見中煤再選已經(jīng)成為煉焦煤洗煤廠提高精煤產(chǎn)率的一條重要途徑。

目前大多數(shù)選煤廠主要將煉焦中煤作動(dòng)力煤使用，這樣造成大量?jī)?yōu)質(zhì)煉焦煤資源的浪費(fèi)。通過破碎、解離、再選增加精煤產(chǎn)率，可以提高煉焦煤資源利用率。筆者以白龍選煤廠的重介質(zhì)分選工藝中的中煤為研究對(duì)象，通過破碎、浮沉等試驗(yàn)，探討中煤再選的有效途徑。同時(shí)，對(duì)該中煤再選方案進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，為白龍洗煤廠中煤再選改造提高依據(jù)。

1 洗煤廠生產(chǎn)情況

白龍洗煤廠為群礦型選煤廠，選煤工藝為+70mm級(jí)動(dòng)篩跳汰排矸、70～0.5mm級(jí)原煤不脫泥無壓重介三產(chǎn)品旋流器+粗煤泥重介分選、-0.5mm級(jí)直接浮選、浮選精尾煤兩段濃縮兩段回收、煤泥滾筒干燥降水、洗水閉路循環(huán)工藝。設(shè)計(jì)生產(chǎn)10級(jí)冶煉精煤、其他精煤、洗中煤及末煤。實(shí)際生產(chǎn)中平均中煤產(chǎn)率約占入洗原煤16.55%由于該廠原料煤來源復(fù)雜，易造成矸石中跑煤或精煤灰分超標(biāo)，要兼顧矸石和精煤的指標(biāo)可以適當(dāng)提高中煤產(chǎn)量，而為了保證精煤產(chǎn)率，提高經(jīng)濟(jì)效益，可以考慮增加中煤再選系統(tǒng)。

2 中煤再選可行性分析

2.1 煤質(zhì)分析

試驗(yàn)所用煤樣取自白龍選煤廠重介選中煤，分析中煤粒度組成和密度組成。中煤粒度組成結(jié)果見表1。

由表1可知，-13mm灰分較高，說明-13mm分選較為徹底，與之相比粒度+13mm粒級(jí)含量較高，而灰分較低，這說明+13mm粒級(jí)的中煤為中間密度級(jí)產(chǎn)品，多為煤和矸石的連生體，在進(jìn)一步對(duì)+13mm粒級(jí)的中煤進(jìn)行浮沉分析，經(jīng)過多次浮沉試驗(yàn)，得到中煤密度組成數(shù)據(jù)，結(jié)果見表2。

從表2可以看出中煤+13mm的產(chǎn)物灰分為24.55%，比入選原煤總體灰分較低，但是-1.4g/cm3的物料產(chǎn)量很低，只有1.76%，而1.5～1.6g/cm3密度級(jí)的產(chǎn)率很高，達(dá)到63.37%，說明+13mm的中煤是大量煤和矸石的連生體構(gòu)成，直接分選很難提高精煤產(chǎn)率。因此考慮通過合適的破碎方式來提高煤與矸石的解離，進(jìn)一步進(jìn)行分選來提高精煤產(chǎn)率。

2.2 破碎后浮沉試驗(yàn)

煤中礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)的充分解離是實(shí)現(xiàn)煤炭有效分離的前提，解離是否充分直接影響著分選效果。為確定煤樣的解離程度，找出合適的破碎粒度，筆者將煤樣利用破碎機(jī)進(jìn)行破碎。但考慮煤炭合理的分選粒度以及減少煤炭過粉碎，破碎粒度初步選為-6 mm，并對(duì)破碎產(chǎn)品進(jìn)行浮沉試驗(yàn)，確定破碎后中煤的解離程度。通過對(duì)破碎后產(chǎn)品浮沉試驗(yàn)結(jié)果的分析，結(jié)果見表3。

表1 中煤粒度組成

表2 中煤+13mm密度組成

表3 中煤破碎至-6mm密度組成

從表3可以看出：①中煤破碎至6 mm以下時(shí)，產(chǎn)生的低密度物料含量有所增加，中間密度物料含量有所減少，而+1.8g/cm3密度級(jí)含量有所增加，這說明經(jīng)過破碎，煤樣實(shí)現(xiàn)了部分解離。②同時(shí)煤樣-1.4g/cm3的產(chǎn)率占浮物累計(jì)產(chǎn)率的17.33%，累積灰分只有9.07%；-1.5g/cm3的產(chǎn)率為41.38%，灰分為13.69%，可以得出，將該中煤煤樣破碎至6 mm以下，可以回收部分合格的精煤和排出部分高灰矸石。從解離試驗(yàn)的結(jié)果可看出，對(duì)于該煤樣，破碎解離程度較小，即可以達(dá)到理想的解離程度。

中煤是煤炭分選加工過程中的副產(chǎn)品，其煤巖組成及特征不同于原煤，曾凡桂等[10]對(duì)中煤進(jìn)行煤巖分析，不同密度級(jí)產(chǎn)品的煤巖特征有極大的差別。將煤樣破碎至6mm，煤樣密度組成即發(fā)生較大變化，可以認(rèn)為基本實(shí)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)的解離，通過合適的分選方式既能得到質(zhì)量合格的精煤。

3 中煤再選初步設(shè)計(jì)方案

3.1 方案一：破碎直接返回原煤系統(tǒng)

中煤再選系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮經(jīng)濟(jì)因素和中煤的產(chǎn)率，中煤產(chǎn)率相對(duì)較低，且由于選煤廠為群礦型選煤廠，原煤生產(chǎn)原料相對(duì)不穩(wěn)定，可以考慮將中煤破碎后返回原煤分選系統(tǒng)進(jìn)行直接分選，來提高精煤產(chǎn)品。

3.2 方案二：直接有壓返回原煤分選系統(tǒng)

結(jié)合選煤廠無壓給料的工藝特點(diǎn)：可以考慮將中煤脫水脫介篩前+13mm物料集中破碎，進(jìn)入新建中煤混料桶，通過有壓給料的方式，直接混入原煤主選重介無壓給料系統(tǒng)的入料中。

3.3 方案三：建立中煤再選的小系統(tǒng)

為避免中煤破碎過程中產(chǎn)品的細(xì)粒級(jí)對(duì)原煤分選產(chǎn)生污染，影響原煤生產(chǎn)過程，可以另建立一套中煤再選系統(tǒng)，增加一臺(tái)小直徑重介質(zhì)分選旋流器，分選產(chǎn)品與原煤分選產(chǎn)品進(jìn)行綜合。

上述三個(gè)方案的其他相應(yīng)設(shè)備的相差比較大，方案一需增加多臺(tái)轉(zhuǎn)載運(yùn)輸設(shè)備(刮板輸送機(jī)或皮帶輸送機(jī))，會(huì)給檢修造成一定的難度。方案二較符合工廠現(xiàn)行工藝，所需新添加設(shè)備少，工藝簡(jiǎn)單可行。方案三增加中煤分選小直徑旋流器，產(chǎn)品脫介脫水可以考慮返回原煤重介質(zhì)旋流器產(chǎn)品脫介脫水段，也可以增加小型脫介脫水設(shè)備，選后產(chǎn)品通過轉(zhuǎn)載運(yùn)輸設(shè)備與原煤生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行混合。增設(shè)中煤分選旋流器，需要一定的資金，同時(shí)需考慮脫介脫水作業(yè)，也增加了管理人員和日后的維修工作量。比較以上三種方案，方案一具有工程量小，所需轉(zhuǎn)載設(shè)備多，管理維修量相對(duì)較小的特點(diǎn)，而方案二工藝簡(jiǎn)單，投資少，改造方案較為可行。方案三則投資量大，中煤分選過程獨(dú)立，更合適選煤廠煤種復(fù)雜分選過程不穩(wěn)定的情況。綜合考慮，可以采取方案二。

4 改造后經(jīng)濟(jì)效益分析

為了保證改造經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)改造前后產(chǎn)品進(jìn)行分析。以中煤破碎后密度組成做理論計(jì)算，得改造后精煤和中煤對(duì)應(yīng)指標(biāo)，結(jié)果見表4。

表4 改造前后選煤產(chǎn)品對(duì)比

在不影響中煤銷售的前提下，精煤灰分較為穩(wěn)定，且產(chǎn)率略有提升，中煤作為動(dòng)力煤，發(fā)熱量是主要考核指標(biāo)，現(xiàn)灰分在34%的中煤發(fā)熱量約在4000大卡中煤售價(jià)約為400元，熱量每降低100卡，售價(jià)下降40元左右。經(jīng)過改造能按年處理量300萬t來計(jì)算，在不考慮改造流程增加的成本情況下，每年經(jīng)濟(jì)效益約能增加2400萬元。尤其是工藝流程改造能保證精煤產(chǎn)品和排矸產(chǎn)品質(zhì)量，使生產(chǎn)工藝更為穩(wěn)定。

5 結(jié)論

將白龍重介選中煤灰分低，中間密度級(jí)產(chǎn)品含量高，破碎至6mm既可以實(shí)現(xiàn)較好的解離，有進(jìn)一步的提高精煤產(chǎn)率的空間。選擇合適的中煤再選方案可以顯著提高選煤廠經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 陳鵬. 煤炭性質(zhì)、分類和利用[M].2版. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，2009: 39.

[2] 荊樹春，趙昕. 城山煤礦選煤廠中煤再選的研究與探討[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2009 (5): 115.

[3] 呂玉庭，王井泉，孟令文. 峻德選煤廠增設(shè)中煤再選系統(tǒng)淺析[J].選煤技術(shù)，2003(4):29-30.

[4] 何茂林. 新橋選煤廠中煤處理工藝改造[J].煤炭加工與綜合利用，2009 ( 1): 22-23.

[5] 劉莉君，劉炯天,吳愛云.難選煤泥浮選新工藝探討[J].選煤技術(shù)，2010(2):48-50.

[6] 劉莉君，劉炯天.難浮煤泥選擇性聚團(tuán)工藝試驗(yàn)研究，中國礦業(yè)，2010,19(10):74-76.

[7] 曾凡桂，王祖訥. 中煤的煤巖學(xué)特征[J]. 燃料化學(xué)學(xué)報(bào)，1998，26 ( 2): 165-169.