嵩山煤礦無煙煤加工提質(zhì)方案的探討

陳國(guó)平，張振紅

(1.河南能源化工集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450046；2.永城煤電控股集團(tuán)有限公司，河南 永城 476600)

嵩山煤礦無煙煤加工提質(zhì)方案的探討

陳國(guó)平1，張振紅2

(1.河南能源化工集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450046；2.永城煤電控股集團(tuán)有限公司，河南 永城 476600)

基于對(duì)嵩山煤礦原煤的粒度組成、密度組成、泥化特性等分析，根據(jù)煤炭市場(chǎng)形勢(shì)與國(guó)家政策確定產(chǎn)品定位，并結(jié)合細(xì)粒級(jí)篩分與干法選煤技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，對(duì)該煤礦無煙煤加工提質(zhì)方案進(jìn)行探討，同時(shí)預(yù)測(cè)了相應(yīng)加工提質(zhì)方案下的經(jīng)濟(jì)效益。

無煙煤；易泥化；高變質(zhì)；加工提質(zhì)

嵩山煤礦設(shè)計(jì)能力為0.60 Mt/a，實(shí)際核定生產(chǎn)能力為0.90 Mt/a，可采儲(chǔ)量為67.38 Mt，煤種為低灰、低磷、低硫、中高發(fā)熱量、易泥化的粉狀1號(hào)無煙煤。由于礦井地處頂板、底板、煤層三軟的偃龍煤田，煤炭質(zhì)量難以有效控制，原煤發(fā)熱量常年在16.73～18.82 MJ/kg之間，時(shí)而影響產(chǎn)品的正常銷售。隨著國(guó)家空氣污染治理力度的加大，煤炭清潔利用成為大勢(shì)所趨，通過分選加工提高煤質(zhì)，使產(chǎn)品適應(yīng)市場(chǎng)需求已刻不容緩。鑒于該煤礦原煤煤質(zhì)的特殊性，通過篩分、浮沉等試驗(yàn)綜合分析其特性，根據(jù)市場(chǎng)形勢(shì)和國(guó)家政策確定產(chǎn)品定位，并結(jié)合細(xì)粒級(jí)篩分與干法選煤技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r探討有效的提質(zhì)增效方案。

1 原煤煤質(zhì)特征

1.1 粒度組成

嵩山煤礦原煤粒度組成如表1所示。由表1可知：>13 mm粒級(jí)產(chǎn)率僅為7.55%，灰分高達(dá)68.25%，<13 mm粒級(jí)灰分為38.27%；原生煤泥含量高達(dá)33.14%，灰分為27.14%，說明原煤易碎；隨著粒級(jí)的減小，各粒級(jí)灰分逐漸降低，且降幅很大，進(jìn)一步說明原煤脆而易碎。

表1 原煤粒度組成

1.2 >0.5 mm粒級(jí)密度組成

>0.5 mm粒級(jí)密度組成如表2所示。由表2可知：<1.60 g/cm3密度級(jí)產(chǎn)率僅為4.08%，1.60～1.70、>2.00 g/cm3兩個(gè)密度級(jí)產(chǎn)率分別為33.48%、51.41%，且1.60～1.70 g/cm3密度級(jí)灰分高達(dá)10.38%，>2.00 g/cm3密度級(jí)灰分高達(dá)86.60%。如果通過分選將>2.00 g/cm3密度級(jí)高灰矸石排出， >0.5 mm粒級(jí)的精煤理論灰分為12.25%，理論產(chǎn)率為48.59%；浮沉煤泥產(chǎn)率高達(dá)27.07%、灰分為39.41%，說明原煤泥化現(xiàn)象非常嚴(yán)重，不但原煤易泥化，而且矸石也存在泥化現(xiàn)象。

表2 >0.5 mm粒級(jí)密度組成

1.3 <0.5 mm粒級(jí)原生煤泥特性

1.3.1 粒度與密度特性

原生煤泥的粒度與密度組成如表3、表4所示。由表3、表4可知：煤泥的主導(dǎo)粒級(jí)為0.5～0.25 mm和<0.045 mm兩個(gè)粒級(jí)，特別是<0.045 mm粒級(jí)，其產(chǎn)率高達(dá)37.18%；<1.70 g/cm3密度級(jí)的灰分為8.32%，占本級(jí)產(chǎn)率為30.44%，占全級(jí)的產(chǎn)率僅為10.09%。

表3 原生煤泥粒度組成

表4 原生煤泥密度組成

1.3.2 煤泥分步釋放浮選試驗(yàn)

原生煤泥、浮沉煤泥分步釋放浮選試驗(yàn)參照MT/T 144—1997《選煤實(shí)驗(yàn)室分步釋放浮選試驗(yàn)方法》進(jìn)行，結(jié)果如表5、表6所示。由表5、表6可知：對(duì)于原生煤泥來說，要求浮選精煤灰分為10.66%時(shí)，精煤理論精煤產(chǎn)率為76.17%；對(duì)于浮沉煤泥來說，浮選精煤理論灰分為14.16%時(shí)，精煤理論產(chǎn)率僅為61.41%，相對(duì)來說浮沉煤泥更加難選。

表5 原生煤泥分步釋放浮選試驗(yàn)結(jié)果

表6 浮沉煤泥分步釋放浮選試驗(yàn)結(jié)果

1.4 原煤與矸石的泥化特性

為了進(jìn)一步了解原煤和矸石的泥化特性，參照MT/T 109—1996《煤和矸石泥化試驗(yàn)方法》進(jìn)行泥化試驗(yàn)，結(jié)果表7所示。

由表7可知：隨著翻轉(zhuǎn)時(shí)間的延長(zhǎng)，<0.5 mm粒級(jí)的產(chǎn)率逐漸增大，當(dāng)翻轉(zhuǎn)時(shí)間為20 min時(shí)該粒級(jí)產(chǎn)率大于20%，說明原煤易泥化。隨著翻轉(zhuǎn)時(shí)間的延長(zhǎng)，<0.5 mm粒級(jí)的灰分逐漸增大，說明矸石存在泥化現(xiàn)象；不同翻轉(zhuǎn)時(shí)間時(shí)<0.045 mm粒級(jí)的灰分絕大部分在50%以上，其小于給料灰分，說明矸石更易泥化。

表7 煤與矸石泥化試驗(yàn)結(jié)果

2 產(chǎn)品定位

根據(jù)國(guó)能煤炭[2014]571號(hào)《關(guān)于促進(jìn)煤炭安全綠色開發(fā)和清潔高效利用的意見》，要提高我國(guó)煤炭產(chǎn)品質(zhì)量和利用標(biāo)準(zhǔn)，大力發(fā)展煤炭洗選加工；到2020年，我國(guó)原煤入選率要在80%以上，實(shí)現(xiàn)應(yīng)選盡選。國(guó)能煤炭[2015] 37號(hào)《關(guān)于促進(jìn)煤炭工業(yè)科學(xué)發(fā)展的指導(dǎo)意見》指出，推進(jìn)煤炭清潔高效利用，要嚴(yán)格執(zhí)行《商品煤質(zhì)量管理暫行辦法》，提高原煤入選率和商品煤質(zhì)量[1]。河南省即將執(zhí)行的《河南省商品煤質(zhì)量管理辦法》要求，生產(chǎn)、加工、儲(chǔ)運(yùn)等環(huán)節(jié)的商品煤質(zhì)量要滿足：硫含量≤1.00%，發(fā)熱量≥18 MJ/kg，在中國(guó)境內(nèi)遠(yuǎn)距離運(yùn)輸(大于600 km)的商品煤發(fā)熱量要大于20 MJ/kg。嵩山煤礦原煤質(zhì)量不能滿足要求，加之煤炭行業(yè)整體不景氣，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，通過加工提質(zhì)來提高產(chǎn)品質(zhì)量勢(shì)在必行。

該原煤變質(zhì)程度高，可磨指數(shù)過高，采用管道輸送松散性較差，<0.045 mm粒級(jí)含量較高，且易泥化。以其洗選無煙噴吹煤沒有優(yōu)勢(shì)[2-4]，且其揮發(fā)分低，二氧化碳反應(yīng)性較弱，硅鋁比僅為1.44，作為化工用煤也不占優(yōu)勢(shì)。但該原煤硫含量低，結(jié)合周邊企業(yè)對(duì)煤質(zhì)的要求，原煤排矸后可作為化工用煤、發(fā)電原料或優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤。

3 加工提質(zhì)方案探討

3.1 選煤工藝選擇

嵩山煤礦原煤屬于密度最高的1號(hào)無煙煤，目前國(guó)內(nèi)外除北京木城澗礦采用復(fù)振跳汰機(jī)分選塊煤外，尚未查到其他洗選此類煤的選煤廠。該原煤呈細(xì)粉狀，偶見塊狀(由粉煤自然壓縮而成)，手捻即成煤粉。>0.5 mm粒級(jí)含量為48.76%，采用末煤跳汰機(jī)分選難度極大，尚無成功先例。由于原生煤泥、浮沉煤泥含量分別為33.14%、18.10%，采用濕法分選時(shí)煤泥量將占原煤的1/2以上；另外，原煤易泥化，遇水后細(xì)泥很多，煤泥水處理成本高。

為驗(yàn)證該原煤采用重介工藝分選的可行性，曾于2011年將2 000 t原煤運(yùn)送到采用無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選工藝的永錦選煤廠試選。洗選結(jié)果顯示：綜合精煤水分為18.50%，循環(huán)水濃度高達(dá)281.45 g/L，效果不理想。由于分選密度高，系統(tǒng)介質(zhì)循環(huán)量大，介耗高達(dá)2.60%。

鑒于上述情況，為了有效規(guī)避因濕法分選需要處理大量煤泥而帶來的高額建廠投資和運(yùn)行成本，同時(shí)考慮需要提高和穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，結(jié)合對(duì)原煤煤質(zhì)特性、產(chǎn)品定位及當(dāng)前細(xì)粒級(jí)篩分與干法選煤技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，建議選用以下選煤工藝：采用弛張篩對(duì)原煤進(jìn)行篩分，分級(jí)粒度可定在8 mm或6 mm，并通過合理選型保證篩分效率，提高末煤發(fā)熱量；將篩上物通過風(fēng)選提質(zhì)，并通過合理措施有效減少除塵工作量。

為了解干法選煤效果，采用復(fù)合式干法選煤機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了干法分選試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果(表8)表明：采用干法分選機(jī)選出的精煤產(chǎn)品發(fā)熱量可以根據(jù)需要在一定范圍內(nèi)調(diào)整，產(chǎn)品硫含量可保證在0.5%以下，說明采用干法分選技術(shù)具有很大的可行性。

表8 原煤風(fēng)選時(shí)各段的產(chǎn)品質(zhì)量

3.2 主要設(shè)備選型

該煤礦設(shè)計(jì)能力為0.6 Mt/a，投產(chǎn)不久通過攻關(guān)機(jī)械化采掘關(guān)鍵技術(shù)，已全面實(shí)現(xiàn)機(jī)械化采煤，實(shí)際生產(chǎn)能力可達(dá)0.90 Mt/a。據(jù)了解新鄭精煤公司已實(shí)現(xiàn)弛張篩3 mm篩分，設(shè)備按最大生產(chǎn)能力選型，同時(shí)考慮通過增加篩分面積來提高篩分效率，故選用一臺(tái)篩面面積為20 m2的弛張篩，實(shí)現(xiàn)6～3 mm粒級(jí)原煤的分級(jí)。>3 mm粒級(jí)的產(chǎn)率為35.79%，>6 mm粒級(jí)的產(chǎn)率為18.77%，進(jìn)入復(fù)合式干法選煤機(jī)的原煤量按30%計(jì)算，則每年的原煤理論處理量為0.3 Mt；按18 h/d、330 d/a的工作制度考慮，則需要選用處理能力為50 t/h的FGX-6復(fù)合式干法選煤機(jī)分選大于3～6 mm粒級(jí)原煤。

3.3 加工提質(zhì)方案

結(jié)合該煤礦地面篩分系統(tǒng)現(xiàn)狀，將現(xiàn)有的滾軸篩更換成弛張篩，分級(jí)粒度可根據(jù)煤質(zhì)情況定為8 mm或6 mm，從而保證篩分效果；篩上物由帶式輸送機(jī)運(yùn)送至復(fù)合式干法選煤機(jī)分選，檢測(cè)分選機(jī)各段產(chǎn)品質(zhì)量，根據(jù)市場(chǎng)需要合理調(diào)控，確保最終產(chǎn)品滿足要求。不同質(zhì)量的產(chǎn)品分堆存放，根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量確定銷售價(jià)格。

4 效益預(yù)測(cè)

根據(jù)上述分析可知：原煤灰分為40.53%時(shí)，<6 mm、<3mm粒級(jí)的灰分分別為35.50%、32.47%，折合發(fā)熱量分別為19.44 MJ/kg、20.32 MJ/kg；原煤灰分為44.61%時(shí)，產(chǎn)品灰分下降近10個(gè)百分點(diǎn)，發(fā)熱量提高3.35 MJ/kg。生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，正常情況下原煤灰分在34%～40%之間波動(dòng)，此時(shí)原煤發(fā)熱量在19.93～17.56 MJ/kg之間，采用弛張篩對(duì)其分級(jí)并對(duì)篩上物分選后，發(fā)熱量可達(dá)20.07 MJ/kg，甚至大于20.91 MJ/kg。

當(dāng)前該煤礦電煤銷售價(jià)格為：產(chǎn)品發(fā)熱量>20.91 MJ/kg時(shí)，每4.18 MJ/kg的單價(jià)為70元/t；產(chǎn)品發(fā)熱量在18.82～20.91 MJ/kg之間時(shí)，每4.18 MJ/kg的單價(jià)為63元/t；產(chǎn)品發(fā)熱量在16.73～18.82 MJ/kg之間時(shí)，每4.18 MJ/kg的單價(jià)為61元/t；產(chǎn)品發(fā)熱量低于16.73 MJ/kg時(shí)，用戶拒絕收購(gòu)。

采用復(fù)合式干法選煤機(jī)分選時(shí)，第五段排料的發(fā)熱量為3.58 MJ/kg，為確保商品煤質(zhì)量合格、穩(wěn)定，以及隨著原煤發(fā)熱量的提高矸石發(fā)熱量有所提升，將第四段部分排料與第五段排料混合，作為最終矸石。風(fēng)選矸石發(fā)熱量按4.18 MJ/kg計(jì)算，發(fā)熱量為17.56 MJ/kg的每噸原煤可分選出0.8 t 的20.91 MJ/kg 商品煤，產(chǎn)品每4.18 MJ/kg的單價(jià)由61元/t提升到70元/t；原煤加工費(fèi)按8元/t計(jì)算，每噸煤可增收15.87元，即每噸原煤可增收15.87元。

弛張篩和復(fù)合式干法選煤機(jī)成套估價(jià)分別為100萬元和150萬元，其他輔助設(shè)備投資預(yù)計(jì)為100萬元，總投資估算為350萬元。該煤礦的實(shí)際生產(chǎn)能力分別按0.6 Mt/a和0.9 Mt/a計(jì)算，則每年可分別增收948萬元和1 422萬元，運(yùn)行半年即可收回投資成本。就經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)來看，該方案具有很大的可行性。

5 結(jié)語

我國(guó)煤炭市場(chǎng)受產(chǎn)能過剩與經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的影響及低成本進(jìn)口煤的沖擊，在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)將處于供大于求的局面。隨著我國(guó)環(huán)境污染治理力度的加大，加速煤炭潔凈利用成為必然趨勢(shì)，加工提質(zhì)是煤炭潔凈利用的源頭和提高煤炭產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段。加工提質(zhì)不僅要提高和穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，還要提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，因此必須結(jié)合原煤煤質(zhì)特點(diǎn)及所在區(qū)域的交通運(yùn)輸條件，確定終端用戶并分析其需求，合理定位產(chǎn)品。對(duì)于煤質(zhì)特殊的原煤，更要結(jié)合國(guó)內(nèi)外最新的煤炭分選及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)選擇加工提質(zhì)方案，并確保方案在技術(shù)方面、經(jīng)濟(jì)方面均可實(shí)施。嵩山煤礦極細(xì)、易泥化高變質(zhì)無煙煤加工提質(zhì)方案，不但能使產(chǎn)品滿足市場(chǎng)需求，而且可為企業(yè)帶來一定經(jīng)濟(jì)效益。該方案的探討與制定，對(duì)于其他特殊原煤的加工提質(zhì)有一定的借鑒意義。

[1] 張振紅.永貴能源煤炭洗選加工現(xiàn)狀及規(guī)劃[J].煤炭加工與綜合利用，2015(7)：24-27.

[2] 張引剛.淺談高爐噴吹煤評(píng)價(jià)指標(biāo)[J]. 選煤技術(shù), 2003(6):58-60.

[3] 張衛(wèi)東，祁成林，張建良，等. 高爐噴吹煤粉的粉體流動(dòng)性與煤質(zhì)相關(guān)性[J]. 北京科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2012(4):430-435.

[4] 高 斌，顧 飛，楊天鈞. 高爐高煤比噴吹煤種的選擇[J]. 煉鐵, 2001(1):48-50.

Discussion of anthracite upgrading method in Songshan coal mine

CHEN Guo-ping1，ZHANG Zhen-hong2

(1.Henan Energy & Chemical Industry Group Co., Ltd., Zhengzhou, Henan 450046, China；2. Yongcheng Coal & Electricity Holding Group Co., Ltd., Yongcheng, Henan 476600, China)

As requirement for coal market and national policy, product positioning is determined by analyzing raw coal features in Songshan coal mine, such as size composition, density composition, degradation features in water etc. In combination with status of development of fines screening and dry coal washing technologies, anthracite upgrading method is discussed, predicting its economic benefit.

anthracite; prone to degradation in water; high metamorphism; upgrading

TD94

A

1001-3571(2015)04-0064-04

2015-04-05

10.16447/j.cnki.cpt.2015.04.018

陳國(guó)平(1966—)，男，河南省濟(jì)源市人，高級(jí)工程師，從事選煤廠技術(shù)、煤質(zhì)管理與煤炭銷售工作。

E-mail: chenguoping6789@126.com Tel：0371-69337162