色連二礦選煤廠選煤工藝及項目建設(shè)特點分析

母長春

(大地工程開發(fā)(集團(tuán))有限公司，天津300381)

煤泥是煤炭在開采、洗選過程中產(chǎn)生的一種副產(chǎn)品[1-2]。在煤炭洗選過程中，由于原煤質(zhì)量不同，煤泥產(chǎn)量也存在著差異，一般煤泥約占入選原煤量的10%～20%[3]。少數(shù)煤質(zhì)較好或僅塊煤入選的選煤廠，由于細(xì)泥產(chǎn)量較小，對產(chǎn)品質(zhì)量影響不大；但大部分全入選的選煤廠由于細(xì)泥產(chǎn)量大、灰分高、水分高、發(fā)熱量低，脫水后的煤餅粘度大且排料不連續(xù)，會對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生很大影響，如果煤泥摻配不均勻，會造成商品煤質(zhì)量波動較大，在極端情況下還會造成車皮粘結(jié)而難于卸車(尤其是在冬季，會造成車皮凍結(jié)無法卸車)，運輸溜槽和煤倉堵塞，甚至造成系統(tǒng)停產(chǎn)等[4]。煤泥大量堆積不但占用有限的土地資源[5-6]，而且存在遇水流失、風(fēng)干飛揚的問題，對周邊環(huán)境污染嚴(yán)重[7-8]?？梢?，煤泥不僅影響選煤廠生產(chǎn)的正常進(jìn)行，也制約著礦區(qū)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，煤泥減量化生產(chǎn)是從根本上解決煤泥合理利用問題的關(guān)鍵。

近年來，隨著神東礦區(qū)煤炭的大規(guī)模開采，薄-中厚煤層的開采已納入生產(chǎn)計劃；此外，由于大采高采煤設(shè)備在煤礦開采中的逐步應(yīng)用，在開采過程中出現(xiàn)了“割頂/割底”或“漏頂”現(xiàn)象，也導(dǎo)致原煤中混入的矸石不斷增加，原煤灰分升高。為了穩(wěn)定商品煤質(zhì)量，全面提高優(yōu)質(zhì)動力煤產(chǎn)量，神東礦區(qū)現(xiàn)有一些選煤廠均在原來主要洗選塊煤的基礎(chǔ)上，增加了末原煤洗選系統(tǒng)，以降低原煤入選下限，穩(wěn)定并提高產(chǎn)品質(zhì)量[9]。

1 概述

色連二礦選煤廠是色連二號礦井的配套選煤廠，位于鄂爾多斯市神東礦區(qū)北部的高頭窯礦區(qū)，建設(shè)規(guī)模與礦井相同，為10.0 Mt/a，入選原煤具有高灰分(20%～40%)、高水分(24%～28%)、高泥化程度(壓濾煤泥灰分≥60%)、發(fā)熱量低(15.12～15.96 MJ/kg)等特點，產(chǎn)品定位為優(yōu)質(zhì)動力煤(發(fā)熱量在20.16 MJ/kg以上)和普通動力煤(發(fā)熱量為17.64～18.90 MJ/kg)。根據(jù)其煤質(zhì)特點與產(chǎn)品定位，入選下限的確定對該廠工藝設(shè)計至關(guān)重要。

2 入選下限的確定

2.1 產(chǎn)品發(fā)熱量測算

色連二號礦井位于高頭窯礦區(qū)的中部區(qū)域，北部為高頭窯礦，西部與城梁礦接壤，東部為色連一礦。高頭窯礦井為生產(chǎn)礦井，可采煤層、煤種、開采方式、賦存條件等均與色連二號礦井基本相同，因此選用高頭窯礦井原煤篩分、浮沉資料作為色連二礦選煤廠設(shè)計的基礎(chǔ)資料，并結(jié)合周邊選煤廠的調(diào)研結(jié)果對其進(jìn)行校正。

原煤篩分、浮沉試驗結(jié)果見表1和表2。

表1 校正后的原煤粒度組成

表2 校正后的原煤各粒級浮沉組成Table 2 Float-and-sink data of different density fractions of raw coal after correction %

通過調(diào)研周邊選煤廠原煤、塊精煤、混煤產(chǎn)品發(fā)熱量化驗數(shù)據(jù)，根據(jù)色連二礦選煤廠各產(chǎn)品的灰分(Ad)和水分(Mt)，可推導(dǎo)出各產(chǎn)品的發(fā)熱量計算公式，分別為：

原煤發(fā)熱量Qnet,ar=28.55-0.26Ad-0.25Mt；塊精煤發(fā)熱量Q′net,ar=27.13-0.17Ad-0.25Mt；混煤發(fā)熱量Q＂net,ar=27.49-0.25Ad-0.22Mt。

對原煤洗選前后(原煤全部入選、煤泥摻回產(chǎn)品)各粒級的產(chǎn)率和發(fā)熱量的變化進(jìn)行了測算，得到各粒級原煤洗選前后的發(fā)熱量數(shù)據(jù)對比，見表3。

從表3數(shù)據(jù)可以看出：原煤經(jīng)洗選后，各粒級灰分均降低，但是水分升高；隨著粒度減小，發(fā)熱量提高幅度減小。對于入水的煤泥(<0.25 mm粒級)，發(fā)熱量出現(xiàn)大幅降低，主要原因是因為煤顆粒比表面積加倍增加，水分升高幅度過大所致。因此，隨著分選下限降低，產(chǎn)品灰分降低對于產(chǎn)品發(fā)熱量是正增長。但是水分增加對于產(chǎn)品發(fā)熱量是負(fù)增長，特別是分選下限降低后，分級效率下降導(dǎo)致的入水煤泥量增多對于產(chǎn)品發(fā)熱量負(fù)面影響很大。

表3 洗選前后原煤各粒級發(fā)熱量數(shù)據(jù)對比Table 3 Comparison of calorific values of each size fraction of raw coal before and after cleaning %

2.2 最佳分選下限的確定

為了確定最佳的分選下限，分別選取入選下限為0、3、6、13 mm進(jìn)行測算。為了建立分級效率與經(jīng)濟(jì)效益模型曲線，煤炭產(chǎn)品價格和洗選成本等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)選取如下：①產(chǎn)品發(fā)熱量為16.72 MJ/kg(4 000 kcal/kg)時市場價為140元/t，發(fā)熱量每相差0.42 MJ/kg(100 kcal/kg)，價格變化13元/t(一般為10～15元/t，設(shè)計取中間值)；②噸煤洗選成本按10元/t計算。

原煤分級效率的取值說明如下：入選下限為0時為全部入選；入選下限為6 mm的情況在生產(chǎn)中較為普遍，原煤6 mm篩分效率一般為60%～85%，取中間值70%；入選下限為13 mm時，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，篩分效率取值85%；入選下限為3 mm時，對原煤3 mm篩分效率依次取值30%、40%、50%、60%、70%，以此判斷3 mm篩分效率變化對經(jīng)濟(jì)效益的影響。

根據(jù)計算結(jié)果，繪制出不同分選下限的經(jīng)濟(jì)效益變化曲線，如圖1所示。對圖1中各曲線進(jìn)行分析，可知：

(1)當(dāng)分選下限為0，即原煤全部入選時，獲得的經(jīng)濟(jì)效益要高于分選下限為13 mm時。

(2)分選下限為6 mm時的經(jīng)濟(jì)效益要高于分選下限為0和13 mm時。

圖1 不同分選下限的經(jīng)濟(jì)效益變化曲線

(3)分選下限為3 mm時的經(jīng)濟(jì)效益受分級效率波動的影響較大。當(dāng)3 mm篩分效率低于45%時，經(jīng)濟(jì)效益不如分選下限為6 mm時；當(dāng)3 mm分級效率達(dá)到50%時，其經(jīng)濟(jì)效益與分選下限為6 mm時接近。3 mm分級效率越高，經(jīng)濟(jì)效益增幅越明顯。

從現(xiàn)場調(diào)研的6 mm分級效果看，6 mm分級效率一般為60%～85%，結(jié)合色連二號礦井原煤水分較高，篩分難度大，3 mm分級效率達(dá)到60%以上存在一定的技術(shù)風(fēng)險，故工藝設(shè)計時將6 mm作為色連二礦選煤廠分選下限。此外，寺河選煤廠生產(chǎn)實踐表明，將傳統(tǒng)1.5 mm濕法脫泥工藝改為3 mm干法脫粉工藝，不僅可提高末煤產(chǎn)品產(chǎn)率，而且能大大降低洗選末煤時的煤泥量，減輕煤泥水系統(tǒng)的壓力，經(jīng)濟(jì)效益良好[10]。因此，隨著3 mm干法篩分技術(shù)的日臻成熟，色連二礦選煤廠后期也可以通過更換3 mm篩板進(jìn)行干法脫粉入選，實現(xiàn)選煤廠經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

3 選煤工藝確定

根據(jù)選煤廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與煤質(zhì)分析確定6 mm為入選下限后，色連二礦選煤廠生產(chǎn)工藝最終確定為： 200～13 mm粒級塊原煤采用重介淺槽分選，13～6 mm粒級末原煤采用有壓兩產(chǎn)品重介旋流器分選，<6 mm粒級粉煤旁路，3～0.25 mm粒級粗煤泥采用弧形篩+高頻篩+煤泥離心機(jī)脫水回收，<0.25 mm粒級細(xì)煤泥采用兩段濃縮、篩網(wǎng)沉降式離心機(jī)和板框壓濾機(jī)聯(lián)合回收工藝。該工藝具有如下特點：

(1)通過深度篩分，將入選粒級限定為200～6 mm，可減少煤泥入水量，最大限度地提高產(chǎn)品發(fā)熱量，確保最佳經(jīng)濟(jì)效益。

(2)采用弛張篩作為6 mm篩分設(shè)備，可以解決原煤水分高、難以篩分的問題[11]。

(3)塊煤重介淺槽、末煤重介旋流器選煤方法對原煤煤質(zhì)變化的適應(yīng)性強(qiáng)，并且分選精度高，自動化程度高，系統(tǒng)簡單，易于操作和管理[12]。

(4)工藝流程和工藝環(huán)節(jié)的設(shè)置結(jié)合了周邊選煤廠生產(chǎn)經(jīng)驗，做到了合理、簡潔，工藝系統(tǒng)完善，且對煤質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，適用于泥化煤的分選。

4 項目建設(shè)特點

自投產(chǎn)運行以來，色連二礦選煤廠運行效果良好，其中原煤實際處理能力達(dá)10.0 Mt/a，綜合介耗約為噸原煤0.65 kg，原煤噸煤電耗為4.72 kW·h，噸煤清水耗量約為0.065 m3，各項指標(biāo)均達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，經(jīng)濟(jì)和社會效益良好。該項目建設(shè)特點為：

(1)投資低。色連二礦選煤廠總投資約3.7億元(含2 600萬元預(yù)備費)，工程實際投資約3.4億元。與鄂爾多斯地區(qū)其他千萬級大型動力煤選煤廠相比，噸煤投資較低。

(2)建設(shè)速度快。選煤廠建設(shè)工期約11個月，與鄂爾多斯地區(qū)其他同規(guī)模、同類型選煤廠相比，建設(shè)速度快，建設(shè)質(zhì)量獲得一致好評。

(3)設(shè)計理念先進(jìn)。色連二礦選煤廠采取的深度篩分工藝，為國內(nèi)新建大型選煤廠中首次創(chuàng)新性采用。根據(jù)色連二礦選煤廠多年的實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，深度篩分工藝既提高了產(chǎn)品發(fā)熱量，又降低了生產(chǎn)費用，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

5 結(jié)語

深度篩分的成功應(yīng)用將鄂爾多斯地區(qū)選煤廠中普遍采用的“一期建設(shè)塊煤洗選系統(tǒng)、二期建設(shè)末煤洗選系統(tǒng)、三期建設(shè)深度篩分系統(tǒng)”的三期建設(shè)模式一步建設(shè)到位，三步并作一步走，既解決了煤質(zhì)波動對生產(chǎn)造成的影響，又避免了重復(fù)改造，樹立了西部地區(qū)選煤廠建設(shè)模式的新標(biāo)桿，為內(nèi)蒙古自治區(qū)東勝煤田動力煤選煤廠的建設(shè)提供了有益的指導(dǎo)和借鑒。