研究煤質(zhì)特性 優(yōu)化選煤工藝開拓市場需求 調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

韓 臻

(陜西長武亭南煤業(yè)有限責(zé)任公司選煤廠，陜西 咸陽 713602)

亭南礦井隸屬于山東能源淄礦集團(tuán)在省外投資的第一個礦井,位于陜西省彬長礦區(qū)中部，行政區(qū)劃屬咸陽市長武縣亭口鎮(zhèn)管轄。該礦井于2004年4月11日正式開工建設(shè)，2006年10月1日正式建成投產(chǎn)，當(dāng)年即達(dá)到3.0 Mt/a核定生產(chǎn)能力，經(jīng)過技改后現(xiàn)年產(chǎn)量達(dá)5.0 Mt。煤質(zhì)較優(yōu)良，為低中灰-中灰、特低硫-低硫-低中硫、中高發(fā)熱量-高發(fā)熱量的優(yōu)質(zhì)動力用煤。

煤層主采工藝為綜采放頂式，可采煤層為低灰、低硫、高發(fā)熱量的優(yōu)質(zhì)煙煤，塊煤落下強(qiáng)度和熱穩(wěn)性高、有害微量元素含量低、燃燒性能良好，是一種優(yōu)質(zhì)的動力用煤，通過調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，也可作為高爐噴吹配煤[1]和固定床氣化煤。亭南選煤廠為大型礦井型動力煤選煤廠，選煤廠設(shè)計規(guī)模為5.0 Mt/a，與亭南礦井生產(chǎn)能力一致，于2014年5月正式投產(chǎn)使用。亭南選煤廠選煤工藝為“塊煤淺槽重介分選機(jī)分選—末煤重介旋流器再選—粗煤泥TBS分選—細(xì)煤泥壓濾回收”的聯(lián)合工藝[2-3]，實(shí)現(xiàn)原煤由部分入選到全部入選的過渡,洗水閉路循環(huán)。主要產(chǎn)品有細(xì)煤泥(0～0.35 mm)、粗煤泥(0.35～1 mm)、末精煤(1～25 mm)、中煤，小塊(25～75 mm)，中塊(75～150 mm)6種產(chǎn)品。

由于選煤工藝的缺陷，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)失衡，產(chǎn)品特征指標(biāo)不突出，造成商品煤用戶比較單一，很難體現(xiàn)“優(yōu)質(zhì)優(yōu)價”，并且動力煤市場波動較大，銷售季節(jié)性規(guī)律比較明顯，受國際煤價的影響也較大。同時，動力煤市場競爭日趨激烈，成本也不斷增加，環(huán)境及高品質(zhì)煤種的要求也越來越高，利潤空間不斷縮小。為解決此問題，就必須改善工藝流程，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，增加產(chǎn)品煤種；發(fā)揮分選設(shè)備潛能，提高分選精度，從而滿足不同煤質(zhì)用戶的需求，樹立優(yōu)質(zhì)煤種品牌和發(fā)揚(yáng)配煤結(jié)構(gòu)靈活的雙重經(jīng)營模式。

1 原煤與商品煤特性對比

可采原煤采樣分析及洗選后化驗(yàn)分析結(jié)果見表1。

表1 可采原煤采樣分析及洗選后化驗(yàn)分析表

對比原煤與商品煤的煤質(zhì)特性、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及商品煤定位[1]，主力開拓的煙煤煤粉鍋爐用煤技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 煤粉鍋爐用煙煤技術(shù)指標(biāo)表Table 2 Technical parameters of the pulverized coal for use as boiler fuel %

注：表中V 表示符合要求。

主力開拓的煤粉鍋爐用煙煤(發(fā)電煤粉鍋爐、中小型煤粉鍋爐、工業(yè)窯爐用煤)具有低灰、低硫、高發(fā)熱量等特征，有害微量元素低，與同等發(fā)熱量的中高變質(zhì)程度煤相比具有更強(qiáng)的競爭力，是一種優(yōu)良的發(fā)電用煤。其主要有三個品種：末精煤、洗小塊、中塊。末精煤灰分控制在9%～11%，洗小塊灰分控制在11.0%，中塊灰分控制在9%～13%。其中灰分和全水分對發(fā)熱量的影響程度相當(dāng)，硫分可控制在0.5%以內(nèi)。發(fā)熱量是動力煤的關(guān)鍵指標(biāo)，須從降低全水分、灰分，提高塊煤產(chǎn)率來提高發(fā)熱量,從而發(fā)揮分級調(diào)質(zhì)的優(yōu)勢，具體作法為：①優(yōu)化洗煤工藝；②調(diào)整設(shè)備功能；③改造工藝流程、調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。這樣能突出煤質(zhì)特性優(yōu)勢，產(chǎn)出優(yōu)良的動力用煤，爭取更高的性價比。

重點(diǎn)開拓的高爐噴吹用(配)煤技術(shù)指標(biāo)見表3。重點(diǎn)開拓的高爐噴吹用(配)煤具有灰分和硫分低、發(fā)熱量高、無粘結(jié)性、磷分及煤中鉀鈉總量低、燃燒性和反應(yīng)性良好、揮發(fā)分高、著火點(diǎn)低等優(yōu)點(diǎn)，是一種優(yōu)良的高爐噴吹配煤。因灰分每提高1%會造成燃料比增加2%和相應(yīng)的減產(chǎn)，故要求產(chǎn)品灰分控制在10%以內(nèi)，具體解決辦法為：①提高入洗比例；②合理確定分選密度；③提高分選質(zhì)量。因該煤種需求量大、指標(biāo)苛刻、稀缺價優(yōu)，所以必須避開商品煤質(zhì)重疊高峰，尋找產(chǎn)品特征差異，提高競爭力。

適度開拓的產(chǎn)品固定床氣化用煤和氣流床氣化用煤技術(shù)指標(biāo)見表4。從表4看，產(chǎn)品灰分在20%以下較為經(jīng)濟(jì)，灰熔融性溫度要求ST>1 250 ℃。因其灰分、硫分低，落下強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性好，適合固定床氣化穩(wěn)定操作。其產(chǎn)品特性為：①塊煤落下強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性高，全水分含量低，灰分、硫分適中；②灰分適中，可磨性較好，煤灰熔融特性合適，成漿濃度高達(dá)69.0%，是理想的水煤漿、干煤粉氣化原料。通過提高塊煤產(chǎn)率和控制中煤灰分兩方面來優(yōu)化指標(biāo)，并根據(jù)原煤變化及市場需求調(diào)整產(chǎn)量，與高爐噴吹用煤結(jié)合，把灰分高的剩余產(chǎn)品(塊煤)用作兩段爐固定床氣化用煤。

表3 高爐噴吹用(配)煤技術(shù)指標(biāo)表Table 3 Technical parameters of the pulverized coal for B.F. injection %

注：表中V 表示符合要求。

表4 適度開拓的煤技術(shù)指標(biāo)表Table 4 Technical parameters of the coal for other purposes %

注：表中V 表示符合要求。

綜上，從這三種商品煤的特性參數(shù)可以看出，特性指標(biāo)的提高，需要對洗選工藝進(jìn)行改造，從而提高分級分質(zhì)的精準(zhǔn)度、改變產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品、突顯產(chǎn)品特性、滿足市場需求。

2 分析灰分、水分對發(fā)熱量的影響

經(jīng)測算每增加一個百分點(diǎn)水分比一個百分點(diǎn)灰分對發(fā)熱量的影響要高，動力用煤每增加一個百分點(diǎn)灰分，大約使鍋爐耗煤量增加2.0%～2.5%，發(fā)熱量下降0.20～0.26 MJ/kg；而增加一個百分點(diǎn)水分，發(fā)熱量下降0.25～0.33 MJ/kg[4]。

3 改進(jìn)措施

3.1 改善工藝流程，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

3.1.1 塊煤系統(tǒng)工藝

現(xiàn)有塊煤系統(tǒng)沒有精選只有粗選，需改造塊煤系統(tǒng)存在的缺陷。原煤破碎分級后，對25～150 mm粒級的原煤經(jīng)過淺槽重介分選機(jī)進(jìn)行一次排矸分選，劣質(zhì)煤與優(yōu)質(zhì)煤沒有分離，產(chǎn)品單一，沒有突顯優(yōu)質(zhì)煤特性，也沒有體現(xiàn)優(yōu)質(zhì)優(yōu)價，商品煤銷售渠道受到制約。

經(jīng)測算，原煤塊煤系統(tǒng)中灰分高于25%的含量不超過3.4%，說明選出中煤可能性是很強(qiáng)的。為此，參照末煤分選工藝，塊煤系統(tǒng)采用兩段分選，把塊煤中的矸石分選出來作為中煤品種，塊煤成為優(yōu)質(zhì)塊煤，同時塊煤經(jīng)過破碎成為更為優(yōu)質(zhì)的末精煤，其技術(shù)指標(biāo)高于末精煤，體現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)煤種更優(yōu)的特性,中煤(灰分20%～25%)則作為氣化用煤。

末煤系統(tǒng)采用兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器[6]進(jìn)行分段分選，先用低密度旋流器分選出精煤與重產(chǎn)物，然后再將重產(chǎn)物送入高密度旋流器，分選出中煤和矸石，實(shí)踐證明這種工藝非常適合中煤含量較低、原煤可選性較好且要求精煤灰分較高的原煤分選。同樣，對現(xiàn)有的塊煤系統(tǒng)改為兩段分選，利用現(xiàn)有的淺槽重介分選機(jī)進(jìn)行低密度分選，輕產(chǎn)物作為優(yōu)質(zhì)商品煤，將重產(chǎn)物送入高密度淺槽重介分選機(jī)分選出中煤和矸石。在原來矸石轉(zhuǎn)載車間三樓增加二段淺槽重介分選機(jī)，空間位置比較合適，形成了一套完善的塊煤分段分選的工藝流程。此改造不需要改變原有的塊煤運(yùn)輸系統(tǒng)，降低了改造成本，改造方案簡單可行，而且增加了產(chǎn)品種類，結(jié)構(gòu)多樣、配煤靈活、中煤產(chǎn)量增加，為開拓氣化用煤打下了基礎(chǔ)。

3.1.2 粗煤泥分選工藝

生產(chǎn)初期時原煤煤質(zhì)較好，粗煤泥不經(jīng)過分選直接混入末精煤，對末精煤煤質(zhì)的影響不大，煤質(zhì)變差后，對末精煤的指標(biāo)影響明顯。為此，增設(shè)TBS分選系統(tǒng)[5]，對粗煤泥(0～1 mm)進(jìn)行有效分選，從而保證末精煤的灰分低于10%，滿足高爐噴吹配煤的特性指標(biāo)。

3.2 發(fā)揮分選設(shè)備潛能，提高塊煤產(chǎn)率

選煤設(shè)備運(yùn)行過程中，能不能發(fā)揮設(shè)備的優(yōu)良特性對選煤效果的影響較大。設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)不佳、參數(shù)不匹配，不僅影響產(chǎn)品的質(zhì)量，而且嚴(yán)重?fù)p傷設(shè)備。化驗(yàn)塊煤的水分比末精煤高兩三個百分點(diǎn)，則需提高塊煤的產(chǎn)率來提高經(jīng)濟(jì)效益。而塊煤產(chǎn)率的提高一直是選煤行業(yè)的熱點(diǎn)話題，方法也比較多。

3.2.1 分析破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)特性，不可調(diào)變可調(diào)，提升塊煤產(chǎn)率

破碎機(jī)作為選煤廠的核心設(shè)備，直接影響煤質(zhì)的分級分選效果。亭南選煤廠的破碎機(jī)采用MMD系列雙輥四齒八環(huán)篩分破碎機(jī)[7]，但在實(shí)際使用過程中，有三誤區(qū)需要重新認(rèn)識：一是擔(dān)心過載，燒壞電機(jī)，甚至設(shè)成欠載保護(hù)；二是認(rèn)為反轉(zhuǎn)對設(shè)備有損傷，不知道破碎機(jī)的兩個主軸齒輥不僅是內(nèi)向方式旋轉(zhuǎn)，同時具有定向螺旋線方向，確保反轉(zhuǎn)時能將異物有效倒排；三是認(rèn)為破碎粒度不可調(diào)整。正是這種錯誤認(rèn)識，影響了塊煤產(chǎn)率的調(diào)整，破碎力度及效率沒有得到充分發(fā)揮，尤其是電控保護(hù)值設(shè)的比額定值還小，電機(jī)瞬間過載導(dǎo)致頻繁啟停設(shè)備，傳動裝置嚴(yán)重受損。其實(shí)破碎機(jī)下方破碎梁和齒帽都是可調(diào)的，破碎梁兩側(cè)裝有18個側(cè)梳齒，與兩條主軸齒輥軸形成三維方向過料結(jié)構(gòu)，防止長條形狀的物料排出。通過調(diào)整破碎梁支撐墊片的高度，更換主副齒帽型號，使塊煤上限粒度達(dá)到200 mm，塊煤產(chǎn)率增加3～5個百分點(diǎn)。破碎機(jī)的電機(jī)都是量身定做的，礦物破碎是一種間斷非連續(xù)過程，靠的是瞬時沖擊產(chǎn)生的剪切力和拉力，過載及反轉(zhuǎn)能力是電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個重要因素，短時(15 s)過載能力很強(qiáng)(額定值的1.6倍)，還有預(yù)置PT100過熱保護(hù)。破碎機(jī)是根據(jù)礦物的抗破碎力度設(shè)計的，達(dá)到這個力度就破碎，否則就過載保護(hù)，經(jīng)過調(diào)整，電機(jī)因塊矸石過載保護(hù)的現(xiàn)象基本杜絕。根據(jù)商品煤的要求，中大塊產(chǎn)品的配煤過程由混煤破碎機(jī)來完成。

3.2.2 改造淺槽進(jìn)介方式，提高分選精度

淺槽重介分選機(jī)[8]設(shè)計處理能力為704 t/h，排矸量為336 t/h，改為輕密度分選，重產(chǎn)物產(chǎn)率由15%增至35%，這樣超出設(shè)計能力3～5個百分點(diǎn)。此方案通過改變進(jìn)介方式和提高排料速度來完成，速度改為變頻控制以適應(yīng)多變煤質(zhì)的要求，入料方式由原來多個管口改為一個槽式入料口，使上升流和水平流更趨于平穩(wěn)、均衡。原來上升流和水平流入口分別有5個和8個，現(xiàn)在減少到2個和3個，既節(jié)約成本又便于維護(hù)。

改造示意如圖1所示。

圖1 進(jìn)介方式改造示意圖

圖1中箭頭表示的是介質(zhì)的流動方向，較寬的邊框是與淺槽重介分選機(jī)對接的邊緣，上升流入料槽下端是停車時排放淺槽內(nèi)殘留雜質(zhì)的出口，防止雜質(zhì)進(jìn)入合介桶。由于管路少、調(diào)節(jié)閥少，容易實(shí)現(xiàn)自動化，便于集控。

3.3 發(fā)揮自動化優(yōu)勢，提高分選精度

通過發(fā)揮集控平臺的自動化和智能化優(yōu)勢來提高分選精度。末煤混料桶采用兩套壓差式密度計和料位計，以保證旋流器壓力穩(wěn)定和分選密度準(zhǔn)確，做到準(zhǔn)確檢測、可靠控制、實(shí)時調(diào)節(jié)，達(dá)到優(yōu)化產(chǎn)品特性、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率的目的。

4 結(jié)語

做好煤質(zhì)特性分析是發(fā)揮原料煤潛能的前提條件，優(yōu)化選煤工藝是保證商品煤特性的重要手段。而洗選工藝是一項(xiàng)流程環(huán)節(jié)多、設(shè)備種類多、集控程度高的復(fù)雜工程，能不能充分發(fā)揮作用，關(guān)鍵四個字，一是“精”：設(shè)備精，分選精，煤質(zhì)精；二是“準(zhǔn)”：化驗(yàn)準(zhǔn)、檢測準(zhǔn)，控制準(zhǔn)；三是“穩(wěn)”：煤量穩(wěn)，入料穩(wěn)，密度穩(wěn)，壓力穩(wěn)；四是“調(diào)”：調(diào)桶位，調(diào)密度，調(diào)煤量，調(diào)壓力，調(diào)藥量。

從商品煤的需求指標(biāo)特性來看，有些相同，有些互補(bǔ)，有些沖突。亭南選煤廠為滿足不同商品用戶的需求，通過優(yōu)化選煤工藝，發(fā)揮設(shè)備潛能及自動化優(yōu)勢，使產(chǎn)品品種多樣化，產(chǎn)品特性指標(biāo)突出，易于高效配煤，有利于產(chǎn)品市場定位，樹立品牌，拓展商品渠道，提高性價比。

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