煤泥減量化設(shè)計在寧東選煤廠的改造實踐

常發(fā)軍

(中煤科工集團 北京華宇工程有限公司，河南 平頂山 467002)

1 概 述

選煤廠通常通過增加入選率來提高商品煤質(zhì)量[1]。然而，隨著入洗率的增加，進入分選系統(tǒng)的原生煤泥、浮沉煤泥以及對應(yīng)產(chǎn)生的次生煤泥也相應(yīng)增加。由于煤泥粒度細、比表面積大、水分較高，洗選系統(tǒng)煤泥量增加后，會帶來多方面的聯(lián)鎖反應(yīng)。

(1)大量高灰細泥進入分選系統(tǒng)后，造成煤泥難沉降，增加藥劑消耗；加之當前細煤泥處理設(shè)備效率相對較低，致使煤泥處理系統(tǒng)成為選煤廠生產(chǎn)的瓶頸[2]。以神華神東煤炭集團哈拉溝選煤廠為例，末煤系統(tǒng)原設(shè)計處理能力1 800 t/h，但由于煤炭極易泥化，現(xiàn)有5臺加壓過濾機都難以完成煤泥脫水任務(wù)，末煤系統(tǒng)實際處理能力僅能達到1 200 t/h[1]。神華寧煤集團金鳳選煤廠可實現(xiàn)末煤不入選、末煤脫粉入選和末煤全級入選等靈活生產(chǎn)方式，當生產(chǎn)噴吹煤時，采用全級入選，此時，因煤泥水難處理，循環(huán)水濃度超標，連續(xù)生產(chǎn)3 d就會造成循環(huán)水無法使用。

(2)由于煤泥副產(chǎn)品灰分高、水分大、發(fā)熱量低，通過增加入選率雖然能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量，但將煤泥摻入混煤產(chǎn)品中，會降低混煤產(chǎn)品的發(fā)熱量。神華神東煤炭集團因摻配細煤泥導致商品煤發(fā)熱量降低209～627 kJ/kg[2]，并且因排矸較多，減小了混煤產(chǎn)品的產(chǎn)率，銷售收入提升不明顯，部分選煤廠經(jīng)濟效益甚至呈現(xiàn)負增長。這也是多數(shù)動力煤選煤廠僅對塊煤進行分選、未對末煤進行分選的重要原因。

(3)煤泥副產(chǎn)品單獨銷售時，大量堆積會遇水流失、風干飛揚[3]，給運輸和存儲都帶來一些問題。冬季含水較大的煤泥還會導致車皮凍結(jié)，造成卸車困難，或堵塞港口溜槽，選煤廠只能將煤泥存放在廠內(nèi)晾干。由于環(huán)保政策的要求，很多選煤廠無足夠面積晾曬煤泥，嚴重時會因煤泥過多而停產(chǎn)。

在煤泥利用方面，主要有煤泥摻燒、煤泥制漿燃燒以及生產(chǎn)型煤型焦等多種應(yīng)用途徑，但阻礙煤泥大規(guī)模利用的關(guān)鍵是其含水率[4]，而煤泥的干燥又受到環(huán)保、投資等方面的制約。從整體經(jīng)濟效益分析，在當前一段時期內(nèi)，對于動力煤選煤廠，煤泥減量的選擇要優(yōu)于煤泥提質(zhì)[1]。

2 煤泥減量化的方法

煤泥減量是一項系統(tǒng)性工程，可從分選前、分選中、分選后三個階段進行煤泥減量化[5]。

分選前煤泥減量主要從確定合適的分選粒度和提高篩分效率兩方面考慮。動力煤選煤廠的產(chǎn)品價格以發(fā)熱量為主要計價依據(jù)，其中灰分、水分是其最顯著的兩個影響因素。產(chǎn)品灰分的降低要求分選粒度下限的降低，隨之增加的是產(chǎn)品水分和排矸量，因此，產(chǎn)品灰分的降低不代表選煤廠經(jīng)濟效益的增長[6]，必須根據(jù)市場要求和經(jīng)濟效益來確定合適的分選粒度。提高篩分效率可減少不分選物料的混雜，提高分選系統(tǒng)的精度，并且可以減少分選系統(tǒng)的規(guī)模，提高經(jīng)濟效益。以神華寧煤集團寧東地區(qū)動力煤選煤廠為例，6 mm以下粒級的粉煤含量約占全樣的30%～40%，脫粉效率提高10%，末煤系統(tǒng)的處理量將減少3%～4%，并且可大幅度降低煤泥水系統(tǒng)的負荷。李家壕選煤廠通過使用雙篩框振動的弛張篩進行6 mm篩分，其篩分效率平均值可達到91.65%[7]；在設(shè)備高篩分效率的支撐下，利用現(xiàn)有重介質(zhì)淺槽的富余量可將分選下限由13 mm降低至6 mm，雖更換了末精煤離心機，但煤泥水系統(tǒng)的負荷未增加。

分選中煤泥減量主要從生產(chǎn)工藝選擇入手。主要包括減少泵力輸送、采用無壓入料方式、縮短煤泥水流程、將高灰細泥提前分離等。在空間布置條件允許的情況下，末煤分選系統(tǒng)優(yōu)先采用無壓入料旋流器分選工藝；在分選精度不做嚴格要求、處理量不太大的條件下，也有部分選煤廠使用干法分選工藝，避免分選過程中產(chǎn)生煤泥副產(chǎn)品。部分選煤廠在矸石脫介篩能力富余的條件下，將篩縫調(diào)整至0.35 mm[6-8]，提前將灰分高的煤泥排出分選系統(tǒng)[2]。矸石稀介質(zhì)懸浮液與精煤稀介質(zhì)懸浮液分別磁選，再由粗煤泥回收系統(tǒng)將高灰細泥從煤泥水處理系統(tǒng)脫除。細煤泥水處理系統(tǒng)采用兩段濃縮、兩段回收工藝，一段濃縮底流通過沉降過濾離心機回收，將回收的煤泥摻入混煤中，以減少煤泥副產(chǎn)品的產(chǎn)量。神華寧煤集團金鳳選煤廠在此方面已取得良好效果。

分選后的煤泥減量主要是降低煤泥水分，提高其發(fā)熱量，將其破碎后回摻至混煤中。采取的措施主要有煤泥晾曬、煤泥干燥、煤泥低溫真空干化等類型。由于分選后的煤泥減量是被動補救型措施，成本較高，效果相對較弱，但也是煤泥減量化系統(tǒng)性工程不可或缺的組成部分。

3 煤泥減量化的應(yīng)用實踐

神華寧煤集團羊場灣選煤廠(一分區(qū))和棗泉選煤廠都是設(shè)計能力達到10.00 Mt/a的大型選煤廠，現(xiàn)有生產(chǎn)工藝為200～25 mm塊煤重介質(zhì)淺槽分選，末煤不分選，粗煤泥通過分級旋流器+振動弧形篩+煤泥離心機回收后摻入末混煤中，細煤泥采用快開隔膜壓濾機壓濾后單獨銷售。兩座選煤廠分選系統(tǒng)雖然都按照13 mm分級進行設(shè)計，但由于產(chǎn)品銷售價格以及煤泥水處理系統(tǒng)等原因，后來都主動或被動將分選粒度下限提高至25 mm。

隨著神華寧煤4.00 Mt/a煤炭間接液化(以下下簡稱“煤制油”)項目的投用，神華寧煤集團煤制油板塊(含煤制油、煤制烯烴、煤制甲醇)年消耗原料煤2 401萬t、燃料煤956萬t，合計3 357萬t。由于煤制油項目的投產(chǎn)，精粒(塊煤限下)煤與末原煤摻配已經(jīng)不能滿足煤制油的最佳用煤灰分，必須破碎大量的塊精煤產(chǎn)品進行摻配。為保證煤制油用煤質(zhì)量和數(shù)量，增加集團公司經(jīng)濟效益，先后對羊場灣選煤廠、棗泉選煤廠等進行工藝升級改造工程，增加末煤分選系統(tǒng)，將主要煤源選煤廠提供的末煤產(chǎn)品灰分控制在煤制油最佳用煤灰分區(qū)間，減少塊精煤的使用，降低二次配煤的難度。

羊場灣和棗泉選煤廠的原煤粒度組成見表1，通過表1可以看出，兩廠原煤中6 mm以下粉煤含量比較高，分別為39.20%和33.35%，原生煤泥(0.5 mm以下)的含量分別為7.66%和7.19%，說明原煤易碎并且矸石易泥化。改造前，羊場灣和棗泉選煤廠的煤泥副產(chǎn)品產(chǎn)率分別為2.06%和1.95%，若進一步提升入選率，煤泥也將相應(yīng)增加。發(fā)熱量為18.81 MJ/kg的末煤銷售基準價為340元/t，煤泥價格僅為60～120元/t(統(tǒng)一定價)，如果增加煤泥產(chǎn)量，將降低選煤廠利潤。以這兩座選煤廠為例，若末煤進行全級入洗，原生煤泥將全部進入到洗選系統(tǒng)中，原生煤泥+浮沉煤泥+次生煤泥的含量將達到13%左右，將是現(xiàn)有塊煤分選系統(tǒng)內(nèi)總煤泥量的3～4倍。因此，選煤廠增設(shè)末煤分選系統(tǒng)必須進行煤泥減量化設(shè)計。

根據(jù)煤制油板塊的原料煤用煤指標以及各煤源選煤廠的供煤能力，為充分利用現(xiàn)有分選系統(tǒng)富余能力，羊場灣選煤廠將塊煤分選下限降至13 mm，棗泉選煤廠將塊煤分選下限降低至20 mm，并對末煤采用6 mm脫粉；13～6 mm(棗泉20～6 mm)采用無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選，6 mm粒級以下粉煤不分選，粗煤泥采用分級旋流器+振動弧形篩+煤泥離心機回收，細煤泥采用兩段濃縮、兩段回收工藝(塊末煤煤泥水系統(tǒng)合并處理)；一段濃縮底流經(jīng)沉降過濾式離心機回收后摻入洗混煤中，二段底流采用快開隔膜壓濾機回收。

表1 羊場灣和棗泉選煤廠原煤篩分試驗結(jié)果

選前階段采用6 mm深度篩分，在煤質(zhì)較粘的條件下，篩分效率仍能保證在80%以上。羊場灣和棗泉選煤廠入選量分別由48.13%、42.55%提升至73.36%、74.89%，但進入系統(tǒng)中的總煤泥量也分別由4.84%、2.93%提升至10.28%、5.99%。羊場灣煤泥量增加相對較多的原因在于其塊煤分選系統(tǒng)的篩分環(huán)節(jié)由25 mm降低至13 mm，但設(shè)備數(shù)量未相應(yīng)增加，塊煤系統(tǒng)篩分效率降低，導致進入分選系統(tǒng)的煤泥量增加。但與全級入選相比，仍減少了占全樣3%左右的總煤泥量進入分選系統(tǒng)。兩座選煤廠通過粗煤泥回收系統(tǒng)分別回收5.41%、2.14%粗煤泥摻至洗混煤中。通過兩段濃縮、兩段回收工藝，兩座選煤廠分別回收2.03%、1.35%的煤泥摻入洗混煤中，通過壓濾產(chǎn)生的煤泥副產(chǎn)品產(chǎn)率分別為2.84%和2.50%。即在入選量為原來的1.5～1.7倍、且分選粒度下限由25 mm調(diào)整至6 mm而增加了篩分難度的條件下，煤泥產(chǎn)率僅增長為原來的1.3倍。

4 結(jié) 語

神華寧煤集團羊場灣、棗泉選煤廠通過采用深度篩分、無壓入料減少泵送產(chǎn)生的次生煤泥、兩段濃縮、兩段回收工藝增加回摻至洗混煤的煤泥量等措施，從分選前、分選中、分選后三個階段都進行了系統(tǒng)的煤泥減量化，大幅度減少了壓濾煤泥產(chǎn)率，提高了選煤廠的經(jīng)濟效益。根據(jù)煤制油推薦的配煤方案，神華寧煤集團決定對選煤廠進行工藝升級改造，以滿足煤制油最佳用煤灰分指標；在利用裝置富余能力增產(chǎn)油品、減少爐渣運輸填埋、降低原料煤采購成本等方面，按其供給的干燥無灰基產(chǎn)品總量進行測算，兩座選煤廠工藝升級改造后，可總體增加利潤17 855.94萬元/a，經(jīng)濟效益顯著。