榮輝選煤廠穩(wěn)定瘦精煤質(zhì)量的試驗(yàn)研究

白少龍，延海龍，王亞男，楊光遠(yuǎn)，趙 杰，周 彪

(1.中煤科工集團(tuán) 唐山研究院有限公司；2.唐山國選精煤有限責(zé)任公司，河北 唐山 063012)

武鄉(xiāng)榮輝選煤廠位于長治市武鄉(xiāng)縣洪水鎮(zhèn)。2018年改造后，生產(chǎn)能力達(dá)到1.20 Mt/a，選煤工藝為無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器+浮選，主要生產(chǎn)主焦煤和瘦煤，精煤產(chǎn)品主要供應(yīng)長治地區(qū)的焦化廠。由于下游焦化廠要求瘦煤黏結(jié)指數(shù)在40以上，而本廠瘦煤存在氧化嚴(yán)重，黏結(jié)指數(shù)下降的情況，因此有必要對瘦煤配煤和瘦煤黏結(jié)指數(shù)下降規(guī)律進(jìn)行研究。生產(chǎn)過程中，原煤配比、精煤全硫、黏結(jié)把控是選煤生產(chǎn)的關(guān)鍵。只有掌控好這幾個關(guān)鍵點(diǎn)，才能保證出廠精煤指標(biāo)滿足焦化廠的指標(biāo)要求，保證供需雙方利益不受損失。

1 精煤全硫波動問題及解決方案

1.1 精煤全硫波動問題原因分析

實(shí)際生產(chǎn)過程中，煤炭全硫的測定會有波動和誤差，不僅是原煤本身全硫存在波動，還與配煤方案、化驗(yàn)操作有關(guān)。榮輝選煤廠的一個焦化廠，客戶全硫考核基準(zhǔn)是1.50%，每超0.01%則扣款10 元/t，超過0.05%則會拒收，如果已卸車不能退貨的則會按照15 元/t進(jìn)行單車扣款。因此掌握與摸清這幾項(xiàng)關(guān)鍵點(diǎn)對于出廠精煤指標(biāo)把控是極其重要的。

1.2 監(jiān)測原煤各密度級全硫，調(diào)整優(yōu)化配煤方案

分析各原煤煤樣，發(fā)現(xiàn)原煤中小于1.4 g/cm3密度級的全硫波動不大，基本能在0.2%以內(nèi)。但是部分原煤如福達(dá)瘦煤、馬堡瘦煤、新升焦煤等原煤中1.4～1.8 g/cm3密度級的全硫比小于1.4 g/cm3密度級的全硫要高出0.5～1.3個百分點(diǎn)不等，且各密度級全硫波動范圍在0.2%～0.5%，波動較大。

主選原煤全硫波動范圍大，使得配煤難度加大，因此能否做好基礎(chǔ)化驗(yàn)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)工作，關(guān)系整個生產(chǎn)系統(tǒng)的根本。通過建立不同煤種以及不同批次原煤入廠的化驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表格，對各密度級煤樣指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，便于對配煤方案進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。入廠部分原煤浮沉及化驗(yàn)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)見表1。

1.3 煤標(biāo)物分級對等，減小誤差

我國無煙煤和煙煤按照干燥基全硫St，d分級，共分為5個等級，分別為特低硫煤 (小于 0.50%)、低硫煤(0.50%～0.90%)、中硫煤(0.91%～1.50%)、中高硫煤(1.51%～3.00%)、高硫煤(大于3.00%)。

在實(shí)際生產(chǎn)中，煤標(biāo)物應(yīng)與所測煤樣全硫分級對等，才能減小測量誤差。如果所測煤樣全硫與煤標(biāo)物相差0.5個百分點(diǎn)以上，則會出現(xiàn)所測數(shù)值與實(shí)際數(shù)值存在較大偏差的情況。如分別使用全硫0.66、1.43煤標(biāo)物對定硫儀標(biāo)定，測量實(shí)際全硫在1.30%～1.50%左右的煤樣，得出所測煤樣全硫相差0.07%～0.1%。出現(xiàn)這種情況的主要原因是與定硫儀設(shè)備設(shè)置的斜率a、截距b值有關(guān)。以三德庫倫定硫儀為例，假設(shè)y=aix+bi，不同全硫含量的煤標(biāo)物對應(yīng)自己的a、b值。全硫含量差距越大，a、b值變化越大。此外還需用全硫相近的煤標(biāo)物進(jìn)行互標(biāo)，對系數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的修正。

濟(jì)南眾標(biāo)和泉東標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究所提供的煤標(biāo)物全硫從0.28%～4.03%，共計(jì)26種，選煤廠可以根據(jù)本廠生產(chǎn)全硫情況進(jìn)行選取。榮輝選煤廠選取的煤標(biāo)物見表2。

表2 國家級煤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值及不確定度

1.4 精煤產(chǎn)品混合均勻

(1)全硫指標(biāo)至少比客戶要求指標(biāo)低0.05～0.15個百分點(diǎn)。隨著定硫儀設(shè)備的不斷改進(jìn)，測量精密度有所提高，雖然差值可能較GB/T 214—2007《煤中全硫的測定方法》中規(guī)定的小，但仍存在誤差。從生產(chǎn)實(shí)際中總結(jié)，出廠全硫指標(biāo)應(yīng)在合同要求的數(shù)值上至少降低0.05～0.15個百分點(diǎn)，根據(jù)焦化廠反饋值再做調(diào)整。庫倫滴定法測定煤中全硫精密度見表3。

表3 庫倫滴定法測定煤中全硫精密度

(2)部分地區(qū)如長治市武鄉(xiāng)縣內(nèi)原煤破碎嚴(yán)重，煤泥含量很大，導(dǎo)致相應(yīng)的浮選精煤量較多，能占精煤總量的15%～30%。重介和浮選精煤產(chǎn)品全硫存在0.2個百分點(diǎn)左右的差值。需要將兩種精煤充分混合均勻，避免采樣不均勻?qū)е轮笜?biāo)反饋出現(xiàn)問題。當(dāng)然，也有些煤種的浮選精煤和重介精煤的全硫差距不大，甚至偏小，需要根據(jù)具體煤種判斷。

1.5 對標(biāo)第三方，以客戶反饋為準(zhǔn)

生產(chǎn)過程中，會出現(xiàn)化驗(yàn)室指標(biāo)與客戶反饋指標(biāo)不一致的問題，這不僅僅是因?yàn)槊簶?biāo)物不同，還與全硫測量過程中的不確定度、再現(xiàn)性臨界差以及化驗(yàn)室采制樣有關(guān)。因此應(yīng)及時從客戶獲取化驗(yàn)指標(biāo)，便于及時調(diào)整生產(chǎn)。若差值較大，應(yīng)與有資質(zhì)的第三方檢測單位進(jìn)行對標(biāo)。但是整體上要以客戶反饋指標(biāo)為準(zhǔn)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。精煤產(chǎn)品全硫?qū)?biāo)結(jié)果見表4。

表4 選煤廠瘦精煤產(chǎn)品全硫?qū)?biāo)統(tǒng)計(jì)

2 工藝性能黏結(jié)問題及解決

2.1 黏結(jié)指數(shù)下降原因分析

瘦煤屬于煙煤中變質(zhì)程度較高的一種，煤化程度的提高，賦予了瘦煤特有的結(jié)構(gòu)。瘦煤分子的基本結(jié)構(gòu)單元上的縮合芳香核(菲環(huán)、蒽環(huán)、苾環(huán)為主)逐漸增多，芳香核周圍連接的烷基側(cè)鏈變少變短，含氧官能團(tuán)逐漸消失變少。其結(jié)構(gòu)單元核環(huán)圖及低揮發(fā)分煙煤結(jié)構(gòu)單元模型如圖1、圖2所示。瘦煤抗碎強(qiáng)度較好，但是耐磨性能較差，膠質(zhì)層厚度Y值一般在6～10 mm左右。

煤的表面氧化主要與空氣、水、陽光有關(guān)，一般在煤的內(nèi)外表面形成表面碳氧絡(luò)合物，該種絡(luò)合物很不穩(wěn)定容易分解。雖然該種表面氧化比使用氧化劑(如：高錳酸鉀、雙氧水、重鉻酸鈉等)氧化程度低，但這種表面氧化卻使得瘦煤的黏結(jié)性能發(fā)生了較大變化，會出現(xiàn)黏結(jié)指數(shù)明顯下降甚至黏結(jié)性能消失的情況。

圖1 煤結(jié)構(gòu)單元核環(huán)

圖2 低揮發(fā)分煙煤結(jié)構(gòu)單元模型

2.2 掌握黏結(jié)性變化規(guī)律

周群等研究發(fā)現(xiàn)，瘦煤黏結(jié)性隨著儲存時間的延長逐漸降低。1 d平均降低值在0.32～1.18不等，而且初始黏結(jié)性越高，平均黏結(jié)性下降值越大。鄭海蘭等研究發(fā)現(xiàn)，弱黏結(jié)煤隨著儲存時間的延長，黏結(jié)性逐漸降低，同種煤下降先快后慢。且粒度越小降低速率越快，1 d平均降低值在0.37～2.14不等，研究粒度主要是小于0.2 mm和小于3 mm的自然露天瘦精煤。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，武鄉(xiāng)地區(qū)瘦煤黏結(jié)指數(shù)1 d平均降低值在0.47～1.65 不等，下降趨勢整體表現(xiàn)為先快后慢。在30 d左右黏結(jié)指數(shù)基本趨于穩(wěn)定數(shù)值。武鄉(xiāng)地區(qū)瘦煤黏結(jié)性下降比較明顯，除與瘦煤本身受氧化影響有關(guān)外，還與本地區(qū)粉末煤占比較大因素有關(guān)。需要特別指出的是，以上黏結(jié)性下降平均數(shù)值統(tǒng)計(jì)周期為30 d內(nèi)。30 d后黏結(jié)指數(shù)趨于某值，黏結(jié)性變化特別小，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)使用情況，無需再做研究。

生產(chǎn)過程中對不同瘦精煤進(jìn)行自然表面氧化，并進(jìn)行黏結(jié)指數(shù)追蹤。表4中1號精煤是按照福達(dá)瘦煤∶馬堡瘦煤∶新升=4∶2∶1的比例進(jìn)行配選；2號精煤是按照福達(dá)瘦煤∶新升=5∶1的比例進(jìn)行配選；3號、4號精煤是不同批次的東莊瘦煤進(jìn)行單獨(dú)分選。

研究先檢測氧化天數(shù)x不大于15 d的黏結(jié)指數(shù)y變化情況，其變化如圖3、圖4所示。對數(shù)據(jù)進(jìn)行線性函數(shù)擬合。從圖形走勢及線性函數(shù)擬合結(jié)果可以看出，隨著氧化天數(shù)的增加，黏結(jié)指數(shù)不斷下降，但是不同種瘦煤或者同種不同批次瘦煤的黏結(jié)指數(shù)的降低量不盡相同，最低為0.64/d，最高可達(dá)到1.65/d。表征擬合效果的R2值在0.955～0.999范圍內(nèi)，擬合效果較好。

圖3 1號、2號瘦精煤黏結(jié)指數(shù)隨存儲時間的變化趨勢

圖4 3號、4號瘦精煤黏結(jié)指數(shù)隨存儲時間的變化趨勢

對瘦精煤黏結(jié)指標(biāo)進(jìn)行繼續(xù)跟蹤監(jiān)測，受表面氧化天數(shù)x不大于30 d(或者60 d)，黏結(jié)指數(shù)y變化如圖5、圖6所示。并對數(shù)據(jù)進(jìn)行對數(shù)函數(shù)擬合。從圖形走勢及對數(shù)函數(shù)擬合結(jié)果可以看出，隨著氧化天數(shù)的增加，黏結(jié)指數(shù)下降速率先快后緩。R2值在0.95左右，擬合效果較好。

圖5 1#、2#瘦精煤黏結(jié)指數(shù)下降對數(shù)函數(shù)擬合

圖6 3#、4#瘦精煤黏結(jié)指數(shù)下降對數(shù)函數(shù)擬合

2.3 穩(wěn)定原煤采購，檢測入選原煤GR.I值

盡量采購煤礦新產(chǎn)出的原煤，避免進(jìn)廠原煤長時間堆放，以防止入選原煤黏結(jié)指數(shù)下降太多。對于不同批次原煤要分堆堆放，及時化驗(yàn)檢測，把握“原煤快進(jìn)，及時入選”的原則。

2.4 調(diào)整配比，原煤配煤要混合均勻

對于黏結(jié)指數(shù)已經(jīng)下降的原煤，要及時調(diào)整配煤比例，不能將入廠時的黏結(jié)指標(biāo)作為配煤依據(jù)。對配洗2種以上的原煤，要通過給煤機(jī)等方式將原煤配好后再分選，以保障產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，使得化驗(yàn)指標(biāo)受采樣影響降到最低。

2.5 精煤產(chǎn)品混合均勻，把握“指標(biāo)預(yù)留，產(chǎn)品快出”原則

(1)精煤產(chǎn)品混合均勻。最終精煤一般包括重介精煤、粗精煤泥、浮選精煤。浮選精煤黏結(jié)指數(shù)和其它2種精煤存在差距，差值最高可達(dá) 20，此時需保證各項(xiàng)精煤混合均勻，避免下游客戶因采樣不均而出現(xiàn)問題，導(dǎo)致化驗(yàn)指標(biāo)不合格而發(fā)生扣款。

(2)把握“指標(biāo)預(yù)留，精煤快出”原則。實(shí)際生產(chǎn)過程中，精煤并不是全部暴露在空氣、陽光下。煤堆內(nèi)部由于受到覆蓋保護(hù)，黏結(jié)指數(shù)下降速率比外側(cè)低。因此在實(shí)際生產(chǎn)過程中，落地精煤黏結(jié)指數(shù)需在合同要求的基礎(chǔ)上至少增加5～10，同時還得保證3 d內(nèi)精煤出廠。若無法保證及時出廠，可能需要更高的落地精煤黏結(jié)指數(shù)，才能保證客戶反饋指標(biāo)合格。

3 結(jié) 語

通過原因分析，選煤廠主要從掌握入廠原煤指標(biāo)波動、優(yōu)化原煤配煤及精煤混合、完善化驗(yàn)操作、摸清瘦煤受外界環(huán)境因素影響?zhàn)そY(jié)指數(shù)變化規(guī)律、預(yù)留指標(biāo)以及第三方對標(biāo)六大方面著手，解決了選煤廠生產(chǎn)瘦煤時的技術(shù)指標(biāo)問題。保障了精煤出廠指標(biāo)及焦化廠入廠指標(biāo)的“雙合格”，避免了因精煤質(zhì)量指標(biāo)不達(dá)標(biāo)而帶來的經(jīng)濟(jì)損失，從而保證了供需雙方的經(jīng)濟(jì)利益。