等邊界灰分分選在代池壩選煤廠配煤入選方案中的應(yīng)用

陳宗和，周愛(ài)榮，王 剛，劉登科

(四川川煤華榮能源有限責(zé)任公司 代池壩選煤廠，四川 廣元 628021)

隨著我國(guó)礦井的持續(xù)開(kāi)采，部分選煤廠洗選的原煤與設(shè)計(jì)時(shí)采用的煤質(zhì)資料有了較大的變化，有的是因?yàn)樵O(shè)計(jì)煤層開(kāi)采殆盡，轉(zhuǎn)為開(kāi)采其他煤層，有的是整個(gè)礦井枯竭轉(zhuǎn)而采購(gòu)周邊礦井的原煤，從而使得選煤廠來(lái)煤趨于多樣化[1]，對(duì)選煤廠正常生產(chǎn)造成了不同程度的沖擊。上述情況日趨普遍，現(xiàn)已成為很多選煤廠面臨的問(wèn)題。

中心型選煤廠由于洗選周邊多礦井原煤，不同礦井原煤煤質(zhì)差異可能較大，各選煤廠采取的生產(chǎn)組織方案不盡相同，主要的洗選方式有兩種，即輪流單獨(dú)洗選方式和混合洗選方式，二者的區(qū)別在于是選前配洗還是選后配煤[2]。至于采用哪種方式比較合理，需要根據(jù)各原煤的煤質(zhì)資料進(jìn)行分析確定。要實(shí)現(xiàn)煤炭資源回收最大化，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)煤質(zhì)資料及生產(chǎn)工藝，利用等邊界灰分(λ)分選理論，及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)方式。

輪流單獨(dú)洗選方式有兩種，一種為各原煤選取的分選密度能使各自選后精煤截取的邊界灰分(λ)相同或相近，一種為各原煤分選后精煤產(chǎn)品灰分相同或相近。

前一種方式須使各原煤選后的精煤按預(yù)定比例加權(quán)平均的灰分達(dá)到要求的精煤產(chǎn)品灰分值，這時(shí)綜合精煤產(chǎn)率才最大，但在實(shí)際生產(chǎn)中要使選后精煤邊界灰分相同十分困難，且存在后期摻配困難的問(wèn)題，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)管理水平要求很高，不適合大部分選煤廠實(shí)際情況，因此不考慮等邊界灰分相同的輪流單獨(dú)洗選方式，只比較等精煤產(chǎn)品灰分的輪流單獨(dú)洗選方式。

原煤洗選不僅需要考慮煤炭資源回收最大化，而且洗選后產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)也需滿足市場(chǎng)需求。對(duì)于煉焦煤及噴吹煤來(lái)說(shuō)，在多煤種入選時(shí)需要考慮原煤各項(xiàng)指標(biāo)，包括灰分、硫分、發(fā)熱量、揮發(fā)分、膠質(zhì)層厚度和黏結(jié)指數(shù)等[3]，必須通過(guò)計(jì)算才能確定合適的入選比例[4]。

隨著我國(guó)西南地區(qū)煤炭資源日趨減少[5]，選煤生產(chǎn)也需采用精益化管理方式，通過(guò)計(jì)算選擇一種最優(yōu)方式，既能實(shí)現(xiàn)煤炭資源利用最大化，也能增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。為了滿足煤炭市場(chǎng)需要，保證各產(chǎn)品質(zhì)量，發(fā)揮中心選煤廠的效能與作用，將不同礦井、不同煤質(zhì)的原煤配合入選成為選煤廠生存和發(fā)展的必然之路，以適應(yīng)當(dāng)前煤炭市場(chǎng)形勢(shì)，合理利用煤炭資源。

1 選煤廠概況

1.1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

代池壩選煤廠為中心型選煤廠，主要入選石洞溝煤礦、趙家壩煤礦、代池壩煤礦的原煤，主要加工噴吹精煤、電煤以及其他附屬產(chǎn)品。選煤工藝為200～50 mm原煤采用淺槽重介分選機(jī)排矸，50～0.3 mm原煤采用雙給介無(wú)壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選，0.3～0 mm采用浮選工藝，尾煤濃縮壓濾，全廠洗水實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)。該廠設(shè)計(jì)能力為1.50 Mt/a，由于近年各礦井產(chǎn)量下降，年實(shí)際總?cè)脒x量約為130萬(wàn)t。長(zhǎng)年的礦井開(kāi)采致使井下煤炭?jī)?chǔ)量越來(lái)越少、煤質(zhì)越來(lái)越差，加上采用綜采綜掘技術(shù)，現(xiàn)階段所采毛煤均為高灰毛煤。不同礦井原煤煤質(zhì)差異較大，石洞溝煤礦原煤灰分在50%左右，代池壩煤礦和趙家壩煤礦原煤灰分均達(dá)60%左右。

1.2 存在問(wèn)題

代池壩選煤廠由于需要洗選三個(gè)礦井的原煤，因原煤分區(qū)存放，加上原煤場(chǎng)地有限，每個(gè)礦井原煤在原煤場(chǎng)緩沖時(shí)間較短。

由于各礦原煤不同密度級(jí)產(chǎn)率相差較大，要求精煤灰分相同時(shí)，各原煤分選密度差別也較大，更換原煤洗選時(shí)需要進(jìn)行較大的調(diào)整，工作強(qiáng)度大，同時(shí)存在分選密度不穩(wěn)定的情況，因此需要考慮選前配煤入選，既能滿足各礦井原煤及時(shí)入選，也能穩(wěn)定生產(chǎn)情況。為此對(duì)配煤入選進(jìn)行技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析。

2 各礦原煤煤質(zhì)分析

根據(jù)多年來(lái)對(duì)各礦原煤煤質(zhì)的全面分析，各礦原煤雖然分選后精煤產(chǎn)率有所不同，但其他指標(biāo)很接近，如灰分、硫分、發(fā)熱量、可磨性、反應(yīng)性、燃燒性、爆炸性、煤灰熔融性等，均符合加工噴吹精煤要求[6]。因此在進(jìn)行配煤入選分析時(shí)只考慮精煤灰分與產(chǎn)率。

根據(jù)用戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的不同要求，目標(biāo)灰分有12%和13.5%，綜合考慮各礦井原煤產(chǎn)量、產(chǎn)品質(zhì)量要求以及洗選效果，結(jié)合多年來(lái)的生產(chǎn)實(shí)踐，根據(jù)不同產(chǎn)品質(zhì)量，確定了三個(gè)煤礦原煤入選配比：當(dāng)精煤灰分為12%時(shí)，石洞溝煤礦∶趙家壩煤礦∶代池壩煤礦=20∶40∶40；當(dāng)精煤灰分為13.5%時(shí)，石洞溝煤礦∶趙家壩煤礦∶代池壩煤礦=50∶25∶25。

下面以生產(chǎn)灰分為12%進(jìn)行分析。為更為貼合實(shí)際生產(chǎn)情況，需考慮分選精度及波動(dòng)等因素[7]，精煤產(chǎn)品灰分按11.95%進(jìn)行計(jì)算。

石洞溝煤礦、趙家壩煤礦、代池壩煤礦及混合原煤50～0.5 mm粒級(jí)浮沉試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1可知，各煤礦原煤同一密度級(jí)的基元灰分比較接近，其中1.4～1.5 g/cm3密度級(jí)的灰分差值在1.18～2.29個(gè)百分點(diǎn)之間，相差較小，說(shuō)明三個(gè)礦井原煤從原煤性質(zhì)上滿足混合洗選的要求[8]。

根據(jù)表1各煤礦原煤浮沉試驗(yàn)結(jié)果得到各煤礦浮沉試驗(yàn)綜合表，分別見(jiàn)表2—表5，并繪制可選性曲線，如圖1—圖4所示。

表5 混合原煤浮沉試驗(yàn)綜合表Table 5 Composite float-and-sink analysis data of the mixed raw coal %

從表1和圖1中可以查出，對(duì)于石洞溝原煤，當(dāng)精煤灰分為11.95%時(shí)，分選密度為1.51 g/cm3，分選密度±0.1含量為21%，扣除沉矸(密度級(jí)>2.00 g/cm3)后為41.60%，為極難選煤。

圖1 石洞溝煤礦50～0.5 mm粒級(jí)原煤可選性曲線Fig.1 Washability curve of the 50～0.5 mm Shidonggou raw coal

表1 50～0.5 mm粒級(jí)原煤浮沉試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Float-and-sink analysis data of the 50～0.5 mm raw coal %

從表2和圖2中可以查出，對(duì)于趙家壩原煤，當(dāng)精煤灰分為11.95%時(shí)，分選密度為1.63 g/cm3，分選密度±0.1含量為9.7%，扣除沉矸(密度級(jí)>2.00 g/cm3)后為27.42%，為較難選煤。

表2 石洞溝煤礦原煤浮沉試驗(yàn)綜合表Table 2 Composite float-and-sink analysis data of the raw coal from Shidonggou Mine %

圖2 趙家壩煤礦50～0.5 mm粒級(jí)原煤可選性曲線Fig.2 Washability curve of the 50～0.5 mm Zhaojiaba raw coal

從表3和圖3中可以查出，對(duì)于代池壩原煤，當(dāng)精煤灰分為11.95%時(shí)，分選密度為1.47 g/cm3，分選密度±0.1含量為15.5%，扣除沉矸(>2.00 g/cm3密度級(jí))后為38.35%，可選性等級(jí)為難選。

表3 趙家壩煤礦原煤浮沉試驗(yàn)綜合表Table 3 Composite float-and-sink analysis data of the raw coal from Zhaojiaba Mine %

圖3 代池壩煤礦50～0.5 mm粒級(jí)原煤可選性曲線Fig.3 Washability curve of the 50～0.5 mm Daichiba raw coal

從表4和圖4中可以查出，對(duì)于按比例混合后的原煤，當(dāng)精煤灰分為11.95%時(shí)，分選密度為1.52 g/cm3，分選密度±0.1含量為14.5%，扣除沉矸(>2.00 g/cm3密度級(jí))后為35.88%，可選性等級(jí)為難選。

表4 代池壩煤礦原煤浮沉試驗(yàn)綜合表Table 4 Composite float-and-sink analysis data of the raw coal from Daichiba Mine %

圖4 混合原煤可選性曲線Fig.4 Washability curve of the mixed raw coal

3 入選方案的比選

現(xiàn)階段多原煤洗選方式有兩種：輪流單獨(dú)洗選即各原煤分別儲(chǔ)存后單獨(dú)洗選，選后產(chǎn)品進(jìn)行配煤成為合格產(chǎn)品；混合洗選即選前將兩種或多種原煤按比例進(jìn)行配煤后進(jìn)行洗選，直接洗選出合格產(chǎn)品[9]。在滿足條件的情況下應(yīng)優(yōu)先考慮混合洗選方案，因?yàn)檩喠鲉为?dú)洗選存在生產(chǎn)管理復(fù)雜，生產(chǎn)波動(dòng)大[10]，選后產(chǎn)品質(zhì)量較難控制等問(wèn)題。

三個(gè)礦井均屬于廣元市旺蒼縣煤炭礦區(qū)，煤種相同。各礦原煤浮沉試驗(yàn)資料(表1)表明，三個(gè)礦井原煤從原煤性質(zhì)上滿足混合洗選的要求，同時(shí)由于代池壩選煤廠有5個(gè)原煤受煤坑，從生產(chǎn)設(shè)施上也滿足混合洗選的條件。

3.1 各礦原煤輪流單獨(dú)洗選

三種原煤輪流單獨(dú)洗選方案的分選結(jié)果見(jiàn)表6。由表6可知：三個(gè)礦井原煤按照要求的精煤灰分(為11.95%)進(jìn)行洗選，即等灰分分選，由于分選密度不同，精煤截取的邊界灰分也不同，不符合等邊界灰分原則，即等“λ”原則，會(huì)造成一定精煤損失[11]。

表6 三種原煤輪流單獨(dú)洗選方案的分選結(jié)果Table 6 Result of separate washing of the raw coal from 3 different mines in ratotion %

3.2 各礦原煤混合洗選

三種原煤混合洗選方案的分選結(jié)果見(jiàn)表7。由表7可知：三個(gè)礦井原煤按照要求的精煤灰分(為11.95%)進(jìn)行混合洗選，由于各礦原煤分選密度相同，在基元灰分基本一致的情況下，精煤截取的邊界灰分也基本相同，符合等“λ”原則[12]，精煤產(chǎn)率相對(duì)較高。

表7 三種原煤混合洗選方案的分選結(jié)果Table 7 Results obtained by applying the scheme for washing the raw coal from 3 mines in a mixed manner %

4 效果分析

相比單獨(dú)入選，混合洗選的精煤產(chǎn)率高0.92個(gè)百分點(diǎn)。當(dāng)精煤灰分為13.5%時(shí)，重復(fù)上述計(jì)算并查詢(xún)可選性曲線可知，混合洗選精煤產(chǎn)率比輪流單獨(dú)洗選高0.75個(gè)百分點(diǎn)。

選煤廠近年實(shí)際年入選量約為130萬(wàn)t，根據(jù)市場(chǎng)對(duì)不同灰分精煤的需求量，當(dāng)要求精煤灰分為12%時(shí)，年入選原煤約75萬(wàn)t，精煤價(jià)格按1 500元/t，中煤價(jià)格按照500元/t計(jì)，則全年洗選灰分為12%的精煤經(jīng)濟(jì)效益增加額為690萬(wàn)元。

當(dāng)要求精煤灰分≤13.5%時(shí)，年入選原煤約55萬(wàn)t，精煤價(jià)格按1 400元/t，中煤價(jià)格按500元/t計(jì)，則全年洗選灰分為13.5%的精煤經(jīng)濟(jì)效益增加額為371.25萬(wàn)元。

因此，混合洗選后，全年經(jīng)濟(jì)效益增加額為1 061.25萬(wàn)元。

混合洗選后還改善入選原煤的可選性，從可選性曲線可以看出，石洞溝原煤在洗選精煤灰分低于11.95%時(shí)為極難選煤，而混合原煤可選性等級(jí)為難選，這是由于混合后分選密度右移，一定程度遠(yuǎn)離物料集中的密度級(jí)，使得分選密度±0.1含量降低，在分選精度一定的情況下減少了錯(cuò)配物含量[13]，提高了精煤產(chǎn)率。

混合洗選還降低了選煤現(xiàn)場(chǎng)的操作難度，重介系統(tǒng)只需要保持一個(gè)穩(wěn)定的分選密度即可，不需要進(jìn)行密度轉(zhuǎn)換，減小了生產(chǎn)波動(dòng)[14]，穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

采用混合洗選方案使代池壩選煤廠技術(shù)管理水平得到了提高，實(shí)現(xiàn)了中心選煤廠高效生產(chǎn)，為選煤廠打造產(chǎn)品品牌提供了可靠、科學(xué)的保證；另一方面也避免了對(duì)各礦井的正常生產(chǎn)的影響，為企業(yè)帶來(lái)很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。對(duì)于硫分不同的原煤，配煤后生產(chǎn)的產(chǎn)品硫分可以達(dá)到銷(xiāo)售需要，將銷(xiāo)售受限的高硫煤通過(guò)配煤實(shí)現(xiàn)了硫分的有效降低，有助于產(chǎn)品取得較好的銷(xiāo)售成績(jī)。