南河煤業(yè)選煤廠選煤方法的選擇

王 鵬

（長治職業(yè)技術(shù)學(xué)院采選煤工程系，山西 長治 046000）

0 引言

南河煤業(yè)選煤廠屬于典型的礦井型配套選煤廠，隸屬于山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)下屬的南河煤業(yè)有限公司。南河煤業(yè)有限公司煤礦位于山西省高平市三甲鎮(zhèn)，行政區(qū)劃隸屬于三甲鎮(zhèn)管轄。選煤廠廠址位于南河煤業(yè)有限公司礦井現(xiàn)有工業(yè)場地內(nèi)。南河煤業(yè)有限公司選煤廠入洗的煤種主要為無煙煤，是良好的民用及動(dòng)力用煤。用于火力發(fā)電，各種工業(yè)鍋爐，也可在建材工業(yè)、化學(xué)工業(yè)中做焙燒材料。

1 原煤煤質(zhì)分析

南河煤業(yè)有限公司煤礦井田內(nèi)穩(wěn)定可采煤層為3 號(hào)和15 號(hào)煤層。

3 號(hào)煤為低灰-中灰、特低硫、高熱值無煙煤三號(hào)（WY3），可作為合成氨用煤、動(dòng)力用煤和民用煤；15號(hào)煤為中灰、中高硫、中熱值—高熱值之無煙煤，可作為動(dòng)力用煤和民用煤。

依據(jù)原高平市建寧西山煤礦、高平任家莊煤業(yè)有限公司、山西高平魚仙山煤業(yè)有限公司等原生產(chǎn)礦井定期監(jiān)督檢驗(yàn)報(bào)告（測試單位為高平市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督測試所，2007-2008 年），3 號(hào)煤層主要煤質(zhì)特征如下：

水分（Mad）質(zhì)量分?jǐn)?shù)：原煤1.44%～2.37%，平均1.90%；浮煤1.23%～2.19%，平均1.79%；

灰分（Ad）質(zhì)量分?jǐn)?shù)：原煤12.65%～18.32%，平均16.11%；浮煤9.82%～14.62%，平均12.22%；

揮發(fā)分（Vdaf）質(zhì)量分?jǐn)?shù)：原煤9.39%～12.59%，平均10.96%；浮煤8.89%～10.59%，平均9.74%；

全硫（St，d）質(zhì)量分?jǐn)?shù)：原煤0.28%～0.46%，平均0.34%；浮煤0.32%～0.51%，平均0.41%；

發(fā)熱量（Qgr，d）：原煤27.52～30.41 MJ/kg，平 均28.91 MJ/kg；浮煤28.86～32.18 MJ/kg，平均30.54 MJ/kg。

焦渣特征（CRC）：2

固定碳（Fc）質(zhì)量分?jǐn)?shù)：原煤71.78%～77.96%，平均74.28%；浮煤73.65%～80.14%，平均76.65%。

根據(jù)中國煤炭分類國家標(biāo)準(zhǔn)（GB5751—86），結(jié)合區(qū)域資料，本區(qū)3 號(hào)煤為中灰、特低硫、高熱值—特高熱值的無煙煤、貧煤。

15 號(hào)煤層主要煤質(zhì)特征如下：

1）水分（Mad）質(zhì)量分?jǐn)?shù)：原煤為0.60%～1.49%，平均0.96%；浮煤為0.24%～1.01%，平均0.56%

2）灰分（Ad）質(zhì)量分?jǐn)?shù)：原煤為11.75%～25.39%，平均17.37%；浮煤為4.07%～9.56%，平均7.07%。

3）揮發(fā)分（Vdaf）質(zhì)量分?jǐn)?shù)：原煤為10.18%～14.06%，平均12.00%；浮煤為9.24%～11.47%，平均9.94%。

4）固定碳（FCd）質(zhì)量分?jǐn)?shù)：原煤為64.12%～79.30%，平均72.79%；浮煤為79.65%～86.52%，平均83.23%。

5）全硫（St，d）質(zhì)量分?jǐn)?shù)：原煤含量為1.99%～3.82%，平均2.34%；浮煤含量為2.13%～4.27%，平均2.50%；

6）碳（Cdaf）質(zhì)量分?jǐn)?shù)：原煤84.38%～88.23%，平均86.89%；浮煤87.64%～88.49%，平均87.94%。

7）氫（Hdaf）質(zhì)量分?jǐn)?shù)：原煤3.45%～3.90%，平均3.63%；浮煤3.56%～4.21%，平均3.71%。

8）氧（Odaf）質(zhì)量分?jǐn)?shù)：原煤7.51%～10.59%，平均8.46%；浮煤6.33%～7.93%，平均7.41%。

9）氮（Ndaf）質(zhì)量分?jǐn)?shù)：原煤0.93%～1.13%，平均1.00%；浮煤0.68%～1.11%，平均0.95%。

根據(jù)中國煤炭分類國家標(biāo)準(zhǔn)（GB5751—86），本區(qū)15 號(hào)煤為低灰-中灰、中高硫-高硫、高熱值-特高熱值的貧煤、無煙煤。

綜合來看：3 號(hào)煤為低灰-中灰、特低硫、高熱值無煙煤三號(hào)（WY3），可作為合成氨用煤、動(dòng)力用煤和民用煤；15 號(hào)煤為中灰、中高硫、中熱值—高熱值之無煙煤，可作為動(dòng)力用煤和民用煤。選煤廠100～3 mm粒級(jí)原煤可選性曲線圖如圖1 所示。

圖1 選煤廠100～3 mm 粒級(jí)原煤可選性曲線圖

洗煤廠主要產(chǎn)品為精煤、塊煤、煤泥等，精煤產(chǎn)品作為動(dòng)力煤銷售，主要供附近電廠使用；塊煤可作為民用及化工原料；煤泥可以供低熱值電廠使用或民用。

通過以下兩個(gè)產(chǎn)品方案（表1 所示）進(jìn)行分析、比選，從而確定設(shè)計(jì)推薦的產(chǎn)品方案。

表1 產(chǎn)品方案比較表

為使洗煤廠達(dá)到最大經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)生產(chǎn)精煤按發(fā)熱量需求進(jìn)行多方案比較。從表中可以看出，當(dāng)生產(chǎn)精煤發(fā)熱量在5 500 kcal 時(shí)，綜合銷售額最大，洗煤廠最終確定生產(chǎn)發(fā)熱量為5 500 kcal 的精煤產(chǎn)品，中煤和煤泥作為低熱值產(chǎn)品直接銷售。

綜上所述，結(jié)合用戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求，確定本選煤廠的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為：

1）100～40 mm 洗大塊，灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤15%，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤8.0%，主要是氣化用煤。

2）40～25 mm 洗中塊，灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤15%，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤8.0%，主要是氣化用煤。

3）25～13 mm 洗小塊，灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤15%，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤8.0%，主要是氣化用煤。

4）13～0 mm 末精煤，灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤22.5%，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤9.5%，Qnet，ar≥5 500 kcal/kg?？勺鲀?yōu)質(zhì)動(dòng)力用煤，也可作為化工行業(yè)用煤。

5）中煤灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤45%，煤泥灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤35%，Qnet，ar≥2 000 kcal/kg。主要是低熱值電廠使用或民用。

2 選煤方法的選擇

選煤廠入洗原煤主要為山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)南河煤業(yè)有限公司礦井生產(chǎn)的無煙煤，隨著下組煤即15號(hào)煤層的大量開采，原煤灰分及硫分均較高，不入洗無法滿足發(fā)熱量要求。本著有效利用資源、提高經(jīng)濟(jì)效益的方針，原煤應(yīng)該全部入洗。原煤在篩分系統(tǒng)破碎至100 mm 以下，進(jìn)入主廠房分選。分以下四個(gè)方面統(tǒng)籌考慮：

2.1 原煤（100～0 mm）的分選

對(duì)于原煤（100～0 mm），選煤方法雖然種類眾多，但目前來看，有效的分選方法為跳汰和重介兩種，也是最常用的。跳汰分選的原理是在上下交變的脈動(dòng)水流中，由于矸石的密度大于煤，故煤和矸石沉降速度不同，從而實(shí)現(xiàn)煤與矸石的分離[1]。該分選工藝具有運(yùn)行成本低、工藝流程及維護(hù)管理簡便、生產(chǎn)能力大等優(yōu)點(diǎn)，且特別適用于分選易選煤，數(shù)量效率可高達(dá)90%以上。21 世紀(jì)10 年代之后，改進(jìn)后的新型跳汰機(jī)不斷出現(xiàn)，隨著設(shè)備性能的改善，跳汰分選的效率已有了很大提高，在原先其弱項(xiàng)，中等可選煤的處理方面也能達(dá)到較好的分選效果和較高的工藝指標(biāo)。

重介分選的原理可以概括為“阿基米德原理”，實(shí)質(zhì)還是利用了矸石密度大于煤這一性質(zhì)，使煤與矸石在重介質(zhì)中出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)差異而實(shí)現(xiàn)分離[2]。從當(dāng)前情況來看，選煤廠常用的重介液是由磁鐵礦粉與水按一定比例配制而成，且要求磁鐵礦粉的粒度極小，一般為-200 目。重介分選工藝相較跳汰分選工藝系統(tǒng)要復(fù)雜，投資和運(yùn)行成本要高，這主要是因?yàn)槎嗔私橘|(zhì)回收系統(tǒng)。雖然目前磁選機(jī)的效率已高達(dá)99.8%以上，但不可避免磁鐵礦粉消耗還是比較大。且由于重介液在分選時(shí)高速流動(dòng)，對(duì)閥門、設(shè)備、管道等的磨損也更為明顯。雖然有以上缺點(diǎn)，但重介分選有其突出優(yōu)勢：適應(yīng)性強(qiáng)、工藝精度高，分選難選煤的分選效果和數(shù)量效率要顯著高于跳汰工藝。重介旋流器有效分選下限也比跳汰低。

南河選煤廠洗選出來的洗塊煤主要是氣化用煤，對(duì)灰分要求并不高，洗末煤又由于硫分高，可磨性差的原因出不了煉焦煤，灰分也可以略高些作為電煤銷售。當(dāng)分選密度大于1.8 kg/L 時(shí)，±0.1 質(zhì)量占比約為7.0%，為易選煤，跳汰分選完全可以勝任。

所以本次設(shè)計(jì)推薦采用跳汰機(jī)分選的選煤方法。

2.2 選前脫粉與不脫粉工藝比較

所謂選前脫粉和不脫粉工藝，二者的區(qū)別主要在于不脫粉是指原煤全部進(jìn)入分選系統(tǒng)，而脫粉是指原煤在進(jìn)入跳汰機(jī)、重介質(zhì)旋流器等分選設(shè)備前脫除其中粒度較細(xì)的煤泥。選前脫粉工藝近年在選煤廠較多使用，主要原因在于其可以減少細(xì)煤泥對(duì)煤泥水系統(tǒng)的影響。

跳汰機(jī)對(duì)洗選3 mm 以下粉煤的分選精度明顯變差，精煤透篩損失大，精煤產(chǎn)率大幅下降。通過本礦煤質(zhì)資料可知，3～0 mm 粉煤灰分低于原煤總灰分，發(fā)熱量接近5 000 kcal，不洗選直接摻入混煤亦可滿足最終混煤產(chǎn)品發(fā)熱量要求[3]。因此，采用選前3 毫米脫粉工藝，可降低洗選成本和煤泥水系統(tǒng)規(guī)模，大大提高跳汰分選設(shè)備效率。

綜上所述，本次設(shè)計(jì)推薦采用跳汰分選機(jī)分選100～3 mm 的選煤方法。

2.3 回收粗煤泥

回收粗煤泥對(duì)于選煤廠來說有著重要意義。從目前情況來看，各選煤廠對(duì)于粗煤泥，尤其是動(dòng)力煤粗煤泥的回收常采用以下三種流程：

1）濃縮旋流器+弧形篩+煤泥離心機(jī)；

2）耙式濃縮機(jī)或濃縮旋流器+壓濾機(jī)；

3）濃縮旋流器+高頻篩。

對(duì)上述三種流程進(jìn)行分析：

第一種：該工藝較為復(fù)雜，且設(shè)備檢修工作量大，優(yōu)點(diǎn)是得到的粗煤泥產(chǎn)品其水分較低。之所以要采用弧形篩進(jìn)一步降低水量，主要是因?yàn)槊耗嚯x心機(jī)對(duì)入料濃度一般要求＞35%。

第二種：該工藝較為中庸，相對(duì)應(yīng)用較少，壓濾機(jī)使用過程中故障率較高。

第三種：工藝相對(duì)簡單，但缺點(diǎn)是得到的粗煤泥產(chǎn)品，其水分要高些。

由于該廠回收粗煤泥的目的是準(zhǔn)備摻入洗混煤，作為動(dòng)力煤產(chǎn)品銷售。而洗精煤經(jīng)過離心脫水后水分可以達(dá)到8%，粗煤泥水分即使高些，摻混后的混煤水分也在10%以下，可以滿足用戶要求。故經(jīng)過分析，認(rèn)為該廠采用第三種流程回收粗煤泥較為合理。

2.4 回收細(xì)煤泥

相較回收粗煤泥，細(xì)煤泥的回收工藝較為傳統(tǒng)。當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的回收細(xì)煤泥工藝有兩種：

1）壓濾機(jī)回收工藝；

2）沉降離心脫水機(jī)回收工藝。

壓濾機(jī)是選煤廠常用的細(xì)煤泥脫水設(shè)備。該設(shè)備工作是非連續(xù)性的，其對(duì)煤泥進(jìn)行脫水作業(yè)的原理是壓榨[4]。其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備故障率低，操作簡單，體積較小，節(jié)省投資，缺點(diǎn)是產(chǎn)品水分稍高。

沉降過濾式離心脫水機(jī)的原理是利用固液所受離心力不同來實(shí)現(xiàn)固液分離而實(shí)現(xiàn)細(xì)煤泥的脫水回收，其卸料采用螺旋刮刀。其優(yōu)點(diǎn)是占地面積小，原因在于無輔助設(shè)備，工藝簡單。缺點(diǎn)是受粒度影響使產(chǎn)品水分波動(dòng)較大，濾液濃度較高。故在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中，為保證細(xì)粒煤泥的回收效果，一般其與壓濾機(jī)聯(lián)合使用。

經(jīng)過分析，認(rèn)為該廠采用壓濾機(jī)回收細(xì)煤泥較為合理，煤泥回收后不得混儲(chǔ)，應(yīng)單獨(dú)存儲(chǔ)。

綜合以上各項(xiàng)比較，本次設(shè)計(jì)最終確定的選煤方法為：原煤采用3 mm 脫粉，100～3 mm 粒級(jí)原煤采用跳汰機(jī)分選，粗、細(xì)煤泥直接回收的洗選工藝。

3 結(jié)語

綜合考慮煤質(zhì)特征、用戶對(duì)產(chǎn)品的需求等因素，認(rèn)為該廠采用原煤3 mm 脫粉，100～3mm 粒級(jí)原煤由跳汰機(jī)分選，粗、細(xì)煤泥直接回收的選煤工藝較為合理。工藝流程簡述：入廠原煤經(jīng)篩分、破碎后，進(jìn)入主選設(shè)備——兩段式三產(chǎn)品跳汰機(jī)進(jìn)行分選，出精煤、中煤和矸石三種產(chǎn)品。精煤經(jīng)脫水篩預(yù)脫水、離心機(jī)再次脫水后，作為最終的洗精煤產(chǎn)品。中煤和矸石經(jīng)斗式提升機(jī)提升并脫水后即可作為最終中煤、矸石產(chǎn)品。煤泥水經(jīng)旋流器分級(jí)濃縮，高頻篩回收粗煤泥，摻入洗混煤產(chǎn)品。分級(jí)旋流器的溢流進(jìn)入濃縮車間經(jīng)濃縮、壓濾脫水后的煤泥晾干后作為產(chǎn)品。