母長(zhǎng)春

(大地工程開發(fā)(集團(tuán))有限公司，天津300381)

煤泥是煤炭在開采、洗選過(guò)程中產(chǎn)生的一種副產(chǎn)品[1-2]。在煤炭洗選過(guò)程中，由于原煤質(zhì)量不同，煤泥產(chǎn)量也存在著差異，一般煤泥約占入選原煤量的10%～20%[3]。少數(shù)煤質(zhì)較好或僅塊煤入選的選煤廠，由于細(xì)泥產(chǎn)量較小，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響不大；但大部分全入選的選煤廠由于細(xì)泥產(chǎn)量大、灰分高、水分高、發(fā)熱量低，脫水后的煤餅粘度大且排料不連續(xù)，會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生很大影響，如果煤泥摻配不均勻，會(huì)造成商品煤質(zhì)量波動(dòng)較大，在極端情況下還會(huì)造成車皮粘結(jié)而難于卸車(尤其是在冬季，會(huì)造成車皮凍結(jié)無(wú)法卸車)，運(yùn)輸溜槽和煤倉(cāng)堵塞，甚至造成系統(tǒng)停產(chǎn)等[4]。煤泥大量堆積不但占用有限的土地資源[5-6]，而且存在遇水流失、風(fēng)干飛揚(yáng)的問(wèn)題，對(duì)周邊環(huán)境污染嚴(yán)重[7-8]?？梢?，煤泥不僅影響選煤廠生產(chǎn)的正常進(jìn)行，也制約著礦區(qū)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，煤泥減量化生產(chǎn)是從根本上解決煤泥合理利用問(wèn)題的關(guān)鍵。

近年來(lái)，隨著神東礦區(qū)煤炭的大規(guī)模開采，薄-中厚煤層的開采已納入生產(chǎn)計(jì)劃；此外，由于大采高采煤設(shè)備在煤礦開采中的逐步應(yīng)用，在開采過(guò)程中出現(xiàn)了“割頂/割底”或“漏頂”現(xiàn)象，也導(dǎo)致原煤中混入的矸石不斷增加，原煤灰分升高。為了穩(wěn)定商品煤質(zhì)量，全面提高優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤產(chǎn)量，神東礦區(qū)現(xiàn)有一些選煤廠均在原來(lái)主要洗選塊煤的基礎(chǔ)上，增加了末原煤洗選系統(tǒng)，以降低原煤入選下限，穩(wěn)定并提高產(chǎn)品質(zhì)量[9]。

1 概述

色連二礦選煤廠是色連二號(hào)礦井的配套選煤廠，位于鄂爾多斯市神東礦區(qū)北部的高頭窯礦區(qū)，建設(shè)規(guī)模與礦井相同，為10.0 Mt/a，入選原煤具有高灰分(20%～40%)、高水分(24%～28%)、高泥化程度(壓濾煤泥灰分≥60%)、發(fā)熱量低(15.12～15.96 MJ/kg)等特點(diǎn)，產(chǎn)品定位為優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤(發(fā)熱量在20.16 MJ/kg以上)和普通動(dòng)力煤(發(fā)熱量為17.64～18.90 MJ/kg)。根據(jù)其煤質(zhì)特點(diǎn)與產(chǎn)品定位，入選下限的確定對(duì)該廠工藝設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

2 入選下限的確定

2.1 產(chǎn)品發(fā)熱量測(cè)算

色連二號(hào)礦井位于高頭窯礦區(qū)的中部區(qū)域，北部為高頭窯礦，西部與城梁礦接壤，東部為色連一礦。高頭窯礦井為生產(chǎn)礦井，可采煤層、煤種、開采方式、賦存條件等均與色連二號(hào)礦井基本相同，因此選用高頭窯礦井原煤篩分、浮沉資料作為色連二礦選煤廠設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)資料，并結(jié)合周邊選煤廠的調(diào)研結(jié)果對(duì)其進(jìn)行校正。

原煤篩分、浮沉試驗(yàn)結(jié)果見表1和表2。

表1 校正后的原煤粒度組成

表2 校正后的原煤各粒級(jí)浮沉組成Table 2 Float-and-sink data of different density fractions of raw coal after correction %

通過(guò)調(diào)研周邊選煤廠原煤、塊精煤、混煤產(chǎn)品發(fā)熱量化驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)色連二礦選煤廠各產(chǎn)品的灰分(Ad)和水分(Mt)，可推導(dǎo)出各產(chǎn)品的發(fā)熱量計(jì)算公式，分別為：

原煤發(fā)熱量Qnet,ar=28.55-0.26Ad-0.25Mt；塊精煤發(fā)熱量Q′net,ar=27.13-0.17Ad-0.25Mt；混煤發(fā)熱量Q＂net,ar=27.49-0.25Ad-0.22Mt。

對(duì)原煤洗選前后(原煤全部入選、煤泥摻回產(chǎn)品)各粒級(jí)的產(chǎn)率和發(fā)熱量的變化進(jìn)行了測(cè)算，得到各粒級(jí)原煤洗選前后的發(fā)熱量數(shù)據(jù)對(duì)比，見表3。

從表3數(shù)據(jù)可以看出：原煤經(jīng)洗選后，各粒級(jí)灰分均降低，但是水分升高；隨著粒度減小，發(fā)熱量提高幅度減小。對(duì)于入水的煤泥(<0.25 mm粒級(jí))，發(fā)熱量出現(xiàn)大幅降低，主要原因是因?yàn)槊侯w粒比表面積加倍增加，水分升高幅度過(guò)大所致。因此，隨著分選下限降低，產(chǎn)品灰分降低對(duì)于產(chǎn)品發(fā)熱量是正增長(zhǎng)。但是水分增加對(duì)于產(chǎn)品發(fā)熱量是負(fù)增長(zhǎng)，特別是分選下限降低后，分級(jí)效率下降導(dǎo)致的入水煤泥量增多對(duì)于產(chǎn)品發(fā)熱量負(fù)面影響很大。

表3 洗選前后原煤各粒級(jí)發(fā)熱量數(shù)據(jù)對(duì)比Table 3 Comparison of calorific values of each size fraction of raw coal before and after cleaning %

2.2 最佳分選下限的確定

為了確定最佳的分選下限，分別選取入選下限為0、3、6、13 mm進(jìn)行測(cè)算。為了建立分級(jí)效率與經(jīng)濟(jì)效益模型曲線，煤炭產(chǎn)品價(jià)格和洗選成本等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)選取如下：①產(chǎn)品發(fā)熱量為16.72 MJ/kg(4 000 kcal/kg)時(shí)市場(chǎng)價(jià)為140元/t，發(fā)熱量每相差0.42 MJ/kg(100 kcal/kg)，價(jià)格變化13元/t(一般為10～15元/t，設(shè)計(jì)取中間值)；②噸煤洗選成本按10元/t計(jì)算。

原煤分級(jí)效率的取值說(shuō)明如下：入選下限為0時(shí)為全部入選；入選下限為6 mm的情況在生產(chǎn)中較為普遍，原煤6 mm篩分效率一般為60%～85%，取中間值70%；入選下限為13 mm時(shí)，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，篩分效率取值85%；入選下限為3 mm時(shí)，對(duì)原煤3 mm篩分效率依次取值30%、40%、50%、60%、70%，以此判斷3 mm篩分效率變化對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，繪制出不同分選下限的經(jīng)濟(jì)效益變化曲線，如圖1所示。對(duì)圖1中各曲線進(jìn)行分析，可知：

(1)當(dāng)分選下限為0，即原煤全部入選時(shí)，獲得的經(jīng)濟(jì)效益要高于分選下限為13 mm時(shí)。

(2)分選下限為6 mm時(shí)的經(jīng)濟(jì)效益要高于分選下限為0和13 mm時(shí)。

圖1 不同分選下限的經(jīng)濟(jì)效益變化曲線

(3)分選下限為3 mm時(shí)的經(jīng)濟(jì)效益受分級(jí)效率波動(dòng)的影響較大。當(dāng)3 mm篩分效率低于45%時(shí)，經(jīng)濟(jì)效益不如分選下限為6 mm時(shí)；當(dāng)3 mm分級(jí)效率達(dá)到50%時(shí)，其經(jīng)濟(jì)效益與分選下限為6 mm時(shí)接近。3 mm分級(jí)效率越高，經(jīng)濟(jì)效益增幅越明顯。

從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研的6 mm分級(jí)效果看，6 mm分級(jí)效率一般為60%～85%，結(jié)合色連二號(hào)礦井原煤水分較高，篩分難度大，3 mm分級(jí)效率達(dá)到60%以上存在一定的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，故工藝設(shè)計(jì)時(shí)將6 mm作為色連二礦選煤廠分選下限。此外，寺河選煤廠生產(chǎn)實(shí)踐表明，將傳統(tǒng)1.5 mm濕法脫泥工藝改為3 mm干法脫粉工藝，不僅可提高末煤產(chǎn)品產(chǎn)率，而且能大大降低洗選末煤時(shí)的煤泥量，減輕煤泥水系統(tǒng)的壓力，經(jīng)濟(jì)效益良好[10]。因此，隨著3 mm干法篩分技術(shù)的日臻成熟，色連二礦選煤廠后期也可以通過(guò)更換3 mm篩板進(jìn)行干法脫粉入選，實(shí)現(xiàn)選煤廠經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

3 選煤工藝確定

根據(jù)選煤廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與煤質(zhì)分析確定6 mm為入選下限后，色連二礦選煤廠生產(chǎn)工藝最終確定為： 200～13 mm粒級(jí)塊原煤采用重介淺槽分選，13～6 mm粒級(jí)末原煤采用有壓兩產(chǎn)品重介旋流器分選，<6 mm粒級(jí)粉煤旁路，3～0.25 mm粒級(jí)粗煤泥采用弧形篩+高頻篩+煤泥離心機(jī)脫水回收，<0.25 mm粒級(jí)細(xì)煤泥采用兩段濃縮、篩網(wǎng)沉降式離心機(jī)和板框壓濾機(jī)聯(lián)合回收工藝。該工藝具有如下特點(diǎn)：

(1)通過(guò)深度篩分，將入選粒級(jí)限定為200～6 mm，可減少煤泥入水量，最大限度地提高產(chǎn)品發(fā)熱量，確保最佳經(jīng)濟(jì)效益。

(2)采用弛張篩作為6 mm篩分設(shè)備，可以解決原煤水分高、難以篩分的問(wèn)題[11]。

(3)塊煤重介淺槽、末煤重介旋流器選煤方法對(duì)原煤煤質(zhì)變化的適應(yīng)性強(qiáng)，并且分選精度高，自動(dòng)化程度高，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，易于操作和管理[12]。

(4)工藝流程和工藝環(huán)節(jié)的設(shè)置結(jié)合了周邊選煤廠生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，做到了合理、簡(jiǎn)潔，工藝系統(tǒng)完善，且對(duì)煤質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，適用于泥化煤的分選。

4 項(xiàng)目建設(shè)特點(diǎn)

自投產(chǎn)運(yùn)行以來(lái)，色連二礦選煤廠運(yùn)行效果良好，其中原煤實(shí)際處理能力達(dá)10.0 Mt/a，綜合介耗約為噸原煤0.65 kg，原煤噸煤電耗為4.72 kW·h，噸煤清水耗量約為0.065 m3，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益良好。該項(xiàng)目建設(shè)特點(diǎn)為：

(1)投資低。色連二礦選煤廠總投資約3.7億元(含2 600萬(wàn)元預(yù)備費(fèi))，工程實(shí)際投資約3.4億元。與鄂爾多斯地區(qū)其他千萬(wàn)級(jí)大型動(dòng)力煤選煤廠相比，噸煤投資較低。

(2)建設(shè)速度快。選煤廠建設(shè)工期約11個(gè)月，與鄂爾多斯地區(qū)其他同規(guī)模、同類型選煤廠相比，建設(shè)速度快，建設(shè)質(zhì)量獲得一致好評(píng)。

(3)設(shè)計(jì)理念先進(jìn)。色連二礦選煤廠采取的深度篩分工藝，為國(guó)內(nèi)新建大型選煤廠中首次創(chuàng)新性采用。根據(jù)色連二礦選煤廠多年的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，深度篩分工藝既提高了產(chǎn)品發(fā)熱量，又降低了生產(chǎn)費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

5 結(jié)語(yǔ)

深度篩分的成功應(yīng)用將鄂爾多斯地區(qū)選煤廠中普遍采用的“一期建設(shè)塊煤洗選系統(tǒng)、二期建設(shè)末煤洗選系統(tǒng)、三期建設(shè)深度篩分系統(tǒng)”的三期建設(shè)模式一步建設(shè)到位，三步并作一步走，既解決了煤質(zhì)波動(dòng)對(duì)生產(chǎn)造成的影響，又避免了重復(fù)改造，樹立了西部地區(qū)選煤廠建設(shè)模式的新標(biāo)桿，為內(nèi)蒙古自治區(qū)東勝煤田動(dòng)力煤選煤廠的建設(shè)提供了有益的指導(dǎo)和借鑒。