巴玉龍

(國家能源集團新疆能源有限責任公司 烏東洗選廠，新疆 烏魯木齊 830027)

煤炭洗選在我國煤炭資源開發(fā)中占據(jù)著重要地位。在中央《煤炭開采和洗選業(yè)行業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃綱要》中，明確提出至2020年煤炭開采和洗選行業(yè)目標，即整體增長幅度應在30%以上。為響應煤炭行業(yè)發(fā)展要求和滿足能源需求，各地也相繼出臺地方指導性促進政策，以實現(xiàn)行業(yè)滲透率提升。在此背景下，煤炭開采和洗選行業(yè)享受到豐富的政策紅利，使行業(yè)發(fā)展迎來前所未有之機遇。西方發(fā)達國家在煤炭洗選行業(yè)較為注重對新型工藝的應用和技術創(chuàng)新，而我國則更側重于規(guī)模建設，在洗選工藝上仍然存在巨大差距，致使我國煤炭洗選行業(yè)受到扼制。根據(jù)2019年統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國全年煤炭開采和洗選業(yè)總收入2.266萬億元，增幅達到5.5%，利潤總額為2 882億元，增幅為5.2%。2020年將進一步擴大洗選中心配套規(guī)模，注重選煤設施的改造升級，使原煤入選能力達到32億t以上，入選率實現(xiàn)75%的全新突破。

1 烏東選煤廠煤炭洗選概況

洗選中心烏東選煤廠位于烏魯木齊市東郊，距市區(qū)40 km，行政歸屬為烏魯木齊市米東區(qū)。近年來，隨著煤炭市場需求的增加，為適應市場發(fā)展格局，提升煤炭洗選能力和實現(xiàn)資源整合，實現(xiàn)礦井集中出煤、集中排水，公司提出了“四礦聯(lián)合技術改造”項目，以此推動煤礦產(chǎn)業(yè)的升級。洗選中心烏東選煤廠由原鐵廠溝、堿溝、大洪溝和小紅溝等4個生產(chǎn)礦井構成，依托對各煤礦資源的整合開發(fā)，加強對煤炭深部煤炭資源的聯(lián)合利用。地緣上，烏東井田地處準噶爾盆地南緣，屬博格達山前丘陵地形。

洗選中心烏東選煤廠是國家能源集團新疆能源有限公司下屬企業(yè)，主要服務于烏東煤礦。烏東選煤廠作為大型、礦井型選煤廠，設計年處理原煤量為8.00 Mt/a，每小時可處理1 515.15 t原煤。主要由該礦生產(chǎn)原煤6.0 Mt/a，以及六道灣煤礦、葦湖梁煤礦及周邊小煤礦2.0 Mt/a外來煤組成，從運輸方式上看，該礦以帶式輸送機進行原煤運輸，外來煤則采取汽車運輸入廠。

2 烏東煤礦原煤可選性分析

經(jīng)烏東煤礦生產(chǎn)煤樣分析，包括鐵廠溝、堿溝、小紅溝及大洪溝等煤礦，粒度>13 mm塊煤含量平均為49.73%，在烏東煤礦設計環(huán)節(jié)，將原煤粒度>13 mm塊煤產(chǎn)率以50%計。

2.1 篩分分析

根據(jù)原煤篩分試驗結果顯示，當原煤粒度級為25～13 mm、3～0.5 mm時，其產(chǎn)率相對較低，其余產(chǎn)率變化幅度微弱。參考所提供的原煤樣本數(shù)據(jù)，+50 mm級矸石產(chǎn)率占比為7.35%，在本粒級中占比為33.55%，由此確定樣本為高含矸量煤，應對煤塊采取排矸處理。另外，原煤粉分與粒度級間比例關系為，灰分隨粒度變小而降低，但粒度<0.5 mm粉煤灰分則例外，其增幅甚至達到27.47%，由此可見，高灰分物在粒度<0.5 mm原生煤泥中含量較大。

2.2 浮沉分析

原煤篩分浮沉試驗結果顯示，在不同原煤粒級中，當實驗數(shù)值為1.40 g/cm3時，密度物含量可達51.88%以上，且灰分相近；當實驗數(shù)值為1.5～2.0 g/cm3時，則密度物含量較少；當實驗數(shù)據(jù)密度>2.0 g/cm3時，矸石含量高，且隨原煤粒級減小而逐步降低。當原煤粒度>13 mm時，矸石含量為26.72%～36.87%，含量較高，需分選排矸。另外，當粒度<50 mm時，則浮沉煤泥灰分顯著高于原生煤泥灰分，由此可以發(fā)現(xiàn)矸石易泥化的特點。

2.3 可選性分析

通過煤礦實驗室數(shù)據(jù)分析，200～13 mm級原煤可選性曲線如圖1所示。

圖1 200～13 mm級原煤可選性曲線Fig.1 Washability curve of 200 ～ 13 mm grade raw coal

由煤礦實驗數(shù)據(jù)可知，在烏東選煤廠200～13 mm級原煤中，極難選煤標準：分選密度達到1.30 g/cm3，δ±0.1含量為84.64%；中等可選煤標準：分選密度為1.40 g/cm3，δ±0.1含量為19.25%；易選煤標準：分選密度為1.50～1.90 g/cm3時，δ±0.1含量<10.0%。

通過實驗室數(shù)據(jù)分析，13.0～0.5 mm級原煤可選性曲線如圖2所示。

圖2 13.0～0.5mm級原煤可選性曲線Fig.2 Washability curve of 13.0～0.5 mm grade raw coal

由實驗數(shù)據(jù)可知，烏東選煤廠對于13.0～0.5 mm級原煤，極難選煤標準：分選密度為1.30 g/cm3時，δ±0.1含量為90.93%；中等可選煤標準：分選密度為1.40 g/cm3時，δ±0.1含量為12.08%；易選煤標準：分選密度為1.50～1.90 g/cm3時，δ±0.1的含量<10.0%。

3 煤炭洗選設備選型

針對烏東選煤廠煤炭洗選實際，以洗選中心建設為核心，在設備選型中制定先進、節(jié)能、可靠、高效的先用指標，盡量以國內先進技術設備為主，配合引進國外先進成熟技術設備，形成了較為完善的設備保障體系，實現(xiàn)國內外技術設備集中融合應用。另外，在設備先型時兼顧通用性，運用系列化采購和選擇的理念，為后續(xù)設備的組合與升級預留空間，同時便于零部件的配備。烏東選煤廠煤炭洗選工藝設備選型見表1。

表1 烏東選煤廠工藝設備選型Tab.1 Selection of process equipment in Wudong Coal Preparation Plant

4 分選粒級、選煤方法及工藝流程

4.1 分選粒級

烏東選煤廠分選粒限為200～13 mm，13～0 mm末煤不入洗。即原煤入廠前將粒度>200 mm的特大塊產(chǎn)品篩出，直接作為民用產(chǎn)品進入市場銷售。烏東選煤廠入場標準為200～0 mm的各粒級原煤。根據(jù)原煤篩分浮沉試驗資料，烏東選煤廠所洗選的原煤中，矸石含量較高的為粒度>13 mm粒級原煤，占比在26.72%～36.87%，需要進行排矸。當原煤粒級<13 mm時，原煤灰分為22.93%，將無法滿足產(chǎn)品應用需求。由此可知，烏東選煤廠在分選料級時，應將分選下限設置為13 mm，并借助混合13～25 mm塊精煤的方式，改善其產(chǎn)品應用效果和質量。因此，烏東選煤廠應以200～13 mm為分選粒限。另外，通過對煤炭產(chǎn)品供應消費市場需求，烏東選煤廠混煤產(chǎn)品主要用戶是電廠、集中供熱鍋爐等行業(yè)，由于較大的需求及長期的合作前景，因此，烏東選煤廠將混煤產(chǎn)品作為主導，對13～0 mm末煤不入洗，預留末煤洗選的可能性。

4.2 選煤方法

目前，烏東煤礦根據(jù)其煤質的特點，在煤炭洗選加工中主要以粒度>13 mm級塊煤排矸為主，采用的塊煤排矸方法主要有2種，即塊煤動篩跳汰排矸和塊煤重介分選排矸。

(1)動篩跳汰排矸屬簡便型方法，包括工藝系統(tǒng)簡單、能耗低、投資少等特點，在技術應用過程中管理便利，維護工作簡單，水資源使用量較少。但由于其工藝技術單一，其入選下限相對較高，僅能達到25 mm，而烏東選煤廠在生產(chǎn)中涉及大量粒度>13 mm塊煤篩選及13 mm以下末煤加工，因此，該技術應用渠道較為狹窄。

(2)重介分選排矸與前述技術相比，具備精度高、自動化程度高、煤質適應性強等優(yōu)勢，并且其單機處理效率較高。但也存在相應的技術弊端，即系統(tǒng)更為復雜，高技術配套設備眾多，增加了選煤投入和生產(chǎn)成本。相比之下，重介分選排矸技術可以滿足13 mm的分選粒度下限，且能夠較好適應煤質及市場變化，對于生產(chǎn)調整具有顯著優(yōu)勢，因此在烏東選煤廠被重點應用，作為主要的排矸技術。

4.3 工藝流程

烏東選煤廠在煤炭洗選中，具體工藝流程：①原煤預先按照200 mm進行初篩，將粒度>200 mm塊煤以手選揀矸方式篩選，作為特大塊產(chǎn)品。再將粒度200～0 mm原煤按照13 mm進行分級，13 mm以下末原煤可直接作為混煤產(chǎn)品。②使用篩孔為φ3 mm的脫泥篩，對粒度>13 mm塊煤進行脫泥，再將脫泥后原煤加入重介淺槽分選機實施分選作業(yè)，將矸石和洗塊煤選出。③應用篩孔為φ1 mm和φ25 mm脫介篩對洗塊煤實施脫介分級，篩孔為φ100 mm分級篩主要對粒度>25 mm的塊煤分級，將其劃分為100～25 mm洗混中塊及200～100 mm的洗大塊產(chǎn)品，同時預留破碎至50 mm以下，從而為粒度<13 mm末原煤摻混預留空間。④采用離心機對25～1 mm洗末煤脫水，將其混合于末原煤中，用篩孔為φ1 mm脫介篩對矸石脫介，使之作為最終矸石。洗選中心烏東選煤廠設備流程如圖3所示。

圖3 洗選中心烏東選煤廠設備流程Fig.3 Equipment process of Wudong Coal Preparation Plant of washing center

根據(jù)烏東煤礦煤質及矸石特性，其均存在不同程度泥化現(xiàn)象，其中個別采區(qū)泥化現(xiàn)象嚴重，從泥化后的結構看，其細泥灰分往往較高，因而針對烏東煤礦的煤泥回收技術，應粗、細煤泥實施分別回收。粗煤泥回收后可制成混合煤，用于發(fā)電行業(yè)，而細煤泥則可視情進行利用或者排棄。粗煤泥回收一般使用加壓過濾機、長筒篩網(wǎng)沉降離心機及煤泥離心機等設備，烏東選煤廠根據(jù)各煤礦煤質特點，選取篩網(wǎng)沉降離心機作為煤泥回收設備。傳統(tǒng)技術視域下，細煤泥回收以板框式壓濾機為主，隨著技術的更迭與發(fā)展，烏東選煤廠開始應用快開式隔膜壓濾機，該設備能夠增加濾室容積，使濾餅水分下降至20%內，從而使處理效率顯著增強。

在介質回收及凈化流程中，針對稀介質可以采用磁選設備直接磁選，并對磁選尾礦進行脫泥作業(yè)，將磁選精礦返回至合格介質桶，回收介質及新介質均采取循環(huán)方式補充至介質桶。在煤泥水處理方面，烏東選煤廠利用所采取的設備流程方案，主要采取2段濃縮及兩段回收處理工藝流程。具體工藝流程為：在濃縮時利用濃縮旋流器對煤泥進行濃縮，在進入煤泥離心機后實施脫水，將脫水后的煤泥制作為混煤。在回收處理工藝中，第1段主要利用濃縮機對溢流的煤泥進行濃縮，經(jīng)篩網(wǎng)沉降至離心機實施脫水作業(yè)，將粗煤泥回收后摻入混煤；第2段是通過離心機的濾液進行第2段濃縮，再應用壓濾機對細煤泥進行回收。同時，流程中可以將濃縮機溢流及壓濾機壓濾水循環(huán)利用，使洗選工藝更加環(huán)保節(jié)能，實現(xiàn)洗水閉路循環(huán)和煤泥的廠內回收。

4.4 選煤工藝流程計算公式

依據(jù)烏東選煤廠所確定工藝流程及工作制度，選煤工藝流程計算需要參照基礎資料。工藝流程計算包括數(shù)質量流程計算、水量流程計算、介質流程計算及產(chǎn)品最終平衡表等內容。

(1)數(shù)質量流程計算。數(shù)質量流程計算公式：

Qn=Qirn%

(1)

式中，Qn為小時作業(yè)處理量；Qi為選煤廠小時作業(yè)量；rn為作業(yè)量百分比。

(2)水量流程計算。水量流程計算公式：

(2)

式中，Wn為單位時間內作業(yè)水量；Mtn為產(chǎn)品水分比例；Qn為小時作業(yè)處理量。

經(jīng)烏東選煤廠工藝流程計算，篩分作業(yè)中，應用篩孔φ13 mm實施原煤預選分級，其效率η=85%；應用篩孔φ3 mm實施塊原煤脫泥，其效率η=95%。分選作業(yè)中，分選密度δ=1.78 g/cm3；重介分選可能偏差值為Ep=0.03；次生煤泥產(chǎn)率為2.0%。在烏東選煤廠水量流程計算中，洗煤過程循環(huán)水量為693.74 m3/h；清水量為52.98 m3/h。產(chǎn)品消耗水量52.98 m3/h；計算應補充清水量52.98 m3/h。烏東選煤廠最終產(chǎn)品平衡表見表2。

表2 最終產(chǎn)品平衡表(塊精煤25 mm分級)Tab.2 Final product balance sheet (lump clean coal 25 mm classification)

5 總結

烏東選煤廠目前的產(chǎn)品主要由洗大塊(粒度200～100 mm)、洗混中塊(粒度100～25 mm)及混煤(粒度25～0.5 mm)等構成，采用重介淺槽分選機分選，分選上限為200～13 mm塊煤，13～0 mm末煤不分選?；烀寒a(chǎn)品水分8.95%、灰分19.54%，Qnet.ar約為23.1 MJ/kg，能夠滿足市場用戶需求。壓濾煤泥水分24.0%、灰分30.49%，Qnet.ar約為13.11 MJ/kg，可以成為電廠燃料產(chǎn)品。