魏昌杰，段建中，張新志，趙永茂

(1.中煤科工集團唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心，河北 唐山 063012;3.旬邑縣中達燕家河煤礦有限公司，陜西 咸陽 713500)

低階動力煤浮選技術(shù)在燕家河選煤廠的應用

魏昌杰1,2，段建中3，張新志3，趙永茂3

(1.中煤科工集團唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心，河北 唐山 063012;3.旬邑縣中達燕家河煤礦有限公司，陜西 咸陽 713500)

為了提高燕家河選煤廠的原煤洗選比例，降低動力煤洗選下限，基于實驗室浮選試驗，在生產(chǎn)現(xiàn)場進行了煤泥浮選工業(yè)性試驗。試驗結(jié)果表明：浮選尾煤灰分為64.43%，浮選精煤產(chǎn)率為61.60%，浮選精煤可燃體回收率為79.03%，收到基低位發(fā)熱量為22.63 MJ/kg，浮選效果非常理想；浮選精煤摻入電煤銷售，可顯著提高企業(yè)經(jīng)濟效益。

低階動力煤；浮選；收到基低位發(fā)熱量；精煤產(chǎn)率

燕家河選煤廠于2002年建成投產(chǎn)，是一座洗選能力為2.00 Mt/a的礦井型動力煤選煤廠。選煤工藝為200～80 mm粒級由淺槽重介質(zhì)分選機排矸、80～20 mm(80～0 mm)粒級由三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選、煤泥濃縮壓濾回收的聯(lián)合工藝，為適應市場變化的要求，原煤可全級入選，也可只洗選>20 mm塊煤。入選原煤為不粘煤，粘結(jié)指數(shù)為零，具有中低灰、中低硫的特點。洗選產(chǎn)品包括80～30 mm精中塊，30～25 mm精小塊，<25 mm精末煤、電煤、煤泥、矸石。該選煤廠曾嘗試采用全重介選煤工藝分選全粒級原煤，但占原煤產(chǎn)率10%～15%、灰分高達35%的<0.25 mm細煤泥得不到有效分選，且煤泥Qnet,ar(收到基低位發(fā)熱量)不足14.50 MJ/kg，難以有效利用。

浮選是利用表面性質(zhì)差異分選細粒煤的一種物理化學方法，是分選中高階煤中<0.5 mm煤泥應用最廣、效果最好的選煤方法[1-4]。由于低階煤含氧官能團多、表面疏水性差，工業(yè)上一直未能采用浮選方法分選低階煤泥[5-9]。為了減少煤泥數(shù)量，低階動力煤選煤廠一般不洗選<20 mm原煤，將其直接作為電煤銷售。就目前的選煤技術(shù)發(fā)展情況來看，低階煤浮選技術(shù)已成為制約大力提高動力煤洗選比例的技術(shù)瓶頸。為了響應國家加快能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和推進能源清潔利用行動計劃[9]，提高煤炭資源回收效果和利用效率，燕家河選煤廠就低階煤浮選進行了嘗試。

1 存在問題與原因分析

1.1 存在問題

自2012年以來煤炭市場持續(xù)低迷，而用戶對煤炭產(chǎn)品的質(zhì)量要求更高。為滿足客戶對產(chǎn)品質(zhì)量的要求，提高選煤廠經(jīng)濟效益，必須實現(xiàn)原煤的全粒級分選。通過對全廠工藝系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)主選系統(tǒng)的分選工藝和洗選設(shè)備均能滿足生產(chǎn)需要，問題主要集中在煤泥水處理系統(tǒng)。其中的核心問題集中在如下兩方面：缺少煤泥分選環(huán)節(jié)，煤泥直接壓濾后灰分高、水分高、發(fā)熱量低，影響產(chǎn)品銷售；0.075～0.5 mm細煤泥未經(jīng)分選而直接由臥式沉降離心機脫水回收，煤泥灰分較高、發(fā)熱量較低，摻入電煤后影響產(chǎn)品質(zhì)量。

1.2 原因分析

燕家河選煤廠原來的煤泥水處理系統(tǒng)原則流程如圖1所示。濃縮旋流器溢流、振動弧形篩篩下水、離心液一起進入一次濃縮機，濃縮機底流由臥式沉降離心機脫水回收，脫水煤泥摻入電煤；沉降離心機離心液進入二次濃縮機，二次濃縮機底流由壓濾機脫水，并回收煤泥；一次、二次濃縮機的溢流作為循環(huán)水，繼續(xù)循環(huán)使用。

圖1 煤泥水處理系統(tǒng)原則流程

從理論上來講，一次濃縮機底流可通過臥式沉降離心機回收一部分粒度較粗的煤泥(0.075～0.5 mm粒級)，這部分煤泥可以摻入電煤，以提高電煤產(chǎn)量；離心液由二次濃縮機回收，可以減少煤泥產(chǎn)量。而現(xiàn)場實際生產(chǎn)過程中，粗煤泥灰分較高，發(fā)熱量較低，摻入電煤后影響產(chǎn)品質(zhì)量；壓濾煤泥灰分更高，且發(fā)熱量更低，插入煤泥產(chǎn)品后直接影響其銷售。

2 煤泥實驗室浮選效果

2.1 粒度組成

試樣為原來的煤泥濃縮機入料(即現(xiàn)在的部分浮選機入料)，篩分試樣質(zhì)量為100 g，灰分為34.72%。根據(jù)GB/T 477—2008《煤炭篩分試驗方法》測得其粒度組成如表1所示。

表1 燕家河選煤廠煤泥粒度組成

由表1可知：試樣主導粒級為<0.045 mm，產(chǎn)率為51.92%，灰分高達47.15%，該粒級產(chǎn)率高，對浮選選擇性存在不利影響；<0.045 mm灰分大于平均灰分，說明矸石易泥化。

2.2 浮選藥劑用量試驗

參照GB/T 4757—2013《煤粉(泥)實驗室單元浮選試驗方法》進行浮選藥劑用量試驗，捕收劑選用柴油，起泡劑選用仲辛醇。在礦漿濃度為60 g/L，預攪拌時間為2 min，礦漿與柴油、仲辛醇分別接觸60、10 s，刮泡時間為3 min的條件下進行試驗，結(jié)果如表2所示。

表2 浮選藥劑用量試驗結(jié)果

由表2可知：隨著柴油與仲辛醇用量比的增大，浮選精煤產(chǎn)率先增大后減小，二者的最佳用量比為3∶1。隨著藥劑用量的增大，浮選精煤產(chǎn)率增大，當每噸干煤泥藥劑用量為3 kg時，浮選精煤產(chǎn)率為67.72%，灰分為17.47%；當每噸干煤泥藥劑用量為4 kg時，浮選精煤產(chǎn)率為69.72%，灰分為18.22%。綜上分析，該選煤廠煤泥浮選時每噸干煤泥的最佳藥劑用量為柴油2 250 g、仲辛醇750 g。

2.3 浮選速度試驗與煤泥發(fā)熱量預測

以柴油作為捕收劑，以仲辛醇作為起泡劑，在浮選藥劑用量比為3∶1、每噸干煤泥加藥量為3 kg的條件下進行浮選速度試驗，結(jié)果如表3所示。

表3 浮選速度試驗結(jié)果

為了確定燕家河選煤廠煤泥Qnet,ar與Ad的關(guān)系，假設(shè)浮選精煤的Qgr,d(干燥基高位發(fā)熱量)為因變量y，Ad為自變量x，根據(jù)表3數(shù)據(jù)，按照y=ax+b線性關(guān)系，建立數(shù)學模型。

計算得到a=-0.425、b=34.713，即線性回歸方程為Qgr,d=-0.425Ad+34.713(單位為MJ/kg)。通過對回歸方程的相關(guān)系數(shù)R分析，可得出|R|=0.995，說明浮選精煤Qgr,d與Ad成線性關(guān)系。因此，可以推算出煤泥的Ad、Mt與Qnet,ar的計算式，即

實際生產(chǎn)中可利用計算式，根據(jù)要求的產(chǎn)品發(fā)熱量和實際水分計算出其灰分。當產(chǎn)品水分為20%時，Qnet,ar與Ad變化曲線如圖2所示；當產(chǎn)品灰分為17%時，Qnet,ar與Mt變化曲線如圖3所示。由圖2、圖3可知：每個Ad對應的Qnet,ar為0.325 9 MJ/kg，每個Mt對應的Qnet,ar為0.291 6 MJ/kg。

圖2 Ad與Qnet,ar關(guān)系曲線

當要求產(chǎn)品Qnet,ar為20.09 MJ/kg時，如果其Mt為22%，則對應的Ad應為18.09%。根據(jù)浮選試驗結(jié)果，當浮選精煤Ad為18.09%時，γ為68.50%，Ec為85.05%。

圖3 Mt與Qnet,ar關(guān)系曲線

3 工業(yè)應用

3.1 浮選原則流程

燕家河選煤廠目前的煤泥浮選原則流程如圖4所示。將濃縮旋流器溢流、振動弧形篩篩下水給入浮選入料池，入料池的煤泥采用浮選機分選；浮選精礦采用加壓過濾機脫水回收，加壓過濾機濾液和浮選尾煤進入濃縮機，濃縮機底流采用壓濾機脫水回收，濃縮機溢流作為循環(huán)水。

圖4 煤泥浮選原則流程

該流程具有如下優(yōu)點：①增加了煤泥浮選環(huán)節(jié)，其中的細煤泥能夠得到有效分選和回收，提高了精煤產(chǎn)量；②浮選精礦采用加壓過濾機脫水回收，浮選精煤水分低且較松散，在實現(xiàn)連續(xù)排料的同時，可使各種精煤摻配均勻；③工藝靈活方便，有利于連續(xù)生產(chǎn)。當浮選系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可將煤泥水直接給入濃縮機；當加壓過濾機出現(xiàn)故障時，浮選精礦可直接采用壓濾機脫水回收，能夠保證生產(chǎn)系統(tǒng)連續(xù)、正常運行。

3.2 技術(shù)方案

根據(jù)實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，燕家河選煤廠的原煤入選量為550 t/h，煤泥占原煤入選量的10%～15%，煤泥水量為800 m3/h；浮選精煤產(chǎn)率為60%，尾煤產(chǎn)率為40%，浮選精礦濃度為180 g/L；加壓過濾機的產(chǎn)品水分為20%，尾煤壓濾機的產(chǎn)品水分為24%。通過選型計算，決定選用XJM-S28浮選機、120 m2的加壓過濾機、700 m2的快開壓濾機各一臺。

根據(jù)設(shè)備布置需要新建一座2×3跨的浮選車間，廠房高度為24 m。投資預算為1 112.22萬元，其中設(shè)備購置費、安裝費840.76萬元，土建費226.46萬元，其他費用為45萬元。

4 效益分析

4.1 運行成本

該選煤廠的工作制度為每年生產(chǎn)330 d，每天生產(chǎn)16 h；浮選系統(tǒng)每天的煤泥處理量為1 000 t，每小時的處理量為62.50 t。浮選系統(tǒng)運行成本主要由材料消耗費、動力成本、廠房與設(shè)備折舊費等部分組成，根據(jù)工作制度和材料實際消耗情況計算運行成本。

(1)材料消耗與維護保養(yǎng)費。根據(jù)每月的生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，浮選系統(tǒng)設(shè)備材料消耗與維護保養(yǎng)費為2元/t；每噸干煤泥的浮選藥劑用量為1.50 kg，藥劑價格為8 500元/t，即每噸干煤泥的浮選藥劑成本為12.85元。綜合計算，每年的材料消耗費和維護保養(yǎng)費為490.05萬元。

(2)動力成本。浮選系統(tǒng)每小時的實際電耗為1 008 kW·h，電價按0.50元/(kW·h)計算，每年的電費為266.11萬元。另外，浮選車間崗位司機共有六人，平均工資為6 500元/月，每年需要支出46.80萬元的酬薪。

(3)廠房與設(shè)備折舊費。土建工程按50 a計算折舊，設(shè)備購置和安裝工程按15 a計算折舊，每年的折舊費為60.58萬元。

綜上分析，浮選系統(tǒng)每年的運行成本為863.54萬元。

4.2 經(jīng)濟效益

浮選系統(tǒng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果(表4)表明：浮選精煤平均產(chǎn)率為61.60%，平均灰分為15.00%，平均水分為21.56%，平均收到基低位發(fā)熱量為 22.63 MJ/kg；尾煤平均產(chǎn)率為38.40%，平均灰分為64.43%，平均浮選精煤可燃體回收率為79.03%，說明該煤泥浮選效果非常理想。

表4 浮選系統(tǒng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)

浮選系統(tǒng)每年的煤泥入浮量為33萬t，增加浮選系統(tǒng)后，將浮選精煤摻入電煤銷售，電煤價格為290元/t，而煤泥價格為65元/t，因此每年可增加銷售收入3 598.91萬元，利潤提高2 735.37萬元。根據(jù)稅前靜態(tài)投資回收期計算方法，浮選精煤摻入電煤的稅前靜態(tài)投資回收期為0.41年，約為五個月，經(jīng)濟效益顯著。

5 結(jié)語

燕家河選煤廠對低階煤進行了浮選嘗試，實踐證明該煤泥的浮選效果非常理想。浮選精煤摻入電煤銷售，每年可增加利潤2 735.37萬元；該項目的投資回收期約為五個月，經(jīng)濟效益顯著。該選煤廠對低階煤浮選技術(shù)的成功運用，開辟了我國低階煤浮選的先河，對同類選煤廠的煤泥浮選具有重要參考價值。

[1] 王永剛,周劍林,林雄超.低階煤含氧官能團賦存狀態(tài)及其對表面性質(zhì)的影響[J].煤炭科學技術(shù),2013(9).

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Application of flotation technology for low-rank thermal coal in Yanjiahe coal preparation plant

WEI Chang-jie1,2, DUAN Jian-zhong3, ZHANG Xin-zhi3, ZHAO Yong-mao3

(1. China Coal Technology & Engineering Group Tangshan Research Institute Co., Ltd., Tangshan，Hebei 063012, China;2. Coal Preparation Engineering & TechnologyResearch Center of Hebei Province, Tangshan，Hebei 063012, China;3. Xunyi Zhongda Yanjiahe Coal Mine Co., Ltd., Xianyang, Shaanxi 713500, China)

In order to improve ability to handle raw coal, reduce limit of feed for thermal coal, on the basis of laboratory flotation test of coal slime, the industrial test is performed in coal preparation plant. The results show that better products are obtained, with higher content of ash in tailings, and with higher yield and recovery of combustibles, higher as

basis net calorific value in flotation concentrate, which can be mixed with thermal coal for sale.

low-rank coal; flotation; as received basis; yield of flotation concentrate

1001-3571(2015)05-0066-04

TD943

B

2015-10-17

10.16447/j.cnki.cpt.2015.05.017

天地科技公司研發(fā)項目(KJ-2014-TSKY-01)

魏昌杰(1984—)，男，陜西省旬陽縣人，助理研究員，碩士，從事選煤廠設(shè)計與浮選設(shè)備的研究、開發(fā)工作。

E-mail：w1c2j34@163.com Tel：0315-7759637