李 卓

(神東煤炭集團設(shè)計公司，陜西 神木 719315)

0 引言

近年來，隨著整個煤炭行業(yè)設(shè)備及技術(shù)進步，洗選工業(yè)正在進行一次悄無聲息的變革[1]，傳統(tǒng)的洗選工藝弊端逐漸顯現(xiàn)，一些新興的工藝開始出現(xiàn)，例如動力煤脫粉入洗工藝逐漸取代了傳統(tǒng)的重介旋流器全入洗工藝[2-3]。但是，選煤廠經(jīng)濟效益的影響因素很多，特別是原煤性質(zhì)及商品煤價格對其影響巨大[4-5]，為實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化，應(yīng)根據(jù)選煤廠實際情況，綜合分析選擇最適合本廠的洗選工藝。文中以上灣選煤廠為例，就其不同工藝改造方案進行分析，最終找出不同時期不同工藝的適應(yīng)性規(guī)律。

1 上灣選煤廠工藝簡介

上灣選煤廠是一座礦井型選煤廠，承擔神東集團上灣煤礦的洗選加工任務(wù)。該廠洗選部分于2004年1月建成投產(chǎn)，原設(shè)計為+13 mm重介淺槽、-13 mm末煤不入洗，設(shè)計能力為10.0 Mt/a。2010年，由于礦井生產(chǎn)能力提升到14.00 Mt/a，上灣選煤廠進行了技術(shù)改造，對篩分車間進行了改擴建，新建了一套塊煤系統(tǒng)，改造完成后選煤工藝為+25 mm重介淺槽、-25 mm末煤不入洗，改造后選煤廠生產(chǎn)能力為14.00 Mt/a。洗選工藝流程為：原煤經(jīng)雙層分級篩分級，篩下-25 mm末煤進入末煤轉(zhuǎn)載膠帶機，最終進入混煤皮帶上倉。200～25 mm的塊原煤經(jīng)過φ3 mm的脫泥篩脫泥后進入主洗重介淺槽分選，輕產(chǎn)物經(jīng)脫介、脫水后進行分級，分級后+50 mm洗大塊作為塊精煤產(chǎn)品，分級段篩下物50～2 mm的末精煤經(jīng)離心機二次脫水后成為洗末煤摻入混煤。主洗重介淺槽分選出的重產(chǎn)物脫介、脫水后作為矸石外排。

2 現(xiàn)有工藝問題分析

根據(jù)現(xiàn)場實際測量結(jié)果對上灣煤礦1-2煤篩分大樣進行了校正，以便使灰分及粒度組成更接近實際情況，最終得到的篩分試驗結(jié)果見表1。

表1 上灣煤礦1-2煤原煤篩分試驗結(jié)果表

從表1可知，上灣煤礦原煤平均灰分為12.12%，屬低灰煤；原煤塊煤量較小，+25 mm物料含量為僅為29.96%；+50 mm級含量占全樣18.23%，灰分為10.60%，大塊煤較小且灰分較低；50～3 mm粒度級中，隨著粒度變小，灰分變化較小，說明煤不易碎；-0.5 mm粒級產(chǎn)率為5.76%，煤泥含量較高，灰分為22.26%，高于鄰近粒度級。

2.1 原煤篩分、破碎系統(tǒng)

上灣選煤廠生產(chǎn)規(guī)模為14.00 Mt/a，處理量為2 651.52 t/h，根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)狀況，實際處理量可達到3 300 t/h。分級篩選用6臺3061雙層分級篩，總篩分面積109.8 m2，單位面積處理能力為30.05 t/h，滿足要求。但如果篩孔降為13 mm(單位處理能力15～25 t/h)，則現(xiàn)有篩機處理能力不夠。故現(xiàn)有篩分系統(tǒng)塊煤入洗的下限只能是25 mm。

2.2 塊煤分選系統(tǒng)

25～200 mm塊煤進入4臺3048單層直線進行脫泥，脫泥后塊煤進入2臺7.9 m重介淺槽分選機進行洗選，精煤產(chǎn)品進入4臺3061雙層香蕉篩進行脫水脫介，上層篩孔為25 mm，下層篩孔為1.5 mm。篩上塊精煤可直接轉(zhuǎn)載進入塊精煤產(chǎn)品帶式輸送機，也可破碎后進入末精煤帶式輸送機。篩下-25 mm末精煤進入塊煤系統(tǒng)2臺SCC-1400臥式振動離心機進行脫水，末精煤產(chǎn)品轉(zhuǎn)載進入混煤產(chǎn)品帶式輸送機上倉儲存。矸石進入2臺2448單層香蕉篩進行脫水脫介，隨后通過矸石帶式輸送機進入矸石倉。

通過計算，塊煤量為33.46%(含混入部分)，按照2 651.52 t/h原煤入料量計算，塊煤系統(tǒng)能力為980 t/h。脫泥篩為2臺3048直線篩，額定最大處理能力為2 200 t/h，脫泥篩能力富余約55%；2臺7.9×1.37淺槽額定最大處理能力為1 500 t/h，淺槽分選機能力富余約35%；精煤脫介篩選用4臺3048雙層香蕉篩，上層篩孔50 mm，額定處理能力約2 300 t/h，下層篩孔2 mm，額定能力約800 t/h，塊精煤產(chǎn)率約為31.85%(含混入部分)，即845 t/h，富余63%；塊煤系統(tǒng)離心機選用2臺HSG-1400，臥式振動離心機，額定處理量為1 416 t/h，塊煤系統(tǒng)-50 mm精煤產(chǎn)率約17.46%，即463 t/h，設(shè)備能力富余67%；塊精煤破碎機各選用1臺美國Mclanahan公司24×96型和美國賓夕法尼亞5025 CSS型號破碎機，額定破碎能力分別為422 t/h和350 t/h，+50 mm塊精煤產(chǎn)率為16.39%，即435 t/h，破碎機能力富余約44%；矸石篩各選用1臺1848和2448單層香蕉篩，額定處理能力720 t/h，塊矸石產(chǎn)率為2.66%，即70.58 t/h，設(shè)備能力富余90%；塊煤系統(tǒng)磁選機選用4臺φ1 220 mm×2 440 mm單滾筒磁選機，額定處理能力約1 992 m3/h，入料量約1 570 m3/h，富余21%。

整體而言，塊煤入洗率較低，洗選帶來的經(jīng)濟效益未能得到最大體現(xiàn)。

2.3 煤泥水系統(tǒng)

煤泥水系統(tǒng)采用弧形篩+煤泥離心機回收工藝、細煤泥加壓過濾機+壓濾機回收工藝。根據(jù)選煤廠現(xiàn)有工藝，粗煤泥弧形篩選用4臺1 500 mm×2 000 mm弧形篩，額定處理能力約480 m3/h，入料量約450 m3/h，富余6%；煤泥離心機選用4臺HSG 900離心機，額定處理能力約296 t/h，入料量約39.99 t，富余86%；加壓過濾機選用1臺JPG 120 m2和1臺JPG 72 m2，設(shè)計最大處理能力為90 t/h；細煤泥含量約3.28%，即87.02 t/h，富余3.3%；濃縮機選用3臺直徑為21 m(兩用一備)的高效濃縮機，濃縮機處理能力為47 t/h，2臺合計處理能力為94 t/h?，F(xiàn)有生產(chǎn)方式細煤泥量約87.02 t，濃縮機能力富余5.3%。從設(shè)備能力分析可知，煤泥水系統(tǒng)可滿足現(xiàn)有生產(chǎn)需求但不富余。

通過以上工藝各主要環(huán)節(jié)分析可知，上灣選煤廠原設(shè)計工藝為+13 mm塊煤重介淺槽洗選，-13 mm末煤不入洗的選煤工藝。由于礦井的實際生產(chǎn)能力大于設(shè)計能力，且選煤廠篩分能力不足，無法滿足+13 mm塊煤全入洗，現(xiàn)生產(chǎn)工藝為+25 mm塊煤重介淺槽洗選，-25 mm末煤不入洗，原煤入洗率較低，僅為33.46%，難以保證煤炭產(chǎn)品質(zhì)量實現(xiàn)穩(wěn)定化、均質(zhì)化、優(yōu)質(zhì)化，存在提質(zhì)增效的可能性。

3 改造方案對比

3.1 生產(chǎn)方式

根據(jù)洗選中心提供的未來5年的上灣選煤廠原煤煤質(zhì)預(yù)測資料結(jié)果，以灰分為12.12%，水分為15.80%，原煤發(fā)熱量5 480 kcal/kg，年處理能力為14.00 Mt/a為前提條件，通過對比不同生產(chǎn)方式下的商品煤產(chǎn)量及熱值，詳細比較了不同生產(chǎn)工藝條件下商品煤的質(zhì)量及對全廠經(jīng)濟效益的影響。前文對篩分系統(tǒng)分析得到現(xiàn)有篩機只能滿足25 mm分級要求，且篩分樓經(jīng)過數(shù)次改造已經(jīng)沒有空間進行再次改造以滿足13 mm分級要求，故本次工藝改造以25 mm分級為前提進行研究，現(xiàn)將工藝改造后的生產(chǎn)方式分為以下2種，并與目前生產(chǎn)工藝進行比較。

生產(chǎn)方式一：新增末煤全入洗工藝，200～5 mm淺槽塊煤分選，25～0 mm新增旋流器末煤分選。

生產(chǎn)方式二：新增弛張篩脫粉工藝，200～25 mm淺槽塊煤分選，25～6 mm新增旋流器末煤分選，6～0 mm粉煤不入洗摻入混煤產(chǎn)品。

生產(chǎn)方式三(目前工藝)：200～25 mm，25 mm分級淺槽塊煤分選，25 mm以下末煤不入洗。

3.2 不同生產(chǎn)方式對商品煤發(fā)熱量的影響

上灣選煤廠商品煤主要由洗選塊精煤和混煤組成，鑒于3種方式分級粒度都是25 mm，且塊煤洗選工藝都是重介淺槽分選，故可以推斷出塊煤的發(fā)熱量都是一樣的，這里只討論對混煤發(fā)熱量的影響，不同生產(chǎn)方式對混煤發(fā)熱量影響情況見表2。

由表2可知，采用全入洗工藝后的混煤灰分最低，只有7.85%，但其水分卻最高，達到18.66%，最終導(dǎo)致混煤發(fā)熱量達到5 554 kacl/kg，比現(xiàn)有生產(chǎn)方式下高145 kacl/kg，而采用脫粉入洗工藝后，混煤灰分未達到最低，為9.09%，水分卻可控制到16.16%，最終發(fā)熱量最高，達到5 661 kacl/kg，比目前生產(chǎn)方式下高252 kacl/kg，綜合商品煤質(zhì)量最好。

表2 不同生產(chǎn)方式下商品煤的發(fā)熱量

從計算結(jié)果可知，商品煤發(fā)熱量的兩個重要因素是灰分和水分，隨著分選下限的降低，原煤中的矸石等其他雜質(zhì)得到了減少，灰分隨之降低，但由于越來越多的原煤侵入水中進行洗選，且粒度越小脫水難度越大，致使商品煤的水分升高，因此，合適的分選下限，對商品煤質(zhì)量的提升起到了關(guān)鍵的作用。

3.3 不同生產(chǎn)方式對商品煤產(chǎn)量的影響

當然，選煤廠選用不同的生產(chǎn)工藝對商品煤的產(chǎn)量也會產(chǎn)生影響，不同生產(chǎn)方式對商品煤產(chǎn)量的影響情況見表3。

表3 不同生產(chǎn)方式下商品煤的年產(chǎn)量

由表3可知，3種生產(chǎn)方式下塊精煤產(chǎn)量均達到372.58萬t/a。現(xiàn)在25 mm塊煤洗選生產(chǎn)方式下，原煤的入洗率為33.16%，混煤產(chǎn)量最多，達到995.01萬t/a；采用6 mm脫粉入洗，原煤入洗率為76.17%，混煤產(chǎn)量較低，達到946.36萬t/a，而采用全入洗生產(chǎn)工藝，入洗率達到100%，選出的矸石及雜質(zhì)最多，促使混煤產(chǎn)量最低，只有923.93萬t/a。

從計算結(jié)果可知，隨著原煤入洗率的提高，商品煤的產(chǎn)量會隨之減少，同時，相應(yīng)的生產(chǎn)成本一定會隨之升高，為尋求經(jīng)濟效益最大化，需分析產(chǎn)量和成本的平衡點。

3.4 不同生產(chǎn)方式對經(jīng)濟效益的影響

為了探尋不同工藝形式對選煤廠經(jīng)濟效益的影響，根據(jù)選煤廠實際生產(chǎn)經(jīng)驗計算了不同工藝下的洗選成本，通過銷售收入與洗選成本的差值得到了各種方式下的經(jīng)濟效益，見表4。

表4 不同生產(chǎn)方式下的經(jīng)濟效益(價格一) 萬元/a

由表4可知，3種生產(chǎn)方式下商品煤銷售收入包括塊精煤和混煤的總和，由于塊精煤的產(chǎn)量和價格都一樣，故產(chǎn)生的差值是混煤銷售額的差值，最終得到的結(jié)果是目前25 mm塊煤洗選效益最差，相比全入洗工藝每年少732萬元，而脫粉工藝效益最高，相比目前每年多增收1 547萬元。

從計算結(jié)果可知，隨著原煤入洗率的提高，混煤的產(chǎn)量減少，洗選成本隨之增加，但混煤的發(fā)熱量增加，噸煤價格隨之增加，在當前的市場價格下，6 mm脫粉生產(chǎn)工藝對于上灣選煤廠來說，經(jīng)濟效益最佳。

3.5 不同市場形勢下各生產(chǎn)方式對效益的影響

從上文中已經(jīng)得出了上灣選煤廠目前最適合的工藝改造方案，但是由于近幾年煤炭行情變化莫測，煤炭價格波動也非常劇烈，為了探求不同生產(chǎn)工藝方式在不同煤炭價格下的效益情況，將近年間歷史最高點的煤價帶入進行了計算，得出了在此價格體系下不同生產(chǎn)方式對經(jīng)濟效益的影響，見表5。

表5 不同生產(chǎn)方式下的經(jīng)濟效益(價格二) 萬元/a

由表5可知，在較高煤價的前提下，現(xiàn)有25 mm塊煤洗選生產(chǎn)方式的利潤最高，相比全入洗增加了6 456萬元，相比脫粉入洗，增加了3 387萬元。

從計算結(jié)果可知，由于目前生產(chǎn)方式的入洗率最低，導(dǎo)致混煤的產(chǎn)量最高，而發(fā)熱量升高帶來的價格差值影響變少，洗選成本差值的影響變大，最終形成25 mm塊煤洗選的最佳效益。

為更好的分析不同煤價下各生產(chǎn)方式的效益趨勢，計算了近幾年噸煤價格從300元/t到650元/t時各生產(chǎn)方式的經(jīng)濟效益，并且為了更好的反應(yīng)變化趨勢，做了效益差值趨勢圖，如圖1所示。

圖1 不同生產(chǎn)方式在不同煤價下效益差值趨勢圖

由圖1可知，以現(xiàn)有25 mm塊煤洗選工藝生產(chǎn)方式作為參照，方式一全入洗的效益差值隨著煤價的升高在逐漸降低，且煤價到達520元/t以上后，效益差為負值；方式二6 mm脫粉入洗工藝生產(chǎn)方式的煤價從300元/t到475元/t時效益差值逐漸升高，煤價從475元/t到575元/t時效益差值逐漸降低，而煤價到達575元/t以上后，效益差為負值。

從計算結(jié)果可知，當煤價在410元/t以下時，全入洗工藝的經(jīng)濟效益最好，當煤價在410元/t到575元/t時，6 mm脫粉入洗工藝經(jīng)濟效益最好，當煤價在575元/t以上時，現(xiàn)有生產(chǎn)方式25 mm塊煤洗選工藝的經(jīng)濟效益最好。

4 結(jié)語

通過上述針對上灣選煤廠工藝改造方案的不同生產(chǎn)方式下商品煤產(chǎn)量、發(fā)熱量、經(jīng)濟效益及在不同煤價基礎(chǔ)下的效益差值的詳細對比分析，可看出不同洗選工藝對選煤廠商品煤的質(zhì)量和經(jīng)濟效益都會帶來不同程度的影響，是否進行脫粉工藝或全入洗工藝改造要根據(jù)原煤的性質(zhì)和市場對煤炭需求決定，綜合考慮后最終選擇經(jīng)濟效益最佳的生產(chǎn)方式。