羅時(shí)磊

(北京圓之翰工程技術(shù)有限公司，北京 100015)

1 晉城地區(qū)無(wú)煙煤洗選加工現(xiàn)狀

晉城地區(qū)具有豐富的無(wú)煙煤資源，沁水煤田南部區(qū)因盛產(chǎn)優(yōu)質(zhì)無(wú)煙煤而享譽(yù)全國(guó)，無(wú)煙煤煤礦分布于該地區(qū)南北東西近200km的廣泛區(qū)域，該地區(qū)積累了豐富的無(wú)煙煤洗選加工的寶貴經(jīng)驗(yàn)，形成了近乎固定的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和洗選加工思路[1]。

該地區(qū)各生產(chǎn)煤礦基于自身市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要，選煤廠原煤洗選加工深度普遍較深，通常建有末煤洗選系統(tǒng)，但因?yàn)槭袌?chǎng)空間所限，絕大多數(shù)選煤廠末煤并未全部入洗。

以晉煤集團(tuán)為例，根據(jù)調(diào)研取得的信息，位于集團(tuán)北部區(qū)的趙莊和長(zhǎng)平兩礦因煤的可磨性較好，是生產(chǎn)噴吹煤的主力礦井，噴吹煤產(chǎn)量約相當(dāng)于兩礦每年原煤產(chǎn)量的25%左右，而位于集團(tuán)南部區(qū)的寺河礦，因煤的可磨性差[2]，末精煤產(chǎn)量?jī)H相當(dāng)于原煤量的10%左右。選煤廠末煤洗選主要基于兩方面的需要：一是實(shí)時(shí)滿足噴吹煤的市場(chǎng)需求，以使選煤廠效益最大化；二是根據(jù)原煤質(zhì)量的變化，洗選部分末煤，以提高或是穩(wěn)定商品末煤的質(zhì)量。總體而言，晉煤集團(tuán)全集團(tuán)末煤實(shí)際入洗比例不超過(guò)50%。

該地區(qū)各選煤廠典型的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為：洗中塊(80～30mm)、洗小塊(30～13mm)、冶金末精煤和動(dòng)力末煤(13～0mm)，個(gè)別選煤廠間或生產(chǎn)(13～6mm)洗小粒產(chǎn)品，塊精煤產(chǎn)品控制灰分小于等于14%，末精煤產(chǎn)品控制灰分小于等于11%，各塊煤產(chǎn)品對(duì)限下率均有嚴(yán)格要求，末煤產(chǎn)品對(duì)粒度上限有嚴(yán)格要求(信息來(lái)源：晉煤集團(tuán)2019年“藍(lán)焰”煤炭產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn))。

近年來(lái)，塊煤固定床間歇?dú)饣に囉捎谔幚砟芰π?、自?dòng)化水平低等因素，有逐漸被末煤氣化技術(shù)取代的趨勢(shì)。晉煤地區(qū)無(wú)煙煤的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也面臨局部調(diào)整，其趨勢(shì)是：逐步減少塊精煤產(chǎn)量，適當(dāng)增加末精煤產(chǎn)量，具體做法是適當(dāng)下調(diào)塊煤洗選上限。

2 該地區(qū)礦井原煤可選性基本面貌

雖然本地區(qū)主要以無(wú)煙煤為主，但隨煤層埋深以及分布區(qū)域不同，煤質(zhì)也稍有不同，但總體上有一定的規(guī)律。本文重點(diǎn)分析主力生產(chǎn)冶金末精煤的3#低硫無(wú)煙煤，代表性地選取了位于該地區(qū)一南一北，寺河和長(zhǎng)平兩礦的原煤煤質(zhì)資料。兩礦原煤的篩分組成見(jiàn)表1，浮沉組成見(jiàn)表2和表3[3，4]。

表1 兩礦篩分組成對(duì)比表

篩分組成特點(diǎn)概括為：①由南至北，煤的可磨性越來(lái)越好，在原煤灰分相近的前提下，-13mm末煤產(chǎn)出率相差近10%；②原煤各粒級(jí)灰分隨著粒度降低，北部區(qū)趨勢(shì)尤為明顯；③原煤必須經(jīng)由洗選，才能生產(chǎn)符合市場(chǎng)需求的塊精煤和末精煤。

表2 寺河礦原煤浮沉組成

表3 長(zhǎng)平礦原煤浮沉組成

浮沉組成特點(diǎn)概括為：①南部區(qū)煤的基元灰分小于北部區(qū)，但北部區(qū)煤中低密度級(jí)產(chǎn)率高于南部區(qū)；②塊煤的基元灰分明顯高于末煤，相同密度級(jí)浮物累計(jì)灰分相差約1%～2%；③相同精煤灰分時(shí)，北部區(qū)原煤的可選性總體上好于南部區(qū)；④塊精煤控制灰分14%，理論分選密度南部區(qū)在1.8g/cm3左右，北部區(qū)在2.0g/cm3左右；末精煤控制灰分11%，理論分選密度南部區(qū)在1.6g/cm3左右，北部區(qū)在1.8g/cm3左右；⑤以理論分選密度1.8g/cm3計(jì)，北部區(qū)煤排矸后可直接得到質(zhì)量符合要求的塊精煤和末精煤，南部區(qū)則塊精煤質(zhì)量合格，末精煤灰分超標(biāo)，需排除一部分中煤產(chǎn)品。

3 當(dāng)?shù)孛禾肯催x工藝的常規(guī)選擇及認(rèn)識(shí)誤區(qū)

晉城地區(qū)各大型礦井的選煤廠普遍采用的分選工藝為“塊煤重介淺槽+末煤重介旋流器+粗煤泥TBS或螺旋分選機(jī)”分選，塊煤通常全部洗選，末煤部分洗選?？傮w上看，該工藝和本地區(qū)煤的品種、原煤煤質(zhì)特點(diǎn)以及和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)需求是吻合的。部分地方或民營(yíng)選煤廠，為節(jié)省投資計(jì)，也有少量采用不分級(jí)跳汰分選工藝，通過(guò)一種分選設(shè)備同時(shí)生產(chǎn)塊精煤、末精煤兩種產(chǎn)品。

選煤工藝的選擇跟選煤廠廠型、原煤可選性、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等諸多因素有關(guān)[5，6]。尤其是當(dāng)塊精煤和末精煤獨(dú)立生產(chǎn)時(shí)，設(shè)計(jì)人員往往很容易往塊、末煤分別入洗的思路上靠，而忽視對(duì)煤質(zhì)和產(chǎn)品的深入研究。有相當(dāng)一部分設(shè)計(jì)人員想當(dāng)然地認(rèn)為，既然塊精煤的控制灰分為14%，末精煤的控制灰分為11%，當(dāng)然是塊、末煤分別入洗，更能保證各自的最大回收率。但事實(shí)上，就目前的塊煤重介排矸工藝而言，實(shí)際生產(chǎn)中很少把介質(zhì)密度設(shè)置在1.8g/cm3以上，一則高密度分選導(dǎo)致介耗增加和設(shè)備磨損嚴(yán)重；二則，當(dāng)分選密度達(dá)到1.8g/cm3時(shí)，塊矸石灰分已經(jīng)達(dá)到70%以上，已經(jīng)沒(méi)有再提高分選密度的必要了。晉煤集團(tuán)各主要選煤廠歷年生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)也顯示，塊精煤灰分很少有突破13%的情況(信息來(lái)源：晉煤集團(tuán)商品煤數(shù)量、質(zhì)量統(tǒng)計(jì)表)。

對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和質(zhì)量需求的固化理解，導(dǎo)致相當(dāng)一部分設(shè)計(jì)人員枉顧廠型大小，輕易采用塊、末煤分別洗選的方案，導(dǎo)致很多弊端。包括且不限于以下方面：①原煤先分級(jí)，塊、末分別洗選，煤流不斷分、合，生產(chǎn)系統(tǒng)極其復(fù)雜，設(shè)備配用臺(tái)數(shù)大大增加；②煤流多次分、合，增加了塊煤粉碎的機(jī)會(huì)，實(shí)踐表明每多一個(gè)工藝環(huán)節(jié)，塊煤量減少約1%；③塊、末煤分別入洗，名義上是兼顧了精煤質(zhì)量和矸石灰分，實(shí)際上卻很難做到；④塊煤淺槽分選，限下末煤進(jìn)入塊煤分選系統(tǒng)，得不到有效分選，為了控制塊煤產(chǎn)品的限下率又要從塊煤產(chǎn)品中把末煤篩分出來(lái)；⑤塊、末煤系統(tǒng)分開(kāi)，再加上考慮脫粉等因素，設(shè)備配套紛繁復(fù)雜，轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)名目繁多，選煤廠生產(chǎn)管理難度大大增加；⑥設(shè)備選型很難同時(shí)適應(yīng)塊、末煤之間的數(shù)量波動(dòng)，導(dǎo)致兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)要么負(fù)荷不足，要么負(fù)荷過(guò)重，很難實(shí)現(xiàn)設(shè)備處理能力的均衡配置。

4 無(wú)壓三產(chǎn)品旋流器在大通選煤廠的應(yīng)用

無(wú)壓三產(chǎn)品旋流器分選工藝的提出是基于對(duì)該地區(qū)原煤的可選性和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的分析，目的是簡(jiǎn)化工藝系統(tǒng)[7]，通過(guò)無(wú)壓三產(chǎn)品旋流器一種設(shè)備分選出精煤、中煤、矸石三個(gè)產(chǎn)品，再利用雙層脫介篩自身的分級(jí)能力，塊精煤和塊中煤合并后正好生產(chǎn)出符合質(zhì)量要求的塊精煤產(chǎn)品，末中煤則根據(jù)最終末精煤產(chǎn)品質(zhì)量要求，全部或部分摻配到旋流器末精煤中。

在該應(yīng)用中，除了利用了無(wú)壓三產(chǎn)品旋流器可以通過(guò)單一低密度懸浮液同時(shí)分選出精煤、中煤和矸石三種產(chǎn)品外，更重要是利用了無(wú)壓三產(chǎn)品旋流器入料無(wú)需經(jīng)由泵送的特點(diǎn)，使其入料上限不受泵的過(guò)流粒徑影響，僅取決于無(wú)壓三產(chǎn)品旋流器本身的允許粒度上限，并同時(shí)達(dá)到了“保塊”的目的。

對(duì)無(wú)壓三產(chǎn)品旋流器應(yīng)用于無(wú)煙煤分選的顧慮通常來(lái)自對(duì)其入料上限的擔(dān)憂。一般經(jīng)驗(yàn)是，無(wú)壓三產(chǎn)品旋流器的入料粒度上限和二段旋流器直徑、一二段之間連接管直徑以及二段旋流器底流口直徑相關(guān)。要求：dmax≤(0.06～0.08)D，其中，dmax為旋流器入料粒度上限，D為二段旋流器直徑；二段旋流器底流口及旋流器一二段中間連接管直徑必須三倍以上于入料粒度上限[8-10]。

大通選煤廠位于晉城北部地區(qū)，在綜合考慮該地區(qū)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和煤質(zhì)特征的前提下，采用了6mm選前脫粉，80～6mm采用經(jīng)定制化設(shè)計(jì)的“3CDC1100/780無(wú)壓三產(chǎn)品旋流器+1～0.25mm粗煤泥TBS”分選工藝，分選3#原煤，系統(tǒng)小時(shí)通過(guò)能力達(dá)到400t/h左右，合格介質(zhì)密度1.28g/cm3，洗精煤和洗中煤產(chǎn)品合并。經(jīng)過(guò)一年多的生產(chǎn)實(shí)踐，其間經(jīng)歷了洗選工程煤和掘進(jìn)煤的嚴(yán)酷檢驗(yàn)，洗中塊和洗小塊灰分長(zhǎng)期穩(wěn)定在12%～13%之間，末精煤灰分長(zhǎng)期穩(wěn)定在10.5%～11.0%之間，矸石灰分長(zhǎng)期穩(wěn)定在70%以上。該分選工藝，通過(guò)一種分選設(shè)備同時(shí)實(shí)現(xiàn)了塊煤和末煤的精確分選，極大地簡(jiǎn)化了工藝流程，節(jié)省了系統(tǒng)投資。

以原煤準(zhǔn)備和主廠房洗選系統(tǒng)為口徑，“塊煤淺槽+末煤旋流器”分選工藝和無(wú)壓三產(chǎn)品洗選工藝投資對(duì)比見(jiàn)表4。

表4 方案投資對(duì)比表 元

通過(guò)大通選煤廠的建設(shè)實(shí)踐，取得了以下的經(jīng)驗(yàn)和啟示：

1)通過(guò)定制化設(shè)計(jì)，無(wú)壓三產(chǎn)品旋流器入洗上限可以得到提高，用于晉城地區(qū)無(wú)煙煤的分選是可行的。

3)單一工藝分選該地區(qū)無(wú)煙煤，能夠滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品質(zhì)量要求，可有效解決塊末煤分選系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置導(dǎo)致的系統(tǒng)復(fù)雜，投資大的缺點(diǎn)。

4)原煤由單一設(shè)備分選，脫介、脫水乃至產(chǎn)品分級(jí)環(huán)節(jié)歸并，有效解決了塊、末煤比例不均衡且容易變化的問(wèn)題，有效地發(fā)揮了設(shè)備的處理能力，任何一個(gè)工藝環(huán)節(jié)不會(huì)出現(xiàn)明顯的負(fù)荷不均衡問(wèn)題。

5)無(wú)壓三產(chǎn)品旋流器因其特殊的分選機(jī)理，加之流程短潔，在塊煤防破碎方面，效果不遜色于淺槽工藝。

6)因?yàn)闊o(wú)壓三產(chǎn)品旋流器的分選下限大大低于淺槽，進(jìn)入旋流器的分級(jí)篩限下物能夠得到有效的分選，這是塊煤淺槽分選工藝無(wú)法做到的。

5 結(jié) 語(yǔ)

晉城地區(qū)近年來(lái)有采用80～25mm智能干法分選，25～1mm采用有壓或無(wú)壓三產(chǎn)品旋流器分選的工藝趨勢(shì)，筆者認(rèn)為，該工藝雖則照顧了智能干選設(shè)備分選下限不足的問(wèn)題，但塊煤智能干法分選受識(shí)別精度及分選精度的制約，無(wú)法在保證塊精煤灰分指標(biāo)的同時(shí)解決矸石帶煤嚴(yán)重的問(wèn)題。為了保證塊精煤和塊矸石的質(zhì)量要求，如果再出一個(gè)中間產(chǎn)品破碎后去旋流器洗選，對(duì)于本來(lái)就屬于易選的排矸段而言，既導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜化，又不利于保證塊煤產(chǎn)率。同時(shí)，25～1mm級(jí)物料通過(guò)旋流器分選，并未直接得到-13mm的末精煤產(chǎn)品，仍存在復(fù)雜的分級(jí)、脫水、精煤和中煤組合等問(wèn)題，加之，因洗選系統(tǒng)被過(guò)度切割，各工藝環(huán)節(jié)物料流量越來(lái)越小，使設(shè)備選型陷于尷尬的境地。