趙道文

（晉能控股煤業(yè)集團大地選煤工程有限責(zé)任公司，山西 大同 037003）

1 概況

大地選煤廠位于山西省大同市，是典型的煉焦煤選煤廠，年產(chǎn)量3500 萬t/a，產(chǎn)品主要包括精煤、中煤、矸石以及煤泥。其中，精煤主要包括TBS精煤、重介精煤以及浮選精煤三種；中煤包括TBS 尾煤和重介中煤；矸石主要為重介選矸石；煤泥為浮選尾煤。選煤廠重介精煤、TBS 精煤以及浮選精煤組織生產(chǎn)的灰分分別為10.51%～11%、10.50%～12%、＜10.50%。大地選煤廠現(xiàn)主要有一車間與二車間兩個選煤車間，其工藝大體相同，工藝流程如圖1。50～1 mm 的原煤采用重介質(zhì)旋流器工藝分選出的為矸石、中煤以及精煤三個產(chǎn)品；1～0.25 mm 的粗煤泥采用TBS 粗煤泥分選機技術(shù)分選出的為中煤與精煤產(chǎn)品；-0.25 mm 的煤泥采用浮選機工藝分選出的為煤泥與精煤兩種產(chǎn)品。由于大地選煤廠的產(chǎn)品是由生產(chǎn)系統(tǒng)不同的分選作業(yè)組合加工而成的，選煤廠的最終產(chǎn)品也是由各個分選作業(yè)產(chǎn)品混合而成，故不同的分選產(chǎn)品的產(chǎn)率與灰分也各不相同。若要提升產(chǎn)品質(zhì)量，通過優(yōu)化改造選煤廠設(shè)備與工藝流程耗資巨大，洗選車間的時間與場地也無法滿足，故采用洗選工藝指標(biāo)優(yōu)化的方法對洗煤廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與工藝進行優(yōu)化研究[1-6]，以期提高企業(yè)經(jīng)濟效益。

圖1 大地選煤廠選煤工藝流程示意圖

2 選煤廠破碎解離規(guī)律研究

2.1 原煤性質(zhì)分析

對選煤廠原煤進行采樣與制備處理并對其進行性質(zhì)分析，原煤中干燥基含量為2.56%，灰分約為51%，屬高硫高灰煤；煉焦原煤鏡質(zhì)組含量最高為43.25%，殼質(zhì)組含量最低為1.5%，惰質(zhì)組含量約27.32%，礦物含量約為28.9%。煉焦煤的煤巖組分中惰質(zhì)組揮發(fā)分最低，殼質(zhì)組最高，鏡質(zhì)組在中部。在顯微組分中，殼質(zhì)組含量較低使得煤炭整體揮發(fā)分較低，使得該原煤屬粘結(jié)性較強的原煤；原煤的硫分測定采用庫倫滴定法。經(jīng)分析，原煤中的有機硫占比從大到小分別為噻吩、硫醚鍵和巰基。其中，占比約為70%噻吩最難脫除，故大地選煤廠脫硫的最大極限為1.2%～1.38%左右。對原煤進行浮沉試驗后發(fā)現(xiàn)，原煤粒度的減小會使低密度原煤的產(chǎn)率增大，-13 mm 密度級產(chǎn)率變化不明顯，高密度級原煤產(chǎn)率會逐漸減??；原煤粒度特性更適合Rosin-Rammler 模型，誤差僅有2%。

2.2 破碎解離試驗研究

選煤廠破碎解離試驗將原煤分為25～13 mm 與50～25 mm 兩組進行試驗，試驗過程流程圖如圖2。50～25 mm 粒級的原煤將分成25 mm 與13 mm 破碎粒度進行試驗，25 mm 破碎粒度試驗后的產(chǎn)品按0.5 mm、6 mm 與13 mm 進行篩分，再將25～13 mm 粒級的煤樣按13 mm 破碎粒度進行破碎并按0.5 mm與6 mm 進行篩分。其余分類的25～13 mm 粒級均按上述方法進行處理。

圖2 破碎解離試驗流程示意圖

2.3 破碎解離規(guī)律分析

通過上述試驗主要得出了兩方面結(jié)論：一方面是破碎對精煤產(chǎn)率的影響，50～25 mm 粒級的原煤破碎到13 mm 時產(chǎn)率提升2.1%，破碎為25 mm 時產(chǎn)率提高僅0.51%，破碎到25 mm 的原煤再破碎到-13 mm 后，矸石與煤的解離程度顯著提高。因此，將50～25 mm 粒級的原煤破碎-13 mm 時對精煤的回收利用更為有利。在精煤灰分要求方面，10.5%的灰分要求產(chǎn)率的增加略高于11%；25～13 mm 粒級的原煤破碎到25 mm 時產(chǎn)率提高較為顯著，約提升10%，灰分要求對該過程的產(chǎn)率影響較小。另一方面為破碎對硫分的影響，50～25 mm 粒級的原煤破碎到13 mm 與25 mm 且灰分要求為11%時，精煤的硫分含量均有所降低，并且破碎粒度越小硫分含量就越低；50～25 mm 粒級原煤與25～13 mm 粒級原煤破碎至-13 mm 結(jié)論也同樣如此，總體來說影響不大。經(jīng)綜合分析研究發(fā)現(xiàn)，50～25 mm 粒級原煤不進行破碎處理，25～13 mm 粒級破碎到-13 mm的破碎工藝最為合適，提升產(chǎn)率約2.25%，效果提升顯著。

3 TBS 分選效果預(yù)測研究

在床層壓力一定的情況下，上升水流流量的提升可使分選密度有所提升。大地選煤廠上升水流流量指標(biāo)的確定是通過調(diào)整上升水流流量數(shù)值，計算出底流與溢流指標(biāo)并進行比較最終確定上升水流速率。該方法操作繁瑣，需浪費大量人力、物力，故本文對大地選煤廠各參數(shù)對分選密度參數(shù)影響規(guī)律進行研究分析[7-10]，計算不同密度級溢流與底流的分配率，實現(xiàn)不同密度級TBS 底流與溢流產(chǎn)品指標(biāo)的預(yù)測分析。

（1）利用FLUENT 流體力學(xué)模擬軟件對粗煤泥TBS 分選過程進行模擬，湍流模型選擇RSM 模型，顆粒運動選擇DPM 模型。

（2）Case 1 采用大地選煤廠TBS 分選機模型、參數(shù)、尺寸以及過往的入料密度數(shù)據(jù)。TBS 尺寸與操作參數(shù)為分選機直徑為3 m，入料粒度為-1 mm，入料質(zhì)量濃度為52.46%，上升水流量為92 m3/h。大地選煤廠入料密度數(shù)據(jù)見表1。大地選煤廠入料密度組成中間密度級的物料占比相對較少，物料占比最高的主要集中在-1.4 g/cm3與+1.8 g/cm3密度級的部分，產(chǎn)率具體為44.63%、34.58%。TBS幾何模型示意圖如圖3。

圖3 TBS 幾何模型示意圖

表1 大地選煤廠入料密度數(shù)據(jù)表

（3）Case 2 設(shè)置上升水流速度分別為40 mm/s、35 mm/s、30 mm/s、25 mm/s、20 mm/s。將上述數(shù)據(jù)輸入軟件后，可得不同上升水流的參數(shù)值。當(dāng)上升水流流速為20 mm/s 時，a=4.092，b=52.34，c=1.312，E=0.066；當(dāng)上升水流流速為25 mm/s 時，a=3.428，b=37，c=1.41，E=0.079；當(dāng)上升水流流速為30 mm/s 時，a=3.09，b=30，c=1.511，E=0.087； 當(dāng)上 升 水 流 流 速 為35 mm/s 時，a=2.709，b=23，c=1.511，E=0.087；當(dāng)上升水流流速為40 mm/s 時，a=2.248，b=16，c=1.698，E=0.12。其中，a、b、c為軟件內(nèi)函數(shù)參數(shù)，E為可能偏差。采用三參數(shù)正態(tài)分布模型擬合上述a、b、c以及E值可得擬合模型為：a=0.269 2/Ep；b=0.226 4/Ep2；δ=c。其中，δ為分選密度。

完成TBS 分選效果預(yù)測模型后，將不同的密度級輸入模型，再利用等基元灰分方法即可對精煤產(chǎn)率進行分析。將不同的分選密度輸入模型后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)TBS 分選密度為1.358 g/cm3時，精煤產(chǎn)率最大，為9.17%。

4 參數(shù)優(yōu)化測試

將灰分要求設(shè)定為11%，破碎解離設(shè)定為0～25 mm 粒級原煤不進行破碎處理，25～13 mm 粒級破碎到-13 mm，TBS 分選密度設(shè)定為1.358 g/cm3。按上述參數(shù)進行工藝參數(shù)優(yōu)化并進行實際生產(chǎn)測試后發(fā)現(xiàn)，大地選煤廠生產(chǎn)總精煤產(chǎn)率提高為44.58%，較之前的40.12%提高約4.46%，符合參數(shù)優(yōu)化相關(guān)要求。

5 結(jié)論

（1）通過分析不同粒度級的原煤破碎解離規(guī)律進行研究發(fā)現(xiàn)，采用50～25 mm 粒級原煤不進行破碎處理、25～13 mm 粒級破碎到-13 mm 的工藝最為合適，該參數(shù)設(shè)置較之前的設(shè)置可提升精煤產(chǎn)率約2.25%。

（2）利用FLUENT 流體力學(xué)模擬軟件對粗煤泥TBS 分選過程進行模擬可實現(xiàn)TBS 分選效果預(yù)測分析。運用等基元灰分方法結(jié)合TBS 分選效果預(yù)測數(shù)據(jù)可得，TBS 分選密度為1.358 g/cm3時，精煤產(chǎn)率最大，為9.17%。

（3）將TBS 分選密度與破碎解離相關(guān)參數(shù)應(yīng)用大地選煤廠后發(fā)現(xiàn)，大地選煤廠生產(chǎn)總精煤產(chǎn)率提高為44.58%，提高精煤產(chǎn)率約4.46%。