齐 悦

北京华宇工程有限公司 北京 100000

随 着我国工业化的快速发展，煤炭资源利用率大幅增加，煤炭洗选行业的洁净煤技术也得到飞速发展。炼焦煤作为稀缺煤种，总储量相对较少，仅占我国煤炭储量的 27%，而且我国炼焦煤的可选性不强，难选型和极难选型炼焦煤储量占比高达 62%[1]。我国对于炼焦煤精煤品质的要求是灰分含量为 6%～ 10%，《煤炭工业发展“十三五”规划》中提到要对煤炭资源的洗选程序进行高精度发展，实现煤炭资源的提质[2]。因此，需要对炼焦煤原煤进行深度洗选，以保证稀缺的炼焦煤资源能够得到充分利用[3]。

1 存在问题

常村煤矿选煤厂年洗选能力为 120万 t，主要洗选原煤为炼焦煤，属于炼焦煤的群矿型选煤厂，为多家煤矿企业进行炼焦煤洗选工作，而多来源原煤造成煤质存在较大差异。

选煤厂原选煤工艺采用的是不分级混合入选，经过跳汰—浮选—浓缩压滤，将原煤分选为精煤、中煤及煤矸石。由于洗选原煤煤质差异过大，对于部分煤质较差的炼焦原煤，现有的洗选设备及洗选工艺无法适应，导致跳汰洗选时精煤产量降低，跳汰中煤内精煤含量增加，造成稀缺的优质炼焦煤资源的浪费，并降低了选煤厂的经济利益[4-5]。为解决这一问题，选煤厂集中技术力量对跳汰中煤做了筛分试验和浮沉试验，分别统计跳汰中煤内精煤的含量，结果如表 1、2 所列。

表1 跳汰中煤筛分试验结果Tab.1 Results of sieving test for jigging middle coal

由表 1 可知，跳汰中煤的颗粒度较粗，主要为-50 +6 mm。通过提升斗和振动筛进行脱水后，-0.5 mm 的煤泥含量很少；颗粒度越小，灰分含量越高，证明矸石的破碎程度比煤高。

由表 2 可知，1.4 g/cm3密度级以下的产率累计为 18.18%，灰分含量累计为 13.45%。密度级低的中煤产率高、灰分低，证明跳汰中煤含有精煤。

表2 跳汰中煤浮沉试验结果Tab.2 Results of float-and-sink test for jigging middle coal

为统计跳汰中煤精煤的含量，选煤厂对一周内(2020 年 3 月 11 日至 3 月 17日) 的中煤产品进行了检测，结果如表 3 所列。

表3 跳汰中煤中的精煤含量Tab.3 Content of clean coal in jigging middle coal

由表 3 可知，跳汰中煤内精煤含率较高，为8.13%～ 10.57%。可见，精煤损失量较大，需要对洗选工艺进行优化升级。

2 洗选工艺优化升级

2.1 方案思路与选择

针对洗选工艺的优化升级，选煤厂制定 3 种方案：方案 1，将主洗选设备中的跳汰分选设备更换为三产品重介质旋流器，保留煤泥处理系统；方案 2，对跳汰分选的中煤进行深加工，采用三产品重介质旋流器进一步分选；方案 3，使用原系统对跳汰中煤进行二次分选。

为确定以上方案的可行性，进行了论证对比。方案 3 优点明显，工艺简单，且无需资金投入；缺点是中煤与原煤的密度级差异明显，会导致灰分含量难以控制，造成其他产品的质量受到影响，同时对中煤进行二次分选时，一定会占用原煤的分选量，影响企业分选效率。因此，首先否决方案 3。

方案 1 和方案 2 在业内应用较为广泛，在同煤质的原煤洗选上，精煤灰分含量相差不大，精煤产率相当，主要是对成本进行比较，结果如表 4 所列。

表4 各方案的成本对比Tab.4 Comparison of various schemes in cost

由表 4 可知，方案 2 的投入成本少于方案 1，改造后的生产成本也较方案 1 更低。因此选择方案 2 对洗选工艺进行优化升级，在精煤产率和产品收益相当的情况下，节约成本支出。

2.2 中煤二次洗选

文献 [4] 认为中煤是矸石与煤炭的混合体，通过对矸石的解离操作能够提高中煤二次洗选的精煤产率。文献 [6-8] 对中煤的解离度无法制定系统标准，只能根据实际煤质来确定最符合企业需求的解离度，需要考虑成本投入和收益的对比。因此，选煤厂对中煤二次洗选的解离度进行试验研究，分别选择 6、13、25 mm 粒级的中煤进行破碎—筛分试验和破碎—浮沉试验，试验结果分别如表 5、6 所列。对破碎后的中煤可选性进行分析，绘制了各粒级的可选性曲线，分别如图 1～ 3 所示。分析结果如表 7 所列。

图1 25 mm 以下的中煤可选性曲线Fig.1 Separability curve of middle coal under 25 mm

表5 中煤破碎—筛分试验结果Tab.5 Results of breaking and sieving test for middle coal

表6 中煤破碎—浮沉试验结果Tab.6 Results of breaking and float-and-sink test for middle coal

表7 中煤破碎后的可选性分析Tab.7 Separability analysis on broken middle coal

图2 13 mm 以下的中煤可选性曲线Fig.2 Separability curve of middle coal under 13 mm

图3 6 mm 以下的中煤可选性曲线Fig.3 Separability curve of middle coal under 6 mm

由表 5、6 可知，当中煤的破碎等级为 25 mm时，1.4 g/cm3密度级以下的累计产率最高。这是因为当破碎等级为 13 和 6 mm 时，破碎煤泥量大幅增加，大量的低密度物质进入到煤泥中，造成大于 0.5 mm粒级的产量降低而导致的。

对图 1～ 3 及表 7 进行分析可知：在保证精煤灰分含量为 9.5% 的情况下，13 mm 破碎级中煤可选性最好；破碎至 25 mm 级时，精煤的产率最大，可达27.86%，并且破碎煤中泥量最小。因此，选择 25 mm破碎级进行中煤二次洗选。

经以上分析可知，本次优化升级的工艺是将中煤破碎至 25 mm 后，采用无压三产品重介质旋流器进行二次分选。工艺优化后的洗选流程如图 4 所示。

图4 工艺优化后的洗选流程Fig.4 Concentration process f low after technical optimization

3 优化效果分析

2020 年 10 月，选煤厂完成本次洗选工艺的优化升级，优化后的洗选效率得到了显著提高。工艺优化前后的产率对比如表 8 所列。

由表 8 可知，优化升级后，1.4 g/cm3以下密度物质含量显著减少，精煤产量得到提高，中煤产量以及发热量有所降低，矸石产量略有增加。按精煤价格为 850 元/t、中煤价格为 260 元/t，选煤厂设计年洗选量 120万 t 计算，优化升级后，每年洗选煤炭销售额为 8 955万元，增收将近 3 500万元，除去优化升级后增加的生产成本 360万元，每年可为洗煤厂带来3 140万元的经济效益。

表8 改造前后产品产率对比Tab.8 Comparison of product yield before and after optimization %

4 结语

常村选煤厂对原洗选工艺进行升级优化，新增无压入料三产品重介质旋流器对跳汰中煤进行了二次分选，升级方案用时 4 个月，简便易行。优化后的洗选系统效果显著，精煤产率明显提高，不仅避免了稀缺炼焦煤的浪费，而且为选煤厂创造了可观的经济效益。