低阶动力煤浮选技术在燕家河选煤厂的应用

魏昌杰，段建中，张新志，赵永茂

(1.中煤科工集团唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗选工程技术研究中心，河北 唐山 063012;3.旬邑县中达燕家河煤矿有限公司，陕西 咸阳 713500)

低阶动力煤浮选技术在燕家河选煤厂的应用

魏昌杰1,2，段建中3，张新志3，赵永茂3

(1.中煤科工集团唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗选工程技术研究中心，河北 唐山 063012;3.旬邑县中达燕家河煤矿有限公司，陕西 咸阳 713500)

为了提高燕家河选煤厂的原煤洗选比例，降低动力煤洗选下限，基于实验室浮选试验，在生产现场进行了煤泥浮选工业性试验。试验结果表明：浮选尾煤灰分为64.43%，浮选精煤产率为61.60%，浮选精煤可燃体回收率为79.03%，收到基低位发热量为22.63 MJ/kg，浮选效果非常理想；浮选精煤掺入电煤销售，可显著提高企业经济效益。

低阶动力煤；浮选；收到基低位发热量；精煤产率

燕家河选煤厂于2002年建成投产，是一座洗选能力为2.00 Mt/a的矿井型动力煤选煤厂。选煤工艺为200～80 mm粒级由浅槽重介质分选机排矸、80～20 mm(80～0 mm)粒级由三产品重介质旋流器分选、煤泥浓缩压滤回收的联合工艺，为适应市场变化的要求，原煤可全级入选，也可只洗选>20 mm块煤。入选原煤为不粘煤，粘结指数为零，具有中低灰、中低硫的特点。洗选产品包括80～30 mm精中块，30～25 mm精小块，<25 mm精末煤、电煤、煤泥、矸石。该选煤厂曾尝试采用全重介选煤工艺分选全粒级原煤，但占原煤产率10%～15%、灰分高达35%的<0.25 mm细煤泥得不到有效分选，且煤泥Qnet,ar(收到基低位发热量)不足14.50 MJ/kg，难以有效利用。

浮选是利用表面性质差异分选细粒煤的一种物理化学方法，是分选中高阶煤中<0.5 mm煤泥应用最广、效果最好的选煤方法[1-4]。由于低阶煤含氧官能团多、表面疏水性差，工业上一直未能采用浮选方法分选低阶煤泥[5-9]。为了减少煤泥数量，低阶动力煤选煤厂一般不洗选<20 mm原煤，将其直接作为电煤销售。就目前的选煤技术发展情况来看，低阶煤浮选技术已成为制约大力提高动力煤洗选比例的技术瓶颈。为了响应国家加快能源结构调整和推进能源清洁利用行动计划[9]，提高煤炭资源回收效果和利用效率，燕家河选煤厂就低阶煤浮选进行了尝试。

1 存在问题与原因分析

1.1 存在问题

自2012年以来煤炭市场持续低迷，而用户对煤炭产品的质量要求更高。为满足客户对产品质量的要求，提高选煤厂经济效益，必须实现原煤的全粒级分选。通过对全厂工艺系统分析，发现主选系统的分选工艺和洗选设备均能满足生产需要，问题主要集中在煤泥水处理系统。其中的核心问题集中在如下两方面：缺少煤泥分选环节，煤泥直接压滤后灰分高、水分高、发热量低，影响产品销售；0.075～0.5 mm细煤泥未经分选而直接由卧式沉降离心机脱水回收，煤泥灰分较高、发热量较低，掺入电煤后影响产品质量。

1.2 原因分析

燕家河选煤厂原来的煤泥水处理系统原则流程如图1所示。浓缩旋流器溢流、振动弧形筛筛下水、离心液一起进入一次浓缩机，浓缩机底流由卧式沉降离心机脱水回收，脱水煤泥掺入电煤；沉降离心机离心液进入二次浓缩机，二次浓缩机底流由压滤机脱水，并回收煤泥；一次、二次浓缩机的溢流作为循环水，继续循环使用。

图1 煤泥水处理系统原则流程

从理论上来讲，一次浓缩机底流可通过卧式沉降离心机回收一部分粒度较粗的煤泥(0.075～0.5 mm粒级)，这部分煤泥可以掺入电煤，以提高电煤产量；离心液由二次浓缩机回收，可以减少煤泥产量。而现场实际生产过程中，粗煤泥灰分较高，发热量较低，掺入电煤后影响产品质量；压滤煤泥灰分更高，且发热量更低，插入煤泥产品后直接影响其销售。

2 煤泥实验室浮选效果

2.1 粒度组成

试样为原来的煤泥浓缩机入料(即现在的部分浮选机入料)，筛分试样质量为100 g，灰分为34.72%。根据GB/T 477—2008《煤炭筛分试验方法》测得其粒度组成如表1所示。

表1 燕家河选煤厂煤泥粒度组成

由表1可知：试样主导粒级为<0.045 mm，产率为51.92%，灰分高达47.15%，该粒级产率高，对浮选选择性存在不利影响；<0.045 mm灰分大于平均灰分，说明矸石易泥化。

2.2 浮选药剂用量试验

参照GB/T 4757—2013《煤粉(泥)实验室单元浮选试验方法》进行浮选药剂用量试验，捕收剂选用柴油，起泡剂选用仲辛醇。在矿浆浓度为60 g/L，预搅拌时间为2 min，矿浆与柴油、仲辛醇分别接触60、10 s，刮泡时间为3 min的条件下进行试验，结果如表2所示。

表2 浮选药剂用量试验结果

由表2可知：随着柴油与仲辛醇用量比的增大，浮选精煤产率先增大后减小，二者的最佳用量比为3∶1。随着药剂用量的增大，浮选精煤产率增大，当每吨干煤泥药剂用量为3 kg时，浮选精煤产率为67.72%，灰分为17.47%；当每吨干煤泥药剂用量为4 kg时，浮选精煤产率为69.72%，灰分为18.22%。综上分析，该选煤厂煤泥浮选时每吨干煤泥的最佳药剂用量为柴油2 250 g、仲辛醇750 g。

2.3 浮选速度试验与煤泥发热量预测

以柴油作为捕收剂，以仲辛醇作为起泡剂，在浮选药剂用量比为3∶1、每吨干煤泥加药量为3 kg的条件下进行浮选速度试验，结果如表3所示。

表3 浮选速度试验结果

为了确定燕家河选煤厂煤泥Qnet,ar与Ad的关系，假设浮选精煤的Qgr,d(干燥基高位发热量)为因变量y，Ad为自变量x，根据表3数据，按照y=ax+b线性关系，建立数学模型。

计算得到a=-0.425、b=34.713，即线性回归方程为Qgr,d=-0.425Ad+34.713(单位为MJ/kg)。通过对回归方程的相关系数R分析，可得出|R|=0.995，说明浮选精煤Qgr,d与Ad成线性关系。因此，可以推算出煤泥的Ad、Mt与Qnet,ar的计算式，即

实际生产中可利用计算式，根据要求的产品发热量和实际水分计算出其灰分。当产品水分为20%时，Qnet,ar与Ad变化曲线如图2所示；当产品灰分为17%时，Qnet,ar与Mt变化曲线如图3所示。由图2、图3可知：每个Ad对应的Qnet,ar为0.325 9 MJ/kg，每个Mt对应的Qnet,ar为0.291 6 MJ/kg。

图2 Ad与Qnet,ar关系曲线

当要求产品Qnet,ar为20.09 MJ/kg时，如果其Mt为22%，则对应的Ad应为18.09%。根据浮选试验结果，当浮选精煤Ad为18.09%时，γ为68.50%，Ec为85.05%。

图3 Mt与Qnet,ar关系曲线

3 工业应用

3.1 浮选原则流程

燕家河选煤厂目前的煤泥浮选原则流程如图4所示。将浓缩旋流器溢流、振动弧形筛筛下水给入浮选入料池，入料池的煤泥采用浮选机分选；浮选精矿采用加压过滤机脱水回收，加压过滤机滤液和浮选尾煤进入浓缩机，浓缩机底流采用压滤机脱水回收，浓缩机溢流作为循环水。

图4 煤泥浮选原则流程

该流程具有如下优点：①增加了煤泥浮选环节，其中的细煤泥能够得到有效分选和回收，提高了精煤产量；②浮选精矿采用加压过滤机脱水回收，浮选精煤水分低且较松散，在实现连续排料的同时，可使各种精煤掺配均匀；③工艺灵活方便，有利于连续生产。当浮选系统出现故障时，可将煤泥水直接给入浓缩机；当加压过滤机出现故障时，浮选精矿可直接采用压滤机脱水回收，能够保证生产系统连续、正常运行。

3.2 技术方案

根据实际生产数据，燕家河选煤厂的原煤入选量为550 t/h，煤泥占原煤入选量的10%～15%，煤泥水量为800 m3/h；浮选精煤产率为60%，尾煤产率为40%，浮选精矿浓度为180 g/L；加压过滤机的产品水分为20%，尾煤压滤机的产品水分为24%。通过选型计算，决定选用XJM-S28浮选机、120 m2的加压过滤机、700 m2的快开压滤机各一台。

根据设备布置需要新建一座2×3跨的浮选车间，厂房高度为24 m。投资预算为1 112.22万元，其中设备购置费、安装费840.76万元，土建费226.46万元，其他费用为45万元。

4 效益分析

4.1 运行成本

该选煤厂的工作制度为每年生产330 d，每天生产16 h；浮选系统每天的煤泥处理量为1 000 t，每小时的处理量为62.50 t。浮选系统运行成本主要由材料消耗费、动力成本、厂房与设备折旧费等部分组成，根据工作制度和材料实际消耗情况计算运行成本。

(1)材料消耗与维护保养费。根据每月的生产统计数据，浮选系统设备材料消耗与维护保养费为2元/t；每吨干煤泥的浮选药剂用量为1.50 kg，药剂价格为8 500元/t，即每吨干煤泥的浮选药剂成本为12.85元。综合计算，每年的材料消耗费和维护保养费为490.05万元。

(2)动力成本。浮选系统每小时的实际电耗为1 008 kW·h，电价按0.50元/(kW·h)计算，每年的电费为266.11万元。另外，浮选车间岗位司机共有六人，平均工资为6 500元/月，每年需要支出46.80万元的酬薪。

(3)厂房与设备折旧费。土建工程按50 a计算折旧，设备购置和安装工程按15 a计算折旧，每年的折旧费为60.58万元。

综上分析，浮选系统每年的运行成本为863.54万元。

4.2 经济效益

浮选系统生产数据统计结果(表4)表明：浮选精煤平均产率为61.60%，平均灰分为15.00%，平均水分为21.56%，平均收到基低位发热量为 22.63 MJ/kg；尾煤平均产率为38.40%，平均灰分为64.43%，平均浮选精煤可燃体回收率为79.03%，说明该煤泥浮选效果非常理想。

表4 浮选系统生产数据

浮选系统每年的煤泥入浮量为33万t，增加浮选系统后，将浮选精煤掺入电煤销售，电煤价格为290元/t，而煤泥价格为65元/t，因此每年可增加销售收入3 598.91万元，利润提高2 735.37万元。根据税前静态投资回收期计算方法，浮选精煤掺入电煤的税前静态投资回收期为0.41年，约为五个月，经济效益显著。

5 结语

燕家河选煤厂对低阶煤进行了浮选尝试，实践证明该煤泥的浮选效果非常理想。浮选精煤掺入电煤销售，每年可增加利润2 735.37万元；该项目的投资回收期约为五个月，经济效益显著。该选煤厂对低阶煤浮选技术的成功运用，开辟了我国低阶煤浮选的先河，对同类选煤厂的煤泥浮选具有重要参考价值。

[1] 王永刚,周剑林,林雄超.低阶煤含氧官能团赋存状态及其对表面性质的影响[J].煤炭科学技术,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

天地科技公司研发项目(KJ-2014-TSKY-01)

魏昌杰(1984—)，男，陕西省旬阳县人，助理研究员，硕士，从事选煤厂设计与浮选设备的研究、开发工作。

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