嵩山煤矿无烟煤加工提质方案的探讨

陈国平，张振红

(1.河南能源化工集团有限公司，河南 郑州 450046；2.永城煤电控股集团有限公司，河南 永城 476600)

嵩山煤矿无烟煤加工提质方案的探讨

陈国平1，张振红2

(1.河南能源化工集团有限公司，河南 郑州 450046；2.永城煤电控股集团有限公司，河南 永城 476600)

基于对嵩山煤矿原煤的粒度组成、密度组成、泥化特性等分析，根据煤炭市场形势与国家政策确定产品定位，并结合细粒级筛分与干法选煤技术发展状况，对该煤矿无烟煤加工提质方案进行探讨，同时预测了相应加工提质方案下的经济效益。

无烟煤；易泥化；高变质；加工提质

嵩山煤矿设计能力为0.60 Mt/a，实际核定生产能力为0.90 Mt/a，可采储量为67.38 Mt，煤种为低灰、低磷、低硫、中高发热量、易泥化的粉状1号无烟煤。由于矿井地处顶板、底板、煤层三软的偃龙煤田，煤炭质量难以有效控制，原煤发热量常年在16.73～18.82 MJ/kg之间，时而影响产品的正常销售。随着国家空气污染治理力度的加大，煤炭清洁利用成为大势所趋，通过分选加工提高煤质，使产品适应市场需求已刻不容缓。鉴于该煤矿原煤煤质的特殊性，通过筛分、浮沉等试验综合分析其特性，根据市场形势和国家政策确定产品定位，并结合细粒级筛分与干法选煤技术发展状况探讨有效的提质增效方案。

1 原煤煤质特征

1.1 粒度组成

嵩山煤矿原煤粒度组成如表1所示。由表1可知：>13 mm粒级产率仅为7.55%，灰分高达68.25%，<13 mm粒级灰分为38.27%；原生煤泥含量高达33.14%，灰分为27.14%，说明原煤易碎；随着粒级的减小，各粒级灰分逐渐降低，且降幅很大，进一步说明原煤脆而易碎。

表1 原煤粒度组成

1.2 >0.5 mm粒级密度组成

>0.5 mm粒级密度组成如表2所示。由表2可知：<1.60 g/cm3密度级产率仅为4.08%，1.60～1.70、>2.00 g/cm3两个密度级产率分别为33.48%、51.41%，且1.60～1.70 g/cm3密度级灰分高达10.38%，>2.00 g/cm3密度级灰分高达86.60%。如果通过分选将>2.00 g/cm3密度级高灰矸石排出， >0.5 mm粒级的精煤理论灰分为12.25%，理论产率为48.59%；浮沉煤泥产率高达27.07%、灰分为39.41%，说明原煤泥化现象非常严重，不但原煤易泥化，而且矸石也存在泥化现象。

表2 >0.5 mm粒级密度组成

1.3 <0.5 mm粒级原生煤泥特性

1.3.1 粒度与密度特性

原生煤泥的粒度与密度组成如表3、表4所示。由表3、表4可知：煤泥的主导粒级为0.5～0.25 mm和<0.045 mm两个粒级，特别是<0.045 mm粒级，其产率高达37.18%；<1.70 g/cm3密度级的灰分为8.32%，占本级产率为30.44%，占全级的产率仅为10.09%。

表3 原生煤泥粒度组成

表4 原生煤泥密度组成

1.3.2 煤泥分步释放浮选试验

原生煤泥、浮沉煤泥分步释放浮选试验参照MT/T 144—1997《选煤实验室分步释放浮选试验方法》进行，结果如表5、表6所示。由表5、表6可知：对于原生煤泥来说，要求浮选精煤灰分为10.66%时，精煤理论精煤产率为76.17%；对于浮沉煤泥来说，浮选精煤理论灰分为14.16%时，精煤理论产率仅为61.41%，相对来说浮沉煤泥更加难选。

表5 原生煤泥分步释放浮选试验结果

表6 浮沉煤泥分步释放浮选试验结果

1.4 原煤与矸石的泥化特性

为了进一步了解原煤和矸石的泥化特性，参照MT/T 109—1996《煤和矸石泥化试验方法》进行泥化试验，结果表7所示。

由表7可知：随着翻转时间的延长，<0.5 mm粒级的产率逐渐增大，当翻转时间为20 min时该粒级产率大于20%，说明原煤易泥化。随着翻转时间的延长，<0.5 mm粒级的灰分逐渐增大，说明矸石存在泥化现象；不同翻转时间时<0.045 mm粒级的灰分绝大部分在50%以上，其小于给料灰分，说明矸石更易泥化。

表7 煤与矸石泥化试验结果

2 产品定位

根据国能煤炭[2014]571号《关于促进煤炭安全绿色开发和清洁高效利用的意见》，要提高我国煤炭产品质量和利用标准，大力发展煤炭洗选加工；到2020年，我国原煤入选率要在80%以上，实现应选尽选。国能煤炭[2015] 37号《关于促进煤炭工业科学发展的指导意见》指出，推进煤炭清洁高效利用，要严格执行《商品煤质量管理暂行办法》，提高原煤入选率和商品煤质量[1]。河南省即将执行的《河南省商品煤质量管理办法》要求，生产、加工、储运等环节的商品煤质量要满足：硫含量≤1.00%，发热量≥18 MJ/kg，在中国境内远距离运输(大于600 km)的商品煤发热量要大于20 MJ/kg。嵩山煤矿原煤质量不能满足要求，加之煤炭行业整体不景气，市场竞争激烈，通过加工提质来提高产品质量势在必行。

该原煤变质程度高，可磨指数过高，采用管道输送松散性较差，<0.045 mm粒级含量较高，且易泥化。以其洗选无烟喷吹煤没有优势[2-4]，且其挥发分低，二氧化碳反应性较弱，硅铝比仅为1.44，作为化工用煤也不占优势。但该原煤硫含量低，结合周边企业对煤质的要求，原煤排矸后可作为化工用煤、发电原料或优质动力煤。

3 加工提质方案探讨

3.1 选煤工艺选择

嵩山煤矿原煤属于密度最高的1号无烟煤，目前国内外除北京木城涧矿采用复振跳汰机分选块煤外，尚未查到其他洗选此类煤的选煤厂。该原煤呈细粉状，偶见块状(由粉煤自然压缩而成)，手捻即成煤粉。>0.5 mm粒级含量为48.76%，采用末煤跳汰机分选难度极大，尚无成功先例。由于原生煤泥、浮沉煤泥含量分别为33.14%、18.10%，采用湿法分选时煤泥量将占原煤的1/2以上；另外，原煤易泥化，遇水后细泥很多，煤泥水处理成本高。

为验证该原煤采用重介工艺分选的可行性，曾于2011年将2 000 t原煤运送到采用无压三产品重介质旋流器分选工艺的永锦选煤厂试选。洗选结果显示：综合精煤水分为18.50%，循环水浓度高达281.45 g/L，效果不理想。由于分选密度高，系统介质循环量大，介耗高达2.60%。

鉴于上述情况，为了有效规避因湿法分选需要处理大量煤泥而带来的高额建厂投资和运行成本，同时考虑需要提高和稳定产品质量，结合对原煤煤质特性、产品定位及当前细粒级筛分与干法选煤技术发展状况，建议选用以下选煤工艺：采用弛张筛对原煤进行筛分，分级粒度可定在8 mm或6 mm，并通过合理选型保证筛分效率，提高末煤发热量；将筛上物通过风选提质，并通过合理措施有效减少除尘工作量。

为了解干法选煤效果，采用复合式干法选煤机在现场进行了干法分选试验。试验结果(表8)表明：采用干法分选机选出的精煤产品发热量可以根据需要在一定范围内调整，产品硫含量可保证在0.5%以下，说明采用干法分选技术具有很大的可行性。

表8 原煤风选时各段的产品质量

3.2 主要设备选型

该煤矿设计能力为0.6 Mt/a，投产不久通过攻关机械化采掘关键技术，已全面实现机械化采煤，实际生产能力可达0.90 Mt/a。据了解新郑精煤公司已实现弛张筛3 mm筛分，设备按最大生产能力选型，同时考虑通过增加筛分面积来提高筛分效率，故选用一台筛面面积为20 m2的弛张筛，实现6～3 mm粒级原煤的分级。>3 mm粒级的产率为35.79%，>6 mm粒级的产率为18.77%，进入复合式干法选煤机的原煤量按30%计算，则每年的原煤理论处理量为0.3 Mt；按18 h/d、330 d/a的工作制度考虑，则需要选用处理能力为50 t/h的FGX-6复合式干法选煤机分选大于3～6 mm粒级原煤。

3.3 加工提质方案

结合该煤矿地面筛分系统现状，将现有的滚轴筛更换成弛张筛，分级粒度可根据煤质情况定为8 mm或6 mm，从而保证筛分效果；筛上物由带式输送机运送至复合式干法选煤机分选，检测分选机各段产品质量，根据市场需要合理调控，确保最终产品满足要求。不同质量的产品分堆存放，根据产品质量确定销售价格。

4 效益预测

根据上述分析可知：原煤灰分为40.53%时，<6 mm、<3mm粒级的灰分分别为35.50%、32.47%，折合发热量分别为19.44 MJ/kg、20.32 MJ/kg；原煤灰分为44.61%时，产品灰分下降近10个百分点，发热量提高3.35 MJ/kg。生产统计结果显示，正常情况下原煤灰分在34%～40%之间波动，此时原煤发热量在19.93～17.56 MJ/kg之间，采用弛张筛对其分级并对筛上物分选后，发热量可达20.07 MJ/kg，甚至大于20.91 MJ/kg。

当前该煤矿电煤销售价格为：产品发热量>20.91 MJ/kg时，每4.18 MJ/kg的单价为70元/t；产品发热量在18.82～20.91 MJ/kg之间时，每4.18 MJ/kg的单价为63元/t；产品发热量在16.73～18.82 MJ/kg之间时，每4.18 MJ/kg的单价为61元/t；产品发热量低于16.73 MJ/kg时，用户拒绝收购。

采用复合式干法选煤机分选时，第五段排料的发热量为3.58 MJ/kg，为确保商品煤质量合格、稳定，以及随着原煤发热量的提高矸石发热量有所提升，将第四段部分排料与第五段排料混合，作为最终矸石。风选矸石发热量按4.18 MJ/kg计算，发热量为17.56 MJ/kg的每吨原煤可分选出0.8 t 的20.91 MJ/kg 商品煤，产品每4.18 MJ/kg的单价由61元/t提升到70元/t；原煤加工费按8元/t计算，每吨煤可增收15.87元，即每吨原煤可增收15.87元。

弛张筛和复合式干法选煤机成套估价分别为100万元和150万元，其他辅助设备投资预计为100万元，总投资估算为350万元。该煤矿的实际生产能力分别按0.6 Mt/a和0.9 Mt/a计算，则每年可分别增收948万元和1 422万元，运行半年即可收回投资成本。就经济效益预测来看，该方案具有很大的可行性。

5 结语

我国煤炭市场受产能过剩与经济发展速度的影响及低成本进口煤的冲击，在很长一段时间内将处于供大于求的局面。随着我国环境污染治理力度的加大，加速煤炭洁净利用成为必然趋势，加工提质是煤炭洁净利用的源头和提高煤炭产品市场竞争力的有效手段。加工提质不仅要提高和稳定产品质量，还要提升企业经济效益，因此必须结合原煤煤质特点及所在区域的交通运输条件，确定终端用户并分析其需求，合理定位产品。对于煤质特殊的原煤，更要结合国内外最新的煤炭分选及相关技术的发展，科学选择加工提质方案，并确保方案在技术方面、经济方面均可实施。嵩山煤矿极细、易泥化高变质无烟煤加工提质方案，不但能使产品满足市场需求，而且可为企业带来一定经济效益。该方案的探讨与制定，对于其他特殊原煤的加工提质有一定的借鉴意义。

[1] 张振红.永贵能源煤炭洗选加工现状及规划[J].煤炭加工与综合利用，2015(7)：24-27.

[2] 张引刚.浅谈高炉喷吹煤评价指标[J]. 选煤技术, 2003(6):58-60.

[3] 张卫东，祁成林，张建良，等. 高炉喷吹煤粉的粉体流动性与煤质相关性[J]. 北京科技大学学报, 2012(4):430-435.

[4] 高 斌，顾 飞，杨天钧. 高炉高煤比喷吹煤种的选择[J]. 炼铁, 2001(1):48-50.

Discussion of anthracite upgrading method in Songshan coal mine

CHEN Guo-ping1，ZHANG Zhen-hong2

(1.Henan Energy & Chemical Industry Group Co., Ltd., Zhengzhou, Henan 450046, China；2. Yongcheng Coal & Electricity Holding Group Co., Ltd., Yongcheng, Henan 476600, China)

As requirement for coal market and national policy, product positioning is determined by analyzing raw coal features in Songshan coal mine, such as size composition, density composition, degradation features in water etc. In combination with status of development of fines screening and dry coal washing technologies, anthracite upgrading method is discussed, predicting its economic benefit.

anthracite; prone to degradation in water; high metamorphism; upgrading

TD94

A

1001-3571(2015)04-0064-04

2015-04-05

10.16447/j.cnki.cpt.2015.04.018

陈国平(1966—)，男，河南省济源市人，高级工程师，从事选煤厂技术、煤质管理与煤炭销售工作。

E-mail: chenguoping6789@126.com Tel：0371-69337162