动力煤选煤厂低阶煤末煤洗选的经济技术对比

马 挺，张文鑫

(大同煤矿集团朔州煤电有限公司，山西 怀仁 038300)

0 前 言

目前我国低阶动力煤选煤厂在经济技术方面存在以下2个方面的问题:原煤入洗比例低，精煤产率偏低，影响选煤厂的经济效益；末煤不经过洗选，造成混末煤灰分偏高，发热量降低，同样影响选煤厂的效益[1]。从环保的角度出发，需降低工业燃煤的灰分、提高煤炭的燃烧效率及减少粉尘排放[2]。故应提高煤炭入洗比例以降低煤炭产品的灰分、硫分以及提高发热量，此为未来动力煤洗煤厂需考虑的问题[3]。对此，以神华集团包头矿业公司李家壕选煤厂为例，通过对该低阶煤动力煤选煤厂的选煤工艺进行深入探究，并经技术经济对比以提出进一步提高末煤入洗比例的最佳方案[4]。

1 李家壕选煤厂生产概况

1.1 工艺流程

李家壕选煤厂于2010年建成投产，设计规模为12.00 Mt/a。选煤厂目前采用200 mm～13 mm块煤浅槽分选，-13 mm末煤不分选，煤泥采用加压过滤机和压滤联合回收工艺。具体方法如下:

(1)原煤首先经预先筛分即进入固定分级筛(φ200 mm)分级，筛上原煤经手选后进入原煤破碎机，破碎后原煤与筛下(200 ～0 )mm原煤一起进入原煤分级筛(φ13 mm)进行干湿分级作业，-13 mm的末煤不入选，经弧形筛和离心机脱水后作为混末煤产品。分级后200 mm～13 mm粒级煤进入重介浅槽分选,200 mm～50 mm洗大块和50 mm～13 mm洗混块，分别运至洗大块仓和洗混块仓。

(2)最终产品有精煤、混煤、煤泥及矸石，其中精煤发热量(Qnet，ar)为20.09 MJ/kg ～20.93 MJ/kg，主要经火车销往区外；混煤发热量(Qnet，ar)为15.90 MJ/kg ～16.74 MJ/kg，主要在区内销售；煤泥及矸石由于发热量较低，一般直接废弃。根据用户情况，精煤与混煤也可配煤销售，煤泥也可掺入混煤产品，其产品主要用于电煤、民用煤。

1.2 存在问题

李家壕选煤厂投产至今，一直受到原煤含矸量大、灰分高、水分高、煤质波动大等问题的困扰，使产品质量无法提高，且原煤入洗比例与精煤回收率均较低，选煤厂的经济效益差。目前洗选工艺存在的问题主要包括以下3个方面:①精煤回收率偏低，选煤厂经济效益差；②混末煤灰分、水分偏高，造成发热量偏低，影响售价；③煤泥灰分、水分偏高，无法掺入混末煤，只能排弃。

2 探究洗选工艺方案的确立

为了提高李家壕选煤厂的经济效益，需对选煤厂进行技术改造[5]。通过提高原煤入洗比例，增加精煤产率及产品发热量，提高企业经济效益。

针对现有生产系统存在的问题，提出以下解决方案:

(1)块煤洗选的可行性研究论证。降低块煤分选下限方案，200 mm～6 mm块煤浅槽洗选方案，即将重介浅槽入料下限由13 mm降为6 mm，

增加原煤入洗比例，提高精煤产率[6]，并与原工艺进行经济技术对比，论证块煤洗选工艺的可行性。

(2)末煤洗选的可行性研究论证。增加末煤洗选系统，即200 mm～6 mm块煤浅槽，-6 mm粉煤洗选系统，并与原来的末煤不入洗工艺进行经济技术对比，论证末煤洗选工艺的可行性[7]。

探究方案技术路线包括对块煤分选系统的研究及末煤生产系统的研究，分别如图1、图2所示。

图1 块煤分选研究路线图

图2 末煤分选研究路线图

3 可行性研究论证

3.1 原煤可选性分析

此次原煤可选性分析资料以生产大样《李家壕煤矿3-1煤层可选性试验报告》为基础资料，原煤筛分浮沉试验见表1～表4。

表1 李家壕选煤厂原煤筛分实验

粒级/mm产物名称产率/%筛上累计/%灰分/%煤0.907.76200手选夹矸煤矸石0.7393.36小计1.641.6446.19煤2.106.98200～100手选夹矸煤矸石2.3594.17小计4.466.0953.00煤5.506.80100～50手选夹矸煤矸石4.1993.64小计9.7015.7944.34>50合计15.7915.7946.9850～25煤18.8634.6529.9525～13煤17.7052.3529.0713～6煤15.0367.3723.026～3煤16.0683.4424.073～1煤8.8492.2728.441～0.5煤4.5396.8032.030.5～0煤3.20100.0033.11毛煤合计10030.56

表2 李家壕选煤厂200mm～13mm粒级原煤浮沉试验综合表

浮沉密度/(g·mL-1)浮沉组成/%占本级占全样灰分浮物累计/%数量灰分沉物累计/%数量灰分/%+0.1含量分选密度数量/%可选性-1.3052.0527.167.0552.057.05100.0034.761.3097.67极难选1.30～1.4015.778.2310.4867.817.8547.9564.841.4023.37较难选1.40～1.500.460.2426.1968.277.9732.1991.471.501.19易选1.50～1.600.370.1934.7868.648.1231.7392.421.600.85易选1.60～1.700.220.1239.1668.878.2231.3693.091.701.32易选1.70～1.800.200.1045.0069.068.3231.1393.481.801.23易选1.80～1.900.200.1052.4669.268.4530.9493.781.901.17易选1.90～2.000.180.0967.9569.438.6030.7494.05+2.0030.5715.9594.20100.0034.7630.5794.20小计100.0052.1834.76煤泥0.310.1643.71总计100.0052.3534.79

表3 李家壕选煤厂200mm～6mm粒级原煤浮沉试验综合表

浮沉密度/(g·mL-1)浮沉组成/%占本级占全样灰分浮物累计/%数量灰分沉物累计/%数量灰分+0.1含量分选密度数量/%可选性-1.3051.8534.647.0851.857.08100.0032.041.3097.28极难选1.30～1.4018.8112.5710.2370.657.9248.1558.921.4026.87较难选1.40～1.500.710.4724.0271.368.0829.3590.121.501.53易选1.50～1.600.410.2734.6371.778.2328.6491.751.600.95易选1.60～1.700.280.1940.1072.058.3528.2392.581.701.74易选1.70～1.800.220.1545.2072.268.4627.9593.101.801.43易选1.80～1.900.190.1352.5772.468.5827.7493.481.901.28易选1.90～2.000.180.1267.9072.638.7227.5493.77+2.0027.3718.2993.94100.0032.0427.3793.93小计100.0066.8232.04煤泥0.820.5547.02总计100.0067.3732.17

表4 李家壕选煤厂6mm～0.5mm粒级原煤浮沉试验综合表

浮沉密度/(g·mL-1)浮沉组成/%占本级占全样灰分浮物累计/%数量灰分沉物累计/%数量灰分/%+0.1含量分选密度数量/%可选性-1.3021.015.516.9621.016.96100.0024.741.3087.16极难选1.30～1.4051.3413.478.7872.358.2578.9929.471.4068.29极难选1.40～1.505.341.4016.2477.698.8027.6567.871.509.37易选1.50～1.602.440.6424.3780.129.2822.3180.231.604.24易选1.60～1.701.080.2835.9681.219.6319.8887.081.708.27易选1.70～1.800.760.2047.2581.979.9818.7990.031.805.73易选1.80～1.900.520.1463.4782.4910.3218.0391.831.904.64易选1.90～2.000.520.1474.4083.0010.7217.5192.67+2.0016.994.4693.27100.0024.7517.0093.23小计100.0026.2424.74煤泥10.813.1841.99总计100.0029.4226.60

通过浮沉试验综合表绘制200 mm～13 mm、200 mm～6 mm、6 mm～0.5 mm原煤的可选性曲线，分别如图3～图5所示。

图3 200 mm～13 mm原煤可选性曲线

图4 200 mm～6 mm原煤可选性曲线

图5 6 mm～0.5 mm原煤可选性曲线

由表1～表4和图3～图5可知:

(1)对比200 mm～13 mm和200 mm～6 mm浮沉试验可知，不同分选密度下δ±0.1含量相当，在分选密度为1.30 g/mL和1.40 g/mL时可选性均为极难选，当分选密度大于1.50 g/mL(包括1.50 g/mL)时可选性均为易选[8]。对于动力煤选煤厂，分选密度一般设定在1.50 g/mL以上，所以可认为当降低块煤分选下限到6 mm时，生产符合要求的精煤产品和使精煤产量最大化的情况下，原煤的可选性较好时，重介浅槽的分选密度应定在1.50 g/mL～1.90 g/mL。

(2)分析6 mm～0.5 mm此部分粉煤的浮沉组成可看出，其浮沉组成呈现中间小两头大的趋势，为易选煤，通过δ±0.1含量可知，当分选密度为1.30 g/mL和1.40 g/mL时可选性均为极难选，当分选密度大于1.50 g/mL(包括1.50 g/mL)时可选性均为易选。若此部分粉煤存在洗选必要时，则在满足产品要求的情况下，洗选密度应定在1.50 g/mL～1.90 g/mL。

3.2 块煤洗选的可行性研究论证

由于降低了浅槽的分选下限，分析浮沉资料中200 mm～13 mm和200 mm～6 mm的浮沉组成可知，200 mm～6 mm浮沉组成中低密度物含量较之200 mm～13 mm浮沉组成中低密度物含量有明显的提升，因此即可进一步提高精煤产率，且提高矸石含量能有效促进排矸[9]。

依据煤质资料、产品结构及工艺流程以计算最终产品平衡表，根据现场提供的原煤及产品价格、洗选成本初步测算效益情况，就原工艺(200 mm～13 mm块煤重介浅槽、末煤不入选)和探究工艺(200 mm～6 mm块煤重介浅槽、粉煤不入选)进行产品结构技术特征比较，详见表5。

表5 产品结构技术特征比较

由表5可知，经洗选加工可生产4种产品，分别为精煤、混煤、煤泥及矸石，其中精煤发热量(Qnet，ar)为20.50 MJ/kg以上，混煤发热量(Qnet，ar)为16.32 MJ/kg以上，煤泥发热量(Qnet，ar)为7.95 MJ/kg左右，矸石基本无发热量。+13 mm块煤重介浅槽洗选方案(现有系统方案)的精煤产率为33.98%，混末煤产率为48.81%，外排煤泥为2.01%，矸石15.20%，产品回收率为82.79%。

为进一步论证末煤入洗的可选性，借鉴选煤厂块煤重介浅槽分选工艺的改造与优化经验[10]，据现场提供的原煤及产品价格、洗选成本，初步测算效益情况并进行产品结构经济效益比较，见表6。

表6 产品结构经济效益比较

产品名称产量/(Mt·a-1)吨煤价格/(元·t-1)成本/万元销售收入/万元销售利润/万元选煤厂销售利润/万元改造增加投资/万元精煤(200 mm～13 mm)2.0421543 834混末煤(13 mm～0 mm)2.9311533 679煤泥0.1210121+13 mm块煤入洗矸石0.9110912原煤6.0016096 000洗选成本16.6910 014税金1 163合计108 20977 513(30 696)(696)精煤(200 mm～6 mm)2.7521559 172混末煤(6 mm～0 mm)2.0111523 136煤泥0.1810178+6 mm块煤入洗矸石1.06101 058原煤6.0016096 000洗选成本16.6910 014税金1 235合计108 48582 308(26 177)3 8233 500

由表6可知:李家壕煤矿和选煤厂综合考虑每年亏损30 696 万元，单独考虑选煤厂(原煤市场价按110元/t计算)每年亏损696 万元。

+6 mm块煤重介浅槽，粉煤不入洗探究工艺，与现有工艺系统相比，其精煤产率提高11.98%，混末煤产率降低15.28%，外排煤泥产率提高0.96%，矸石产率提高2.43%。李家壕煤矿和选煤厂综合考虑每年亏损26 177 万元，略有下降，单独考虑选煤厂(原煤市场价按110 元/t计算)则出现盈利，每年利润3 823 万元，此方案改造需增加投资3 500 万元左右。

综上所述，可看出降低重介浅槽入料分选下限至6 mm，可以明显提高精煤产率，显著增加选煤厂经济效益，减亏明显，因此降低浅槽的分选下限到6 mm，在技术经济方面切实可行。

3.3 末煤洗选的可选性研究论证

从该厂的筛分资料看，6 mm～0 mm粉煤随着粒级降低却灰分增高，说明粒级越低则矸石含量越高，存在洗选的必要[11]。

根据所绘制的可选性曲线，从±0.1含量可看出当分选密度为1.40 g/mL以上时，可选性均为易选，因此将粉煤的分选密度定在1.50 g/mL ～1.90 g/mL。

依据煤质资料、产品结构及工艺流程，计算最终产品平衡表，根据现场提供的原煤资料及产品的各项生产指标，就原工艺(200 mm～13 mm块煤重介浅槽，末煤不入选)和探究工艺(200 mm～6 mm块煤重介浅槽，粉煤全部入选)进行产品结构技术特征比较见表7。由表7数据可知，块末煤同时洗选方案，其块煤精煤产率提高了11.89%，末精煤产率相对混末煤产率降低了24.87%，煤泥产率提高了5.06%，矸石产率提高了7.92%。

为进一步论证末煤入洗的可选性，根据现场提供的原煤资料及产品价格、洗选成本，结合相关研究[12]，初步测算效益情况并进行产品结构经济效益比较，见表8。

表7 产品结构技术特征比较

产品名称产率r/%灰分Ad/%水分Mt/%发热量Qnet.ar/(MJ·kg-1)精煤(200 mm～13 mm)33.988.1924.1620.53混末煤(13 mm～0 mm)48.8126.0022.2716.30+13 mm块煤入洗煤泥2.0145.7535.009.10矸石15.2093.2520.50原煤100.0030.5622.5015.10块精煤(200 mm～6 mm)45.878.3123.9920.53全入洗(+6 mm块煤浅末精煤(6 mm～0.5 mm)23.949.7127.6620.85槽,-6 mm粉煤旋流器)煤泥7.0745.7435.009.11矸石23.1292.4720.62原煤100.0030.5622.5015.10

表8 产品结构经济效益比较

产品名称产量/(Mt·a-1)吨煤价格/(元·t-1)成本/万元销售收入/万元销售利润/万元选煤厂销售利润/万元改造增加投资/万元精煤(200 mm～13 mm)2.0421543 834混末煤(13 mm～0 mm)2.9311533 679煤泥0.1210121+13 mm块煤入洗矸石0.9110912原煤6.0016096 000洗选成本16.6910 014税金1 163合计108 20977 513(30 696)(696)块精煤(200 mm～6 mm)2.7521559 172末精煤(6 mm～0.5 mm)1.4421931 457煤泥0.4210416全入洗(+6 mm块煤浅矸石1.39101 385槽,-6 mm粉煤旋流器)原煤6.0016096 000洗选成本18.5011 100税金1 274合计110 17590 629(19 546)3 94212 000

由表8可知:李家壕煤矿和选煤厂综合考虑每年亏损19 546万元，略有下降；单独考虑选煤厂则出现盈利，每年利润3 942万元，与+6 mm块煤重介浅槽洗选方案利润相近，但此方案改造需增加投资12 000万元左右。

由于李家壕选煤厂煤质灰分较高，尤其-6 mm粉煤灰分有反向升高趋势，因此，-6 mm粉煤存在洗选必要，但由于其经济效益提升并不明显，且改造投资较大，在目前煤炭行情不景气的情况下，增加-6 mm粉煤洗选没有必要。

4 相关技术改造措施

4.1 筛分系统的改造

(1)块原煤脱泥筛。原来的块原煤脱泥筛采用单层直线筛ZKG2448，筛孔为13 mm，由于降低了重介浅槽的分选下限，则需将13 mm的筛孔变为6 mm筛孔，方能满足生产需求，因此根据主厂房安装场地，将主厂房4台2 448脱泥筛筛孔更换为φ6 mm。

(2)末精煤离心机。原工艺采用的末精煤离心机为卧式HSG1200，由于降低浅槽的分选下限导致浅槽的处理量增大[13]，因而造成原先的末精煤离心机已不能满足正常的生产需求，因此根据入料量将4台HSG1200末精煤离心机更换为4台HSG1400末精煤离心机，并相应改造入料溜槽、滤液溜槽等非标件。

4.2 煤泥水系统的改造

由于降低了浅槽的分选下限，系统中末煤含量增多，导致煤泥水系统负荷加大，煤泥的回收利用量增多[14]。结合国内选煤厂煤泥水系统改造经验[15-26]，经过核算，浓缩机能够满足生产能力要求，压滤机则不能满足实际生产要求，需另外扩建压滤车间，增加3台500 m2压滤机及相应入料桶、给料泵、管道阀门等设备，才能更有效地回收煤泥以满足实际生产需求。

5 结论与展望

目前低阶煤动力煤选煤厂普遍存在精煤产率低和末煤不入选、混末煤灰分偏高、影响产品售价等问题，此次研究以神华集团包头矿业公司李家壕选煤厂为实例，针对李家壕选煤厂现有实际洗选方案出现的问题提出了2个技术方案，通过可选性研究论证可得以下结论:

(1)降低重介浅槽入料分选下限至6 mm，可明显提高精煤产率，显著增加选煤厂经济效益。

(2)从末煤全部洗选工艺的论证可看出，虽-6 mm粉煤存在洗选的必要，但由于对洗煤厂经济效益提升不明显，且煤炭市场走势不佳，投资大，因此不入选。

此次研究对李家壕选煤厂末煤洗选方案进行了论证，并与原工艺进行了经济技术对比，通过比较得到了最优的洗选工艺，但存在不少问题和局限之处需更深入研究及探讨。首先，目前重介浅槽入选下限一般为13 mm，国内入选下限为6 mm的用户几乎没有先例，建议对入选下限6 mm进一步探讨和深入研究；其次，需结合煤质、产品、市场及煤泥处理等技术经济情况对增加末煤洗选系统的可行性进一步试验论证，同时也可进行末煤和煤泥脱水试验论证。