无压三产品旋流器在晋城地区无烟煤分选的应用研究

罗时磊

(北京圆之翰工程技术有限公司，北京 100015)

1 晋城地区无烟煤洗选加工现状

晋城地区具有丰富的无烟煤资源，沁水煤田南部区因盛产优质无烟煤而享誉全国，无烟煤煤矿分布于该地区南北东西近200km的广泛区域，该地区积累了丰富的无烟煤洗选加工的宝贵经验，形成了近乎固定的产品结构和洗选加工思路[1]。

该地区各生产煤矿基于自身市场竞争的需要，选煤厂原煤洗选加工深度普遍较深，通常建有末煤洗选系统，但因为市场空间所限，绝大多数选煤厂末煤并未全部入洗。

以晋煤集团为例，根据调研取得的信息，位于集团北部区的赵庄和长平两矿因煤的可磨性较好，是生产喷吹煤的主力矿井，喷吹煤产量约相当于两矿每年原煤产量的25%左右，而位于集团南部区的寺河矿，因煤的可磨性差[2]，末精煤产量仅相当于原煤量的10%左右。选煤厂末煤洗选主要基于两方面的需要：一是实时满足喷吹煤的市场需求，以使选煤厂效益最大化；二是根据原煤质量的变化，洗选部分末煤，以提高或是稳定商品末煤的质量。总体而言，晋煤集团全集团末煤实际入洗比例不超过50%。

该地区各选煤厂典型的产品结构为：洗中块(80～30mm)、洗小块(30～13mm)、冶金末精煤和动力末煤(13～0mm)，个别选煤厂间或生产(13～6mm)洗小粒产品，块精煤产品控制灰分小于等于14%，末精煤产品控制灰分小于等于11%，各块煤产品对限下率均有严格要求，末煤产品对粒度上限有严格要求(信息来源：晋煤集团2019年“蓝焰”煤炭产品质量标准)。

近年来，块煤固定床间歇气化工艺由于处理能力小、自动化水平低等因素，有逐渐被末煤气化技术取代的趋势。晋煤地区无烟煤的产品结构也面临局部调整，其趋势是：逐步减少块精煤产量，适当增加末精煤产量，具体做法是适当下调块煤洗选上限。

2 该地区矿井原煤可选性基本面貌

虽然本地区主要以无烟煤为主，但随煤层埋深以及分布区域不同，煤质也稍有不同，但总体上有一定的规律。本文重点分析主力生产冶金末精煤的3#低硫无烟煤，代表性地选取了位于该地区一南一北，寺河和长平两矿的原煤煤质资料。两矿原煤的筛分组成见表1，浮沉组成见表2和表3[3，4]。

表1 两矿筛分组成对比表

筛分组成特点概括为：①由南至北，煤的可磨性越来越好，在原煤灰分相近的前提下，-13mm末煤产出率相差近10%；②原煤各粒级灰分随着粒度降低，北部区趋势尤为明显；③原煤必须经由洗选，才能生产符合市场需求的块精煤和末精煤。

表2 寺河矿原煤浮沉组成

表3 长平矿原煤浮沉组成

浮沉组成特点概括为：①南部区煤的基元灰分小于北部区，但北部区煤中低密度级产率高于南部区；②块煤的基元灰分明显高于末煤，相同密度级浮物累计灰分相差约1%～2%；③相同精煤灰分时，北部区原煤的可选性总体上好于南部区；④块精煤控制灰分14%，理论分选密度南部区在1.8g/cm3左右，北部区在2.0g/cm3左右；末精煤控制灰分11%，理论分选密度南部区在1.6g/cm3左右，北部区在1.8g/cm3左右；⑤以理论分选密度1.8g/cm3计，北部区煤排矸后可直接得到质量符合要求的块精煤和末精煤，南部区则块精煤质量合格，末精煤灰分超标，需排除一部分中煤产品。

3 当地煤炭洗选工艺的常规选择及认识误区

晋城地区各大型矿井的选煤厂普遍采用的分选工艺为“块煤重介浅槽+末煤重介旋流器+粗煤泥TBS或螺旋分选机”分选，块煤通常全部洗选，末煤部分洗选。总体上看，该工艺和本地区煤的品种、原煤煤质特点以及和产品结构需求是吻合的。部分地方或民营选煤厂，为节省投资计，也有少量采用不分级跳汰分选工艺，通过一种分选设备同时生产块精煤、末精煤两种产品。

选煤工艺的选择跟选煤厂厂型、原煤可选性、产品结构等诸多因素有关[5，6]。尤其是当块精煤和末精煤独立生产时，设计人员往往很容易往块、末煤分别入洗的思路上靠，而忽视对煤质和产品的深入研究。有相当一部分设计人员想当然地认为，既然块精煤的控制灰分为14%，末精煤的控制灰分为11%，当然是块、末煤分别入洗，更能保证各自的最大回收率。但事实上，就目前的块煤重介排矸工艺而言，实际生产中很少把介质密度设置在1.8g/cm3以上，一则高密度分选导致介耗增加和设备磨损严重；二则，当分选密度达到1.8g/cm3时，块矸石灰分已经达到70%以上，已经没有再提高分选密度的必要了。晋煤集团各主要选煤厂历年生产数据统计也显示，块精煤灰分很少有突破13%的情况(信息来源：晋煤集团商品煤数量、质量统计表)。

对产品结构和质量需求的固化理解，导致相当一部分设计人员枉顾厂型大小，轻易采用块、末煤分别洗选的方案，导致很多弊端。包括且不限于以下方面：①原煤先分级，块、末分别洗选，煤流不断分、合，生产系统极其复杂，设备配用台数大大增加；②煤流多次分、合，增加了块煤粉碎的机会，实践表明每多一个工艺环节，块煤量减少约1%；③块、末煤分别入洗，名义上是兼顾了精煤质量和矸石灰分，实际上却很难做到；④块煤浅槽分选，限下末煤进入块煤分选系统，得不到有效分选，为了控制块煤产品的限下率又要从块煤产品中把末煤筛分出来；⑤块、末煤系统分开，再加上考虑脱粉等因素，设备配套纷繁复杂，转载环节名目繁多，选煤厂生产管理难度大大增加；⑥设备选型很难同时适应块、末煤之间的数量波动，导致两个独立的系统要么负荷不足，要么负荷过重，很难实现设备处理能力的均衡配置。

4 无压三产品旋流器在大通选煤厂的应用

无压三产品旋流器分选工艺的提出是基于对该地区原煤的可选性和产品结构的分析，目的是简化工艺系统[7]，通过无压三产品旋流器一种设备分选出精煤、中煤、矸石三个产品，再利用双层脱介筛自身的分级能力，块精煤和块中煤合并后正好生产出符合质量要求的块精煤产品，末中煤则根据最终末精煤产品质量要求，全部或部分掺配到旋流器末精煤中。

在该应用中，除了利用了无压三产品旋流器可以通过单一低密度悬浮液同时分选出精煤、中煤和矸石三种产品外，更重要是利用了无压三产品旋流器入料无需经由泵送的特点，使其入料上限不受泵的过流粒径影响，仅取决于无压三产品旋流器本身的允许粒度上限，并同时达到了“保块”的目的。

对无压三产品旋流器应用于无烟煤分选的顾虑通常来自对其入料上限的担忧。一般经验是，无压三产品旋流器的入料粒度上限和二段旋流器直径、一二段之间连接管直径以及二段旋流器底流口直径相关。要求：dmax≤(0.06～0.08)D，其中，dmax为旋流器入料粒度上限，D为二段旋流器直径；二段旋流器底流口及旋流器一二段中间连接管直径必须三倍以上于入料粒度上限[8-10]。

大通选煤厂位于晋城北部地区，在综合考虑该地区产品结构特点和煤质特征的前提下，采用了6mm选前脱粉，80～6mm采用经定制化设计的“3CDC1100/780无压三产品旋流器+1～0.25mm粗煤泥TBS”分选工艺，分选3#原煤，系统小时通过能力达到400t/h左右，合格介质密度1.28g/cm3，洗精煤和洗中煤产品合并。经过一年多的生产实践，其间经历了洗选工程煤和掘进煤的严酷检验，洗中块和洗小块灰分长期稳定在12%～13%之间，末精煤灰分长期稳定在10.5%～11.0%之间，矸石灰分长期稳定在70%以上。该分选工艺，通过一种分选设备同时实现了块煤和末煤的精确分选，极大地简化了工艺流程，节省了系统投资。

以原煤准备和主厂房洗选系统为口径，“块煤浅槽+末煤旋流器”分选工艺和无压三产品洗选工艺投资对比见表4。

表4 方案投资对比表 元

通过大通选煤厂的建设实践，取得了以下的经验和启示：

1)通过定制化设计，无压三产品旋流器入洗上限可以得到提高，用于晋城地区无烟煤的分选是可行的。

3)单一工艺分选该地区无烟煤，能够满足产品结构和产品质量要求，可有效解决块末煤分选系统独立设置导致的系统复杂，投资大的缺点。

4)原煤由单一设备分选，脱介、脱水乃至产品分级环节归并，有效解决了块、末煤比例不均衡且容易变化的问题，有效地发挥了设备的处理能力，任何一个工艺环节不会出现明显的负荷不均衡问题。

5)无压三产品旋流器因其特殊的分选机理，加之流程短洁，在块煤防破碎方面，效果不逊色于浅槽工艺。

6)因为无压三产品旋流器的分选下限大大低于浅槽，进入旋流器的分级筛限下物能够得到有效的分选，这是块煤浅槽分选工艺无法做到的。

5 结 语

晋城地区近年来有采用80～25mm智能干法分选，25～1mm采用有压或无压三产品旋流器分选的工艺趋势，笔者认为，该工艺虽则照顾了智能干选设备分选下限不足的问题，但块煤智能干法分选受识别精度及分选精度的制约，无法在保证块精煤灰分指标的同时解决矸石带煤严重的问题。为了保证块精煤和块矸石的质量要求，如果再出一个中间产品破碎后去旋流器洗选，对于本来就属于易选的排矸段而言，既导致系统复杂化，又不利于保证块煤产率。同时，25～1mm级物料通过旋流器分选，并未直接得到-13mm的末精煤产品，仍存在复杂的分级、脱水、精煤和中煤组合等问题，加之，因洗选系统被过度切割，各工艺环节物料流量越来越小，使设备选型陷于尴尬的境地。