乌东煤矿原煤可选性分析及选煤工艺研究

巴玉龙

(国家能源集团新疆能源有限责任公司 乌东洗选厂，新疆 乌鲁木齐 830027)

煤炭洗选在我国煤炭资源开发中占据着重要地位。在中央《煤炭开采和洗选业行业发展“十三五”规划纲要》中，明确提出至2020年煤炭开采和洗选行业目标，即整体增长幅度应在30%以上。为响应煤炭行业发展要求和满足能源需求，各地也相继出台地方指导性促进政策，以实现行业渗透率提升。在此背景下，煤炭开采和洗选行业享受到丰富的政策红利，使行业发展迎来前所未有之机遇。西方发达国家在煤炭洗选行业较为注重对新型工艺的应用和技术创新，而我国则更侧重于规模建设，在洗选工艺上仍然存在巨大差距，致使我国煤炭洗选行业受到扼制。根据2019年统计数据显示，我国全年煤炭开采和洗选业总收入2.266万亿元，增幅达到5.5%，利润总额为2 882亿元，增幅为5.2%。2020年将进一步扩大洗选中心配套规模，注重选煤设施的改造升级，使原煤入选能力达到32亿t以上，入选率实现75%的全新突破。

1 乌东选煤厂煤炭洗选概况

洗选中心乌东选煤厂位于乌鲁木齐市东郊，距市区40 km，行政归属为乌鲁木齐市米东区。近年来，随着煤炭市场需求的增加，为适应市场发展格局，提升煤炭洗选能力和实现资源整合，实现矿井集中出煤、集中排水，公司提出了“四矿联合技术改造”项目，以此推动煤矿产业的升级。洗选中心乌东选煤厂由原铁厂沟、碱沟、大洪沟和小红沟等4个生产矿井构成，依托对各煤矿资源的整合开发，加强对煤炭深部煤炭资源的联合利用。地缘上，乌东井田地处准噶尔盆地南缘，属博格达山前丘陵地形。

洗选中心乌东选煤厂是国家能源集团新疆能源有限公司下属企业，主要服务于乌东煤矿。乌东选煤厂作为大型、矿井型选煤厂，设计年处理原煤量为8.00 Mt/a，每小时可处理1 515.15 t原煤。主要由该矿生产原煤6.0 Mt/a，以及六道湾煤矿、苇湖梁煤矿及周边小煤矿2.0 Mt/a外来煤组成，从运输方式上看，该矿以带式输送机进行原煤运输，外来煤则采取汽车运输入厂。

2 乌东煤矿原煤可选性分析

经乌东煤矿生产煤样分析，包括铁厂沟、碱沟、小红沟及大洪沟等煤矿，粒度>13 mm块煤含量平均为49.73%，在乌东煤矿设计环节，将原煤粒度>13 mm块煤产率以50%计。

2.1 筛分分析

根据原煤筛分试验结果显示，当原煤粒度级为25～13 mm、3～0.5 mm时，其产率相对较低，其余产率变化幅度微弱。参考所提供的原煤样本数据，+50 mm级矸石产率占比为7.35%，在本粒级中占比为33.55%，由此确定样本为高含矸量煤，应对煤块采取排矸处理。另外，原煤粉分与粒度级间比例关系为，灰分随粒度变小而降低，但粒度<0.5 mm粉煤灰分则例外，其增幅甚至达到27.47%，由此可见，高灰分物在粒度<0.5 mm原生煤泥中含量较大。

2.2 浮沉分析

原煤筛分浮沉试验结果显示，在不同原煤粒级中，当实验数值为1.40 g/cm3时，密度物含量可达51.88%以上，且灰分相近；当实验数值为1.5～2.0 g/cm3时，则密度物含量较少；当实验数据密度>2.0 g/cm3时，矸石含量高，且随原煤粒级减小而逐步降低。当原煤粒度>13 mm时，矸石含量为26.72%～36.87%，含量较高，需分选排矸。另外，当粒度<50 mm时，则浮沉煤泥灰分显著高于原生煤泥灰分，由此可以发现矸石易泥化的特点。

2.3 可选性分析

通过煤矿实验室数据分析，200～13 mm级原煤可选性曲线如图1所示。

图1 200～13 mm级原煤可选性曲线Fig.1 Washability curve of 200 ～ 13 mm grade raw coal

由煤矿实验数据可知，在乌东选煤厂200～13 mm级原煤中，极难选煤标准：分选密度达到1.30 g/cm3，δ±0.1含量为84.64%；中等可选煤标准：分选密度为1.40 g/cm3，δ±0.1含量为19.25%；易选煤标准：分选密度为1.50～1.90 g/cm3时，δ±0.1含量<10.0%。

通过实验室数据分析，13.0～0.5 mm级原煤可选性曲线如图2所示。

图2 13.0～0.5mm级原煤可选性曲线Fig.2 Washability curve of 13.0～0.5 mm grade raw coal

由实验数据可知，乌东选煤厂对于13.0～0.5 mm级原煤，极难选煤标准：分选密度为1.30 g/cm3时，δ±0.1含量为90.93%；中等可选煤标准：分选密度为1.40 g/cm3时，δ±0.1含量为12.08%；易选煤标准：分选密度为1.50～1.90 g/cm3时，δ±0.1的含量<10.0%。

3 煤炭洗选设备选型

针对乌东选煤厂煤炭洗选实际，以洗选中心建设为核心，在设备选型中制定先进、节能、可靠、高效的先用指标，尽量以国内先进技术设备为主，配合引进国外先进成熟技术设备，形成了较为完善的设备保障体系，实现国内外技术设备集中融合应用。另外，在设备先型时兼顾通用性，运用系列化采购和选择的理念，为后续设备的组合与升级预留空间，同时便于零部件的配备。乌东选煤厂煤炭洗选工艺设备选型见表1。

表1 乌东选煤厂工艺设备选型Tab.1 Selection of process equipment in Wudong Coal Preparation Plant

4 分选粒级、选煤方法及工艺流程

4.1 分选粒级

乌东选煤厂分选粒限为200～13 mm，13～0 mm末煤不入洗。即原煤入厂前将粒度>200 mm的特大块产品筛出，直接作为民用产品进入市场销售。乌东选煤厂入场标准为200～0 mm的各粒级原煤。根据原煤筛分浮沉试验资料，乌东选煤厂所洗选的原煤中，矸石含量较高的为粒度>13 mm粒级原煤，占比在26.72%～36.87%，需要进行排矸。当原煤粒级<13 mm时，原煤灰分为22.93%，将无法满足产品应用需求。由此可知，乌东选煤厂在分选料级时，应将分选下限设置为13 mm，并借助混合13～25 mm块精煤的方式，改善其产品应用效果和质量。因此，乌东选煤厂应以200～13 mm为分选粒限。另外，通过对煤炭产品供应消费市场需求，乌东选煤厂混煤产品主要用户是电厂、集中供热锅炉等行业，由于较大的需求及长期的合作前景，因此，乌东选煤厂将混煤产品作为主导，对13～0 mm末煤不入洗，预留末煤洗选的可能性。

4.2 选煤方法

目前，乌东煤矿根据其煤质的特点，在煤炭洗选加工中主要以粒度>13 mm级块煤排矸为主，采用的块煤排矸方法主要有2种，即块煤动筛跳汰排矸和块煤重介分选排矸。

(1)动筛跳汰排矸属简便型方法，包括工艺系统简单、能耗低、投资少等特点，在技术应用过程中管理便利，维护工作简单，水资源使用量较少。但由于其工艺技术单一，其入选下限相对较高，仅能达到25 mm，而乌东选煤厂在生产中涉及大量粒度>13 mm块煤筛选及13 mm以下末煤加工，因此，该技术应用渠道较为狭窄。

(2)重介分选排矸与前述技术相比，具备精度高、自动化程度高、煤质适应性强等优势，并且其单机处理效率较高。但也存在相应的技术弊端，即系统更为复杂，高技术配套设备众多，增加了选煤投入和生产成本。相比之下，重介分选排矸技术可以满足13 mm的分选粒度下限，且能够较好适应煤质及市场变化，对于生产调整具有显著优势，因此在乌东选煤厂被重点应用，作为主要的排矸技术。

4.3 工艺流程

乌东选煤厂在煤炭洗选中，具体工艺流程：①原煤预先按照200 mm进行初筛，将粒度>200 mm块煤以手选拣矸方式筛选，作为特大块产品。再将粒度200～0 mm原煤按照13 mm进行分级，13 mm以下末原煤可直接作为混煤产品。②使用筛孔为φ3 mm的脱泥筛，对粒度>13 mm块煤进行脱泥，再将脱泥后原煤加入重介浅槽分选机实施分选作业，将矸石和洗块煤选出。③应用筛孔为φ1 mm和φ25 mm脱介筛对洗块煤实施脱介分级，筛孔为φ100 mm分级筛主要对粒度>25 mm的块煤分级，将其划分为100～25 mm洗混中块及200～100 mm的洗大块产品，同时预留破碎至50 mm以下，从而为粒度<13 mm末原煤掺混预留空间。④采用离心机对25～1 mm洗末煤脱水，将其混合于末原煤中，用筛孔为φ1 mm脱介筛对矸石脱介，使之作为最终矸石。洗选中心乌东选煤厂设备流程如图3所示。

图3 洗选中心乌东选煤厂设备流程Fig.3 Equipment process of Wudong Coal Preparation Plant of washing center

根据乌东煤矿煤质及矸石特性，其均存在不同程度泥化现象，其中个别采区泥化现象严重，从泥化后的结构看，其细泥灰分往往较高，因而针对乌东煤矿的煤泥回收技术，应粗、细煤泥实施分别回收。粗煤泥回收后可制成混合煤，用于发电行业，而细煤泥则可视情进行利用或者排弃。粗煤泥回收一般使用加压过滤机、长筒筛网沉降离心机及煤泥离心机等设备，乌东选煤厂根据各煤矿煤质特点，选取筛网沉降离心机作为煤泥回收设备。传统技术视域下，细煤泥回收以板框式压滤机为主，随着技术的更迭与发展，乌东选煤厂开始应用快开式隔膜压滤机，该设备能够增加滤室容积，使滤饼水分下降至20%内，从而使处理效率显著增强。

在介质回收及净化流程中，针对稀介质可以采用磁选设备直接磁选，并对磁选尾矿进行脱泥作业，将磁选精矿返回至合格介质桶，回收介质及新介质均采取循环方式补充至介质桶。在煤泥水处理方面，乌东选煤厂利用所采取的设备流程方案，主要采取2段浓缩及两段回收处理工艺流程。具体工艺流程为：在浓缩时利用浓缩旋流器对煤泥进行浓缩，在进入煤泥离心机后实施脱水，将脱水后的煤泥制作为混煤。在回收处理工艺中，第1段主要利用浓缩机对溢流的煤泥进行浓缩，经筛网沉降至离心机实施脱水作业，将粗煤泥回收后掺入混煤；第2段是通过离心机的滤液进行第2段浓缩，再应用压滤机对细煤泥进行回收。同时，流程中可以将浓缩机溢流及压滤机压滤水循环利用，使洗选工艺更加环保节能，实现洗水闭路循环和煤泥的厂内回收。

4.4 选煤工艺流程计算公式

依据乌东选煤厂所确定工艺流程及工作制度，选煤工艺流程计算需要参照基础资料。工艺流程计算包括数质量流程计算、水量流程计算、介质流程计算及产品最终平衡表等内容。

(1)数质量流程计算。数质量流程计算公式：

Qn=Qirn%

(1)

式中，Qn为小时作业处理量；Qi为选煤厂小时作业量；rn为作业量百分比。

(2)水量流程计算。水量流程计算公式：

(2)

式中，Wn为单位时间内作业水量；Mtn为产品水分比例；Qn为小时作业处理量。

经乌东选煤厂工艺流程计算，筛分作业中，应用筛孔φ13 mm实施原煤预选分级，其效率η=85%；应用筛孔φ3 mm实施块原煤脱泥，其效率η=95%。分选作业中，分选密度δ=1.78 g/cm3；重介分选可能偏差值为Ep=0.03；次生煤泥产率为2.0%。在乌东选煤厂水量流程计算中，洗煤过程循环水量为693.74 m3/h；清水量为52.98 m3/h。产品消耗水量52.98 m3/h；计算应补充清水量52.98 m3/h。乌东选煤厂最终产品平衡表见表2。

表2 最终产品平衡表(块精煤25 mm分级)Tab.2 Final product balance sheet (lump clean coal 25 mm classification)

5 总结

乌东选煤厂目前的产品主要由洗大块(粒度200～100 mm)、洗混中块(粒度100～25 mm)及混煤(粒度25～0.5 mm)等构成，采用重介浅槽分选机分选，分选上限为200～13 mm块煤，13～0 mm末煤不分选。混煤产品水分8.95%、灰分19.54%，Qnet.ar约为23.1 MJ/kg，能够满足市场用户需求。压滤煤泥水分24.0%、灰分30.49%，Qnet.ar约为13.11 MJ/kg，可以成为电厂燃料产品。