易泥化末煤干法和湿法分选工艺脱硫效果比较

郭 静，李 磊，李志明

(1.新疆中泰新能源有限公司；新疆 吐鲁番 838100；2.唐山神州机械集团有限公司；3.河北省煤炭干法加工装备工程技术研究中心，河北 唐山 063001)

1 鄂尔多斯某矿选煤厂简介

褐煤变质程度低，矸石易碎且泥化严重，遇水泥化后会导致悬浮液粘度升高，导致水洗分选精度降低，煤泥水处理困难，投资和加工费大大增加。由于褐煤和矸石的泥化特性，各工艺转载环节易出现粘、堵现象，洗煤产品脱水困难，产品水分高，降低了产品发热量，部分抵消了洗煤效果[1-5]。近年来对易泥化褐煤开展了干选试验，在部分煤企取得了较好的分选效果[6-7]，干选技术有助于提高动力煤入选比例，使干选替代水洗用于褐煤提质成为可能[8]。

鄂尔多斯市某矿产能为600万t/a，2015年煤矿地面设施及选煤厂建设完成，生产工艺为：浅槽重介入选13～200 mm块煤，小于13 mm筛下末煤未经洗选直接进入末煤仓外销。小于13 mm粒级末煤属变质程度较低的褐煤，全水约28%、热值约为12.56～16.74 MJ/kg、硫分一般在0.8%～1.8%范围内，由于硫分不能满足电厂0.8%以下的要求，末煤需要与浅槽重介洗选产品掺配才能作为电煤销售。为了促进末煤销售，提高效益，矿方决定对未入选的末煤采用干燥-干选联合工艺进行提质，建设一座800 t/h干选厂，将末煤低位热值提到17.58 MJ/kg、硫分降至0.8%以下。一起先行建设末煤排矸降硫系统，通过干选控制精煤硫分，提高产品市场竞争力，可创造一定的经济效益、社会效益和环境效益。

2 末煤煤质特性分析

依据鄂尔多斯某矿中2010年8—10月份原煤和商品煤煤质统计和数据回归分析，发热量和灰分及水分的关系经验值确定如下：

Q=25.582-0.1343A-0.2572Mt

(1)

式中：Q为低位发热量，MJ/kg；A为灰分，%；Mt为全水，%。

多元回归分析表明，原煤灰分每增加一个百分点，原煤发热量降低约0.134 3 MJ/kg，原煤水分每增加一个百分点，原煤发热量降低约0.257 2 MJ/kg，原煤水分对热值的影响超过原煤灰分对热值的影响，这也符合低阶煤煤质特点。

选煤厂原设计分选流程为：原煤弛张筛13 mm分级，筛上物重介浅槽分选，小于13 mm末煤旁路不选。2017年随着矿井生产能力扩大，为了增加重介浅槽入选率，矿方将原煤弛张筛筛孔由13 mm改为9 mm。对小于9 mm末煤采用干选还是湿法分选工艺争议较多，为此在2017年11月进行了9～0 mm，9～3 mm末煤水洗和干选工业性分选对比试验。末原煤汽运至西召选煤厂进行重介旋流器分选试验，水洗工艺流程：大于1 mm重介旋流器分选，1～0.15 mm采用TBS分选。干选工艺流程：9～0 mm不分级直接入选。

为获得试验用9～3 mm原煤煤样，采用弛张筛对小于9 mm末煤进行3 mm筛分，9～3 mm筛上物采用湿法或干选工艺分选，小于3 mm筛下物舍弃。弛张筛筛上物粒度分析如表1所示。

表1 原煤9～3 mm筛上物粒度分析

末原煤中小于3 mm粒级硫分小于0.8%，大于3 mm粒级硫分超标，需要分选脱硫。对弛张筛筛上物进行浮沉分析，结果见表2～表3。原煤矸石含量低，但矸石硫分高，矸石灰分偏低，热值偏高。1.6～1.8 g/cm3中间密度物含量低，高密度分选时原煤为易选煤。9～6 mm原煤中小于1.8 g/cm3浮物累计为95.28%，原煤矸石含量低。小于1.8 g/cm3浮物累计低位发热量为19.013 MJ/kg，高于原煤约0.582 MJ/kg，因此如果简单1.8 g/cm3高密度排矸，则精煤热值提升空间只有0.582 MJ/kg；1.6 g/cm3低密度排矸时，精煤热值提升空间只有0.645 MJ/kg。6～3 mm粒级原煤中小于1.8 g/cm3浮物累计为95.46%，原煤矸石含量低。6～3 mm原煤中小于1.8 g/cm3浮物累计低位发热量为18.954 MJ/kg，高于原煤约0.594 MJ/kg，因此，如果1.8 g/cm3高密度排矸，6～3 mm精煤热值提升空间只有0.594 MJ/kg。

表2 原煤9～6 mm浮沉分析

表3 原煤6～3 mm浮沉分析

各粒级中大于1.8 g/cm3密度物中硫分较高，小于1.8 g/cm3浮煤硫分低，简单以1.8 g/cm3密度排矸可以生产低硫精煤。

3 末煤水洗和干选工业性试验对比

矿方将9～3 mm原煤运至西召选煤厂进行重介旋流器分选试验，结果见表4。水洗后产品水分增加2.2%，灰分降低4.82%，脱硫率69.37%，发热量提高192.6 kJ/kg。降灰脱硫效果显著，但水洗后水分增加，精煤热值提高不明显。作为对比，对弛张筛9～3 mm 筛上物进行干选工业性试验，原煤灰分为13.10%，精煤灰分为11.18%。精煤产率为95.7%。相对原煤，精煤热值提高约247 kJ/kg，硫分由原煤的1.39%降低到0.59%，脱硫率为58.98%。

9～0 mm末煤干法和湿法分选结果也归纳在表4中，和9～3 mm原煤分选结果类似，9～0 mm原煤直接干选更具有精煤热值和精煤产率优势。可见重介旋流器可在低密度1.6 g/cm3下分选，而干选在高密度下分选，因此水洗精煤灰分和硫分可以降得更低，水洗降灰和脱硫效果好于干选。但水洗过程增加了末精煤水分，即使水洗过程中部分煤泥进行干燥后回掺到末精煤中，精煤热值提升效果也不显著，干选和湿法分选在精煤热值提升方面没有明显差异。由于褐煤易泥化，水洗产生大量高水分煤泥，9～0 mm直接水洗煤泥量超过12%，9～3 mm分选水洗煤泥量超过10%，因此总精煤产率水洗不如干选。如煤泥不经干燥，全部掺入精煤中，则总精煤水分更高，精煤热值反而低于选前原煤，如9～0 mm湿法分选时，总精煤热值相对原煤降低535.8 kJ/kg。9～3 mm湿法分选时，总精煤热值相对原煤降低159.1 kJ/kg。

表4 9～0 mm和9～3 mm不同分选工艺效果对比

4 不同热值下末煤干选工业性生产数据

一期800 t/h干选项目2017年8月18—27日试分选小于13 mm末煤近15万t，平均产量794 t/h，在原煤煤质发生重大变化、原煤生产工艺调整、原煤粒度偏离设计范围、原煤生产量较设计值大幅增加的情况下，末煤热值平均提高约0.583 MJ/kg，平均硫分降低了0.29%，基本适应了变化后的生产工艺和新的原料范围。8月28—9月10日分选小于9 mm末煤15.5万t，平均产量824 t/h，末煤热值平均提高超过0.289 MJ/kg，平均硫分降低0.26%，生产化验数据表明，末煤上限粒度减小后，0～9 mm干选提质效果低于0～13 mm入选效果。

鄂尔多斯某矿-13 mm末煤实际工业性生产再次表明，随着原煤灰分下降，热值提高，原煤含矸率降低，干选提质后精煤热值提高幅度下降。在原煤热值高于15.488 MJ/kg的情况下，原煤含矸率低，通过简单干选排矸不能达到将精煤低位热值提高2.093 MJ/kg 的目标，但原煤热值在15.488～17.581 MJ/kg范围内时，简单一次干选仍然可以将-13 mm末煤硫分降到0.8%以下。

总结干选半工业性试验和工业性生产数据，不同原煤灰分或热值下干选提质效果见表5 和图1。

表5 不同灰分的-13 mm末煤提质效果

图1 不同入料粒度末煤干选精煤热值提高幅度

5 结 语

通过对不同粒度的褐煤末煤湿法分选和干法分选工业性试验结果对比分析可知，虽然干选分选精度弱于重介分选，但具有精煤热值优势。干选排矸密度高，干选精煤硫分高于水洗精煤硫分，精煤灰分也会高于水洗精煤灰分，但干选也获得较好的脱硫效果，干选精煤硫分满足了硫分小于0.8%的精煤质量要求。水洗产生大量煤泥，增加了精煤水分，精煤热值提升不显著。干选过程不用水，不生产高水分煤泥，干选精煤热值反而高于水洗精煤热值。工业性试验数据表明，易泥化末煤干选在稳定精煤质量的同时可以大幅提高干选精煤产率，避免产生高水分煤泥产品。因此在满足精煤硫分要求的前提下应优先选用干选工艺。