高粉煤含量的原煤脫粉入選工藝研究

楊宗義

(山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心， 山西 太原 030024)

隨著采煤機(jī)械化程度的提高，入洗原煤中末煤的含量越來越多，-6 mm粉煤甚至達(dá)到50%以上[1-2]. 對于動(dòng)力煤分選，末煤全粒級入洗不僅增加了生產(chǎn)成本，而且給煤泥水處理系統(tǒng)帶來很大壓力。因此，研究原煤脫粉的煤泥減量化工藝，可以從源頭上減少末煤進(jìn)入分選系統(tǒng)，降低煤泥水系統(tǒng)中的細(xì)泥含量，對改善細(xì)泥含量大導(dǎo)致的煤泥水難處理現(xiàn)狀有重要的意義。

目前原煤脫粉工藝極為簡單，一般是將篩下小于6.0/3.0 mm的脫粉原煤全部回?fù)街辆寒a(chǎn)品中[3-5]，該工藝僅適用于原煤中粉煤含量不高的選煤廠，對粉煤含量大的選煤廠并不適用[6]. 以官地選煤廠為實(shí)例，建立高粉煤含量的原煤脫粉入洗模型，結(jié)合該廠煤質(zhì)條件和分選工藝，通過模型計(jì)算得出合理的原煤脫粉入洗方案，對高粉煤含量的原煤脫粉入洗有重要的借鑒意義。

1 官地選煤廠概述

官地選煤廠是入洗能力為3.0 Mt/a的礦井型選煤廠，產(chǎn)品主要為優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤，同時(shí)還生產(chǎn)噴吹煤。原煤中50～1 mm采用無壓三產(chǎn)品重介旋流器分選，1～0.25 mm采用TBS分選，-0.25 mm采用浮選柱分選。入洗原煤的粉煤含量極大，-6 mm含量在50.00%以上。同時(shí)，由于廠區(qū)空間有限，一段、二段濃縮機(jī)的直徑僅為22 m和15 m，而且尾煤壓濾只有3臺快開式隔膜壓濾機(jī)，煤泥水系統(tǒng)的處理能力嚴(yán)重不足。因此，有必要研究適合該廠高粉煤含量的原煤脫粉入洗工藝，以減少系統(tǒng)中的煤泥含量。

2 原煤脫粉工藝的研究

2.1 脫粉原煤全部回?fù)骄寒a(chǎn)品的可行性研究

官地選煤廠要求精煤產(chǎn)品發(fā)熱量大于6 000 kcal/kg，水分小于13.00%，灰分小于14.00%. 隨著弛張篩和交叉篩相繼研制成功，原煤選前進(jìn)行6 mm或3 mm脫粉工藝得以實(shí)現(xiàn)，因此主要研究6 mm和3 mm脫粉工藝。官地選煤廠原煤篩分試驗(yàn)結(jié)果見表1，原煤各粒級浮沉組成見表2.

表1 原煤篩分試驗(yàn)表

表2 原煤各粒度級浮沉組成表

由表1，2可知，若采用6 mm脫粉工藝，則產(chǎn)率為58.00%、灰分為24.89%的粉煤全部回?fù)骄寒a(chǎn)品，50～6 mm原煤在分選為1.51 g/cm3時(shí)，精煤產(chǎn)品灰分最低為22.39%，灰分過高無法滿足發(fā)熱量要求。同理，若采用3 mm脫粉工藝，50～3 mm原煤分選密度在1.55 g/cm3時(shí)，精煤產(chǎn)品灰分最低為22.01%，同樣無法滿足發(fā)熱量要求。綜上可知，該選煤廠粉煤含量高，脫粉原煤全部回?fù)骄寒a(chǎn)品的脫粉工藝不可行。

2.2 部分脫粉原煤回?fù)骄寒a(chǎn)品的可行性研究

2.2.1高粉煤含量的原煤脫粉入洗模型

部分脫粉原煤回?fù)骄汗に嚨年P(guān)鍵就是尋找最佳脫粉粒度、粉煤回?fù)奖壤头诌x工藝參數(shù)，因此可以看做是不同粒級原煤在不同分選方式、不同分選工藝參數(shù)下的合理配洗。

因此，建立了高粉煤含量的原煤脫粉入洗模型，以不同粒級煤配洗的總精煤產(chǎn)率最大為目標(biāo)函數(shù)，以最終精煤的指標(biāo)要求為約束條件，建立目標(biāo)模型如下：

MaxF(x)=λ1γ1(1-β)+λ2γ2(1-β)+

…λnγn(1-β)+γ1β+γ2β+…γnβ

(1)

式中：

λn—第n個(gè)粒級煤的分選產(chǎn)率；

γn—原煤中第n個(gè)粒級煤的含量；

β—粉煤摻入比例。

其中，約束條件具體表現(xiàn)為灰分指標(biāo)，轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)模型如下：

(2)

式中：

An—第n個(gè)粒級原煤分選后精煤的灰分，%；

A′n—原煤中第n個(gè)粒級煤的灰分，%.

2.2.2最終精煤灰分

由于部分脫粉原煤回?fù)骄寒a(chǎn)品，勢必會(huì)導(dǎo)致精煤水分降低，為保證精煤發(fā)熱量不變，可適當(dāng)提高精煤產(chǎn)品的灰分。

官地選煤廠精煤產(chǎn)品水分每降低1%，發(fā)熱量提高86 kcal/kg，灰分每提高1%，發(fā)熱量降低97 kcal/kg. 可見，水分每降低1%，最終精煤灰分可相應(yīng)提高0.88%. 由生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)可知，最終精煤產(chǎn)率在60%左右，則各粒度級粉煤摻入后對最終精煤灰分影響的計(jì)算公式如下：

(3)

式中：

ΔA—最終精煤灰分增量；

κ—各粒級粉煤洗選前后水分之差。

為簡單計(jì)算，假設(shè)洗選前后6～3 mm水分不變，3～1 mm差值為3%，1～0.25 mm差值為7%，-0.25 mm差值為15%，根據(jù)式(3)計(jì)算了不同粉煤摻入比例的最終精煤灰分指標(biāo)，見表3.

由表3可知，隨著原煤摻入比例的提高，最終精煤灰分不斷提高，當(dāng)粉煤摻入比例為20%、25%和30%時(shí)，最終精煤灰分分別提高到15.24%、15.56%和15.87%.

表3 不同粉煤摻入比下最終精煤灰分指標(biāo)表

2.2.3脫粉工藝可行性分析

根據(jù)模型的需要，由表2中各粒級浮沉資料建立了浮物曲線、密度曲線的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過擬合得到的分選密度-精煤產(chǎn)率、精煤產(chǎn)率-灰分曲線方程分別見表4，5.

表4 分選密度-精煤產(chǎn)率擬合方程表

表5 精煤產(chǎn)率-精煤灰分?jǐn)M合方程表

該選煤廠煤泥浮選采用的是兩臺浮選柱組成的兩段分選工藝，浮選灰分和浮精產(chǎn)率比較固定，一般精煤灰分為10.00%左右，產(chǎn)率為66.00%左右。

該研究采用優(yōu)化計(jì)算軟件Lingo(Linear Interactive and General Optimizer)求解粉煤摻入比例為20%、25%和30%的洗選方案，求解結(jié)果見表6，表7.

表7 3 mm脫粉工藝各分選指標(biāo)和結(jié)果對比表

由表6可知，為滿足最終精煤的發(fā)熱量需求，當(dāng)原煤采用6 mm脫粉工藝，粉煤摻入比例為20%時(shí)，最終精煤產(chǎn)率為58.93%，比選前不脫粉工藝產(chǎn)率降低0.76%，且隨著粉煤摻入增加，最終精煤產(chǎn)率不斷降低，脫粉方案不可行。若減小粉煤摻入比例到20%以下，則失去原煤脫粉的意義?？梢姡谧罱K精煤發(fā)熱量為6 000 kcal/kg時(shí)，原煤采用6 mm脫粉工藝會(huì)使最終精煤產(chǎn)率下降，脫粉方案不可行。

表6 6 mm脫粉工藝各分選指標(biāo)和結(jié)果對比表

由表7可知，為滿足最終精煤的發(fā)熱量需求，當(dāng)原煤采用3 mm脫粉方案，粉煤摻入比例為20%時(shí)，最終精煤產(chǎn)率為60.39%，比選前不脫粉工藝產(chǎn)率提高0.70%；粉煤摻入比例提高到25%時(shí)，最終精煤產(chǎn)率為60.54%，比選前不脫粉工藝產(chǎn)率提高0.85%；繼續(xù)提高粉煤摻入比例到30%，最終精煤產(chǎn)率反而下降到60.37%. 可見，在最終精煤發(fā)熱量為6 000 kcal/kg時(shí)，原煤采用3 mm脫粉方案會(huì)使最終精煤產(chǎn)率上升，且粉煤摻入為25%時(shí)，最終精煤產(chǎn)率最高，脫粉方案可行。此時(shí)，精煤產(chǎn)率為60.54%，灰分為15.87%，重選密度為1.56 g/cm3，TBS分選密度為1.63 g/cm3，浮選精煤灰分為10.00%.

3 結(jié) 論

針對官地選煤廠原煤中粉煤含量高，6/3 mm脫粉原煤不能全部回?fù)骄寒a(chǎn)品的問題，提出部分脫粉原煤回?fù)阶罱K精煤的工藝，建立了高粉煤含量的原煤脫粉入洗模型，并結(jié)合選煤廠現(xiàn)有分選工藝進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，精煤發(fā)熱量要求為6 000 kcal/kg時(shí)，原煤采用6 mm脫粉工藝會(huì)導(dǎo)致精煤產(chǎn)率下降，脫粉方案不可行；采用3 mm脫粉工藝時(shí)最終精煤產(chǎn)率上升，且粉煤摻入比例為25%時(shí)，最終精煤產(chǎn)率最高為60.54%，比選前不脫粉工藝提高0.85%，脫粉方案可行。該工藝對煤質(zhì)變化的適應(yīng)性強(qiáng)，能最大程度地提高粉煤摻入精煤的比例，減輕了煤泥水處理壓力，提高了選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益。