馬泰壕礦選煤廠干選擴(kuò)能提質(zhì)可行性分析

張振紅

(河南能源化工集團(tuán)采購公司，河南 鄭州 450016)

馬泰壕井田地質(zhì)資源儲(chǔ)量為1 398.91 Mt，礦井設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量為714.88 Mt，原煤為低、中灰分，高熱值不黏煤或長焰煤。該礦采用長壁一次采全高、綜合機(jī)械化、全部陷落法管理頂板的采煤方法，主提升及井下煤炭運(yùn)輸均采用帶式輸送機(jī)，最大運(yùn)輸量為3 500 t/h，設(shè)計(jì)初期生產(chǎn)能力為4.0 Mt/a，當(dāng)前已完成8.0 Mt/a生產(chǎn)能力核定。選煤廠與礦井配套建設(shè)，13～100 mm粒級(jí)塊煤由淺槽重介分選機(jī)(以下簡稱淺槽)分選，壓濾煤泥摻入篩末煤直接銷售[1〗。生產(chǎn)中篩末煤質(zhì)量不僅受煤泥摻入影響，而且隨地質(zhì)條件變化而波動(dòng)，直接影響其正常銷售。此外，按照國家鼓勵(lì)釋放先進(jìn)產(chǎn)能相關(guān)政策，馬泰壕礦近期生產(chǎn)能力有可能達(dá)到12.00 Mt/a，并具備20.00 Mt/a的條件，選煤廠塊煤系統(tǒng)也將不能正常滿足礦井生產(chǎn)能力提升需要。因此，如何結(jié)合礦井生產(chǎn)能力變化、煤質(zhì)特點(diǎn)以及市場情況，合理確定選煤廠提質(zhì)擴(kuò)能改造方案并適時(shí)實(shí)施，提高和穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，提升處理能力，增加企業(yè)效益，已成為企業(yè)進(jìn)一步向好發(fā)展不應(yīng)回避的問題。

1 存在問題及擴(kuò)能提質(zhì)必要性

1.1 存在問題

1.1.1 煤泥摻入影響篩末煤質(zhì)量

經(jīng)過專門抽檢，馬泰壕礦選煤廠煤泥全水分一般在34.5%左右，干基灰分在20%左右，發(fā)熱量在15.05 MJ/kg左右，而礦井原煤平均灰分在10%左右，煤泥灰分比原煤高出一倍左右。經(jīng)查閱資料發(fā)現(xiàn)，馬泰壕礦與其他生產(chǎn)高揮發(fā)分煤礦井情況相似，原煤都存在矸石易碎、易泥化現(xiàn)象。如同屬一個(gè)地區(qū)的爾林兔煤礦與陜西彬長礦區(qū)小莊礦、大佛寺礦等，煤泥水分、灰分均較高，摻入篩末煤時(shí)結(jié)團(tuán)、成塊[2〗，影響下游用戶正常使用(運(yùn)輸過程堵溜槽、磨粉時(shí)粘磨煤機(jī)等)，因難以均勻摻配、采樣，沒有代表性，化驗(yàn)結(jié)果偏差大，易影響公平、合理地確定銷售價(jià)格。

1.1.2 篩末煤質(zhì)量不穩(wěn)定

篩末煤質(zhì)量不僅因煤泥不能均勻摻配導(dǎo)致不均勻、不穩(wěn)定，而且隨礦井地質(zhì)條件變化導(dǎo)致的原煤質(zhì)量的波動(dòng)而波動(dòng)。馬泰壕礦選煤廠銷售篩末煤質(zhì)量指標(biāo)統(tǒng)計(jì)見表1。由表1看出：該礦篩末煤灰分在8.72%～24.40%之間，相差15.68個(gè)百分點(diǎn)；發(fā)熱量在20.10～25.60 MJ/kg之間，相差5.50 MJ/kg。同一月份篩末煤質(zhì)量波動(dòng)也較大：如2019年10月篩末煤灰分相差14.23個(gè)百分點(diǎn)，發(fā)熱量相差3.74 MJ/kg，同一個(gè)月篩末煤發(fā)熱量最小偏差也高達(dá)0.83 MJ/kg，可見篩末煤質(zhì)量很不穩(wěn)定。

表1 馬泰壕礦選煤廠2019—2020年篩末煤質(zhì)量指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

1.2 必要性分析

1.2.1 處理能力

礦井主提升及井下運(yùn)輸均為帶式輸送機(jī)，最大運(yùn)輸量為3 500 t/h，年生產(chǎn)能力可達(dá)15.0 Mt以上。目前選煤廠通過將淺槽入選下限由13 mm提升到20 mm，也僅能達(dá)到8.00 Mt/a的原煤處理能力，該環(huán)節(jié)直接制約著礦井能力的進(jìn)一步提升，或者只能分選部分塊原煤，因此企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益將會(huì)受到相應(yīng)影響。鑒于馬泰壕礦可采煤炭儲(chǔ)量資源豐富，井下地質(zhì)條件簡單，屬于國家鼓勵(lì)開發(fā)的先進(jìn)產(chǎn)能，礦井?dāng)U能符合國家的相關(guān)政策要求，只需按照國家政策辦理相關(guān)手續(xù)即可實(shí)現(xiàn)提升礦井生產(chǎn)能力[3〗，因此選煤廠也需相應(yīng)提升原煤處理能力。

1.2.2 企業(yè)效益

為滿足礦井生產(chǎn)需要，馬泰壕礦選煤廠曾采用延長生產(chǎn)時(shí)間和提高洗選下限來增加淺槽的洗選能力。但20 mm以下篩末煤平均灰分(Ad)為12.00%左右，且波動(dòng)較大，只能做動(dòng)力煤。本著效益最大化原則，需要將篩末煤加工生產(chǎn)成價(jià)值更高的20(25)～13 mm選小塊產(chǎn)品(比篩末煤售價(jià)高100元/t以上)和部分灰分不高于8%的高爐煉鐵噴吹配煤或化工原料煤(比電煤售價(jià)高出80元/t以上)，從而增強(qiáng)產(chǎn)品競爭力，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)還可以避免工作面煤層中夾矸對(duì)煤質(zhì)的影響，確保產(chǎn)品質(zhì)量均質(zhì)穩(wěn)定，應(yīng)對(duì)復(fù)雜煤炭市場，豐富產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，有助于掌握市場主動(dòng)權(quán)[4〗。如2020年9月21日，鄰近礦井篩末煤發(fā)熱量為25.09 MJ/kg，售價(jià)為450元/t，但該礦篩末煤發(fā)熱量為22.64 MJ/kg，售價(jià)僅為350元/t，雖然發(fā)熱量相比僅差2.09 MJ/kg，但售價(jià)低了100元/t，可見末煤提質(zhì)增效具有較大利潤空間，亟待挖掘。

2 原煤煤質(zhì)特征

為合理確定選煤廠提質(zhì)擴(kuò)能技術(shù)改造方案，2019年馬泰壕礦采取煤樣，委托內(nèi)蒙古自治區(qū)煤田地質(zhì)局科研所做了可選性試驗(yàn)報(bào)告。

2.1 原煤篩分試驗(yàn)

原煤大篩分試驗(yàn)結(jié)果見表2，>100 mm粒級(jí)破碎至100 mm以下粒級(jí)篩分試驗(yàn)結(jié)果見表3。

由表2可知：100～1 mm粒級(jí)的灰分基本隨粒級(jí)變小逐漸升高，而0.5～0 mm粒級(jí)灰分顯著高于>1 mm粒級(jí)灰分，說明矸石相對(duì)易碎。

表2 馬泰壕礦原煤篩分試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知：原煤中>100 mm粒級(jí)破碎至100 mm粒級(jí)以下后，自然級(jí)+破碎級(jí)篩分組成中50～100 mm粒級(jí)約占全樣的19.11%；25～50 mm粒級(jí)約占21.63%；13～25 mm粒級(jí)約占14.11%。由此可見，>100 mm粒級(jí)破碎至100 mm粒級(jí)以下后，>50 mm粒級(jí)占全樣不到20%，而>25 mm粒級(jí)占全樣的40.74%。根據(jù)粒度組成規(guī)律可以推算，>20 mm粒級(jí)合計(jì)約占全樣的48%。破碎級(jí)中<0.5 mm粒級(jí)灰分較其他粒級(jí)偏高，進(jìn)一步證實(shí)該礦的矸石相對(duì)煤炭更為易碎[5〗。

表3 >100 mm粒級(jí)破碎至100 mm以下篩分試驗(yàn)結(jié)果

2.2 原煤浮沉試驗(yàn)

100～0.5 mm粒級(jí)浮沉試驗(yàn)結(jié)果見表4。由表4可以看出，各粒級(jí)密度組成基本相同，低密度產(chǎn)物主要集中在<1.4 g/cm3，其中：<1.4 g/cm3密度級(jí)占84.89%，灰分為4.93%；<1.5 g/cm3密度級(jí)占89.54，灰分為5.52%。煤泥灰分比原煤偏高約3個(gè)百分點(diǎn)，但不同粒級(jí)浮沉結(jié)果相差較大，其中50～25、25～13、13～6、6～3、3～1 mm粒級(jí)煤泥灰分均較高，都是同粒級(jí)原煤灰分的2倍左右，特別是13～6、6～3 mm兩個(gè)主導(dǎo)粒級(jí)浮沉煤泥分別達(dá)到同粒級(jí)原煤灰分的2.59倍和2.29倍，說明矸石泥化嚴(yán)重，若上述兩個(gè)粒級(jí)煤炭分選加工如若采用常規(guī)濕法選煤工藝將存在煤泥水處理系統(tǒng)投資較大的問題，故須慎重考慮。

表4 100～0.5 mm粒級(jí)浮沉試驗(yàn)綜合結(jié)果

由表4還能看出，<1.4 g/cm3密度級(jí)為主導(dǎo)密度級(jí)，1.4～1.8 g/cm3中間密度級(jí)含量較少。當(dāng)?shù)兔芏确诌x(<1.4 g/cm3)生產(chǎn)精煤(Ad<5.00%)時(shí)，屬難選煤；但原煤高密度(>1.6 g/cm3)排矸時(shí)，可選性明顯變易。當(dāng)分選密度>1.7 g/cm3，特別是1.8 g/cm3時(shí)，分選密度±0.1含量明顯偏少，原煤可選性為易選。>0.5 mm原煤灰分為12.55%，浮沉煤泥產(chǎn)率為3.26%，灰分為15.47%，浮沉煤泥灰分高于原煤灰分，說明矸石存在泥化現(xiàn)象，泥化試驗(yàn)也表明該礦矸石泥化比在0～10范圍內(nèi)，屬于中高泥化程度。

3 選煤廠提質(zhì)擴(kuò)能改造方案的探索

3.1 干選試驗(yàn)與重介分選對(duì)比

近年來，我國干法選煤技術(shù)的快速發(fā)展，不僅在動(dòng)力煤入選率提高發(fā)揮了重要作用，而且成功應(yīng)用到了煉焦煤選煤廠預(yù)排矸，末煤干選也取得了明顯效果[6-8〗。由原煤可選性報(bào)告可知，馬泰壕礦原煤屬于易選，且需要提質(zhì)加工的13～6、6～3 mm兩個(gè)粒級(jí)矸石泥化較為嚴(yán)重。為分析馬泰壕礦實(shí)施干選可行性，2019年專門采集煤樣做半工業(yè)性試驗(yàn)，并與已有塊煤淺槽實(shí)際生產(chǎn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。為盡可能節(jié)省投資，考慮充分利用已有淺槽分選系統(tǒng)，僅對(duì)<50 mm以下粒級(jí)進(jìn)行干選試驗(yàn)。

馬泰壕礦50～0 mm原煤經(jīng)干法分選機(jī)分選后得到精、中、矸產(chǎn)品。干法分選試驗(yàn)結(jié)果見表5。由表5可知：總精煤產(chǎn)率為78.93%，灰分為6.82%，發(fā)熱量達(dá)到了25.45 MJ/kg，相比入選原煤灰分降低3.57個(gè)百分點(diǎn)，發(fā)熱量提高了0.98 MJ/kg；中煤產(chǎn)率為17.79%，灰分為12.71%，發(fā)熱量為24.09 MJ/kg；矸石產(chǎn)率為3.28%，灰分為83.72%，

表5 馬泰壕礦50～0 mm原煤干選試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需要，對(duì)選后精煤進(jìn)行篩分，得到了50～25 mm中塊精煤、25～13 mm小塊精煤、13～0 mm末精煤三種產(chǎn)品。選煤廠干選試驗(yàn)最終產(chǎn)品平衡表見表6，塊煤淺槽2019年上半年實(shí)際生產(chǎn)結(jié)果見表7。

通過表6、表7對(duì)比看出：50～0 mm干選試驗(yàn)與實(shí)際淺槽生產(chǎn)結(jié)果相比，兩者塊煤灰分基本相當(dāng)，但干選不僅不用水還不需要復(fù)雜的重介系統(tǒng)，并且<50 mm粒級(jí)干選比>20 mm粒級(jí)淺槽分選后的綜合產(chǎn)品水分還低了1.52個(gè)百分點(diǎn)，如果入選粒度組成相同，差別將會(huì)更大；干選后末煤灰分為8.6%，低位發(fā)熱量為24.67 MJ/kg。結(jié)合干選系統(tǒng)靈活性，如果適當(dāng)增加中煤產(chǎn)品及產(chǎn)量(作為電煤銷售)，干選后末煤灰分完全可以控制到8%以下，達(dá)到了高爐噴吹或化工原料煤質(zhì)量要求。

表6 馬泰壕礦50～0 mm原煤干法分選試驗(yàn)最終產(chǎn)品平衡表

表7 馬泰壕礦選煤廠2019年上半年塊煤淺槽生產(chǎn)數(shù)據(jù)表

3.2 擴(kuò)能提質(zhì)方案的選擇

3.2.1 實(shí)施干選的可行性

通過馬泰壕礦<50 mm粒級(jí)干選試驗(yàn)結(jié)果與選煤廠現(xiàn)有塊煤淺槽實(shí)際生產(chǎn)結(jié)果對(duì)比[9-11〗，可以認(rèn)為對(duì)于類似于該礦易選煤的分選加工，采用干法選煤工藝完全可以達(dá)到要求；同時(shí)，相比濕法分選，干法選煤不用水，用于動(dòng)力煤或化工原料煤的分選可徹底避免分選過程中矸石泥化產(chǎn)生次生煤泥，不需要大規(guī)模投資建設(shè)龐大的煤泥水處理系統(tǒng)，也規(guī)避了煤泥銷售與冬天防凍難題[12-13〗，且土建工程簡單，施工工期短，見效快，運(yùn)行成本低。

3.2.2 采用干法選煤工藝擴(kuò)能可行性

由<50 mm粒級(jí)干選試驗(yàn)結(jié)果和選煤廠現(xiàn)有淺槽實(shí)際生產(chǎn)結(jié)果對(duì)比看出，<50 mm粒級(jí)利用干法分選可以達(dá)到與重介分選的同樣效果。選后篩分可得到50～25 mm塊精煤、25～13 mm塊精煤及13～0 mm末煤，其中塊精煤可作為化工用煤，末煤可用作噴吹用煤。

馬泰壕礦>50 mm粒級(jí)僅占全樣約20%，>20 mm粒級(jí)約占全樣48%。在分選下限為20 mm時(shí)，處理能力為8.00 Mt/a,將現(xiàn)有淺槽分選下限由20 mm提升到50 mm后,相當(dāng)于將分選能力提高到19.20 Mt/a,完全可以滿足今后礦井?dāng)U能需要。隨著淺槽分選下限提高，原煤篩分效率也將隨粒度變大而提高，系統(tǒng)中煤泥量將大幅減少，可有效解決現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)中重介精煤脫介篩能力不足問題，并可降低介耗與成本。此外，干法分選系統(tǒng)屬于模塊化結(jié)構(gòu)，一次設(shè)計(jì)分期實(shí)施時(shí)更為方便，可根據(jù)礦井生產(chǎn)能力變化按實(shí)際需要分步實(shí)施，使投資得到充分有效利用。

4 經(jīng)濟(jì)效果預(yù)測

馬泰壕礦選煤廠采用干法選煤工藝進(jìn)行擴(kuò)能改造在達(dá)到與濕法分選同樣效果前提下，不僅選煤不用水，而且建設(shè)投資、生產(chǎn)成本以及建設(shè)周期均僅為淺槽的1/3左右，相比末煤重介質(zhì)旋流器分選工藝則更少。同時(shí)，可以有效避免煤泥泥化造成質(zhì)量不均勻、煤泥和洗末煤冬季防凍等問題。該選煤廠采用干法分選工藝進(jìn)行改造后，可以滿足化工原料煤對(duì)發(fā)熱量的要求(>23.42 MJ/kg)，相比改造前噸煤增收100元，按年產(chǎn)5.00 Mt末煤，考慮投資費(fèi)用與生產(chǎn)成本，保守估計(jì)(按增收70元/t計(jì)算)改造后年增效益3.5億元，而且相比采用濕法選煤工藝進(jìn)行改造可以節(jié)約工程建設(shè)投資約1億元以上，改造施工工期相比縮減6個(gè)月，相當(dāng)于系統(tǒng)早運(yùn)行6個(gè)月，可提前實(shí)現(xiàn)增收，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

5 結(jié)語

基于馬泰壕礦原煤篩分組成、浮沉組成，通過<50 mm粒級(jí)干選試驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)有淺槽分選效果對(duì)比可知，馬泰壕礦選煤廠的易選煤采用干、濕結(jié)合分選工藝進(jìn)行擴(kuò)能提質(zhì)改造在技術(shù)上是可行的，而且動(dòng)力煤干法分選可以徹底解決煤泥減量化問題，并可節(jié)約煤泥水處理系統(tǒng)的大規(guī)模投資。采用干法選煤工藝進(jìn)行擴(kuò)能改造，不僅投資少(同規(guī)?？杀瘸Ｒ?guī)濕法選煤降低投資超億元)、系統(tǒng)靈活性強(qiáng)、效益十分顯著，因此采用干法選煤工藝進(jìn)行擴(kuò)能改造在經(jīng)濟(jì)上也是可行的。擴(kuò)能改造后，選煤廠可根據(jù)礦井煤質(zhì)和市場需求靈活組織生產(chǎn)和調(diào)整產(chǎn)品定位，在煤質(zhì)較好時(shí)干選精煤和中煤混合作為最終干選精煤產(chǎn)品；當(dāng)煤質(zhì)變差或市場有更高質(zhì)量要求時(shí)，干選可分別生產(chǎn)精煤和中煤產(chǎn)品，中煤與水洗產(chǎn)生極少量的煤泥混配作為電煤銷售。干選末精煤作為化工原料或冶金噴吹煤，從而更好地滿足用戶需要，增加企業(yè)效益。