淮北礦業(yè)動(dòng)力煤洗選發(fā)展歷程與技術(shù)展望

張 偉，歐戰(zhàn)備

(淮北礦業(yè)股份有限公司 煤炭運(yùn)銷分公司，安徽 淮北 235000)

淮北礦業(yè)集團(tuán)公司是國家14個(gè)大型煤炭生產(chǎn)基地之一，礦區(qū)煤炭?jī)?chǔ)量豐富，煤種齊全，煤質(zhì)優(yōu)良。公司洗選加工規(guī)模經(jīng)歷了從小到大的發(fā)展過程。20世紀(jì)90年代以前，公司以“洗煤保鋼”為重點(diǎn)，先后建立了蘆嶺、淮北、石臺(tái)、臨渙等煉焦煤選煤廠；90年代以后，為適應(yīng)市場(chǎng)需求，提高商品煤質(zhì)量，對(duì)袁莊、朱仙莊等老廠進(jìn)行改造，與礦井同步建設(shè)了祁南、桃園、鄒莊等動(dòng)力煤選煤廠。近年來，隨著國家對(duì)環(huán)境保護(hù)要求日益嚴(yán)格，煤炭清潔高效利用對(duì)商品煤質(zhì)量要求越來越高，動(dòng)力煤洗選技術(shù)、工藝與裝備的發(fā)展迎來更為廣闊的空間。

1 動(dòng)力煤分選的發(fā)展歷程

淮北礦業(yè)煤層賦存條件較差，開采條件復(fù)雜，礦井規(guī)模偏小。開發(fā)初期，開采賦存條件相對(duì)較好的煤層，采用炮采工藝，原煤經(jīng)地面篩選后灰分較低(約21%)，可以滿足當(dāng)時(shí)的市場(chǎng)需求。20世紀(jì)90年代以來，隨著綜采、綜放采煤方法的投入，煤層頂?shù)装屙肥烊?，造成原煤灰分升高，原煤直銷無法滿足用戶對(duì)質(zhì)量的要求，礦區(qū)建立動(dòng)力煤選煤廠是滿足礦井生產(chǎn)、市場(chǎng)對(duì)煤質(zhì)要求順暢對(duì)接的必然要求。

礦井早期將篩分作為地面系統(tǒng)的降灰手段，采用50×200 mm以上的固定篩(條縫篩)作為主要篩分設(shè)備，但固定篩存在篩分效率偏低、篩孔尺寸偏大的問題。伴隨著礦井原煤灰分逐步升高，采用固定篩無法滿足降灰要求，篩分設(shè)備經(jīng)歷了從固定篩到振動(dòng)篩、博后篩幾個(gè)不同階段，篩板孔徑規(guī)格演變至當(dāng)前的50 mm。篩分仍是把控礦井原煤粒度規(guī)格及質(zhì)量的重要手段。

1996年以后，煤炭市場(chǎng)供大于求，為滿足市場(chǎng)需求、提高商品煤質(zhì)量，淮北礦業(yè)動(dòng)力煤洗選進(jìn)入了快速發(fā)展階段。1997年對(duì)袁莊選煤廠進(jìn)行改造；1998年，朱仙莊礦煤質(zhì)發(fā)生變化，選煤廠增建了篩分車間，分級(jí)入選生產(chǎn)動(dòng)力煤；同年，岱河、祁南礦動(dòng)力煤選煤廠開始籌建，分別于1999年6月、2001年底投產(chǎn)；2000年、2005年、2007年、2012年，又分別與礦井同步新建了朔里、桃園、楊柳、鄒莊礦選煤廠。伴隨著國家去產(chǎn)能政策的實(shí)施，袁莊礦于2016年10月停產(chǎn)，袁莊選煤廠相應(yīng)關(guān)閉。

經(jīng)歷20 a的發(fā)展，淮北礦業(yè)動(dòng)力煤洗選加工從無到有，規(guī)模逐漸壯大。截止目前，公司已有動(dòng)力煤選煤廠6座，設(shè)計(jì)入選能力1 360萬t/a。

2 選煤工藝的發(fā)展

淮北礦業(yè)動(dòng)力煤選煤工藝經(jīng)歷了全粒級(jí)入選到分級(jí)入選及當(dāng)前的脫粉入選，選煤方法相繼采用了跳汰選煤、螺旋滾筒—自生介質(zhì)、旋流器選煤、斜輪重介選煤、兩產(chǎn)品重介旋流器與現(xiàn)在的無壓給料三產(chǎn)品重介旋流器選煤。此外，公司還推廣了干選預(yù)排矸工藝、煉焦煤選煤廠洗動(dòng)力煤的工藝靈活性改造。礦區(qū)動(dòng)力煤洗選工藝的持續(xù)發(fā)展，為公司動(dòng)力煤生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量保證奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.1 入選粒度

(1)全粒級(jí)入選。1996年后煉焦煤市場(chǎng)飽和，朱仙莊選煤廠由生產(chǎn)煉焦煤改為生產(chǎn)動(dòng)力煤，原煤全粒級(jí)入選，煤泥量相對(duì)偏高。

(2)分級(jí)入選。1998年，朱仙莊選煤廠在原有煉焦煤洗選工藝的基礎(chǔ)上增建了二次篩分系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力煤分級(jí)入選。后期建設(shè)的動(dòng)力煤選煤廠均采用二次篩分工藝，塊煤分選精煤與末煤摻合為最終商品煤。

(3)脫粉入選。2015年，朱仙莊選煤廠采用弛張篩替代原先普通強(qiáng)力篩，篩分下限降至4.5 mm，篩分效率達(dá)70%以上，實(shí)現(xiàn)脫粉入選，煤泥產(chǎn)率降低，電耗降低，運(yùn)行成本下降，增效明顯。此后，祁南、桃園、鄒莊選煤廠又采用6臺(tái)弛張篩進(jìn)行原煤深度篩分改造，降低了動(dòng)力煤選煤廠的煤泥產(chǎn)率，提高了商品煤產(chǎn)量。

2.2 選煤方法

(1)螺旋滾筒選煤。淮北礦業(yè)第一座動(dòng)力煤選煤廠——袁莊礦選煤廠，1997年對(duì)原有全粒級(jí)跳汰選煤工藝進(jìn)行了改造，采用梯流篩6 mm分級(jí)，塊煤經(jīng)螺旋滾筒—自生介質(zhì)旋流器分選，末煤作商品煤，于1998年元月投產(chǎn)。該工藝具有流程簡(jiǎn)單、建設(shè)快、循環(huán)水量低、加工費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，但分選精度不高，廠型規(guī)模不宜過大。

(2)跳汰選煤。2008年，袁莊選煤廠恢復(fù)跳汰選煤工藝。1999年、2010年投產(chǎn)的岱河、楊柳選煤廠均采用兩產(chǎn)品跳汰排矸工藝。跳汰選煤系統(tǒng)簡(jiǎn)單，加工費(fèi)低，對(duì)入選原煤粒度、水分適應(yīng)性強(qiáng)，易選煤排矸宜采用該方法。

(3)斜輪重介選煤。1998年籌建的祁南礦選煤廠，采用塊煤(+13 mm)斜輪重介分選工藝流程，2001年投入運(yùn)行。斜輪重介選煤具有分選精度高、工藝相對(duì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但分選下限不宜過低，作為動(dòng)力煤排矸工藝，高密度懸浮液的配置問題、受困于篩分效率不高造成的懸浮液粘度過高，進(jìn)而造成分選效果下降等問題為當(dāng)時(shí)的主要難題。

(4)有壓兩產(chǎn)品重介選煤。1998年籌建的朔里選煤廠，是引入全套朗艾道模塊式選煤廠。選煤廠于2000年投產(chǎn)，80～13 mm塊煤采用有壓兩產(chǎn)品重介旋流器分選工藝，該工藝簡(jiǎn)單、建設(shè)投產(chǎn)快、加工費(fèi)用低，但降灰約2～5.0個(gè)百分點(diǎn)，產(chǎn)品提質(zhì)幅度小。

(5)無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)選煤。桃園選煤廠于2005年籌建，在行業(yè)內(nèi)首家在動(dòng)力煤洗選中采用無壓三產(chǎn)品重介旋流器分選工藝，實(shí)現(xiàn)低密度懸浮液達(dá)到高密度分選目的，具有矸石純凈、操作簡(jiǎn)單、脫介容易等優(yōu)點(diǎn)。該工藝先后在祁南選煤廠、朱仙莊選煤廠、鄒莊選煤廠改造或新建中應(yīng)用推廣。

(6)干法選煤。在高含矸原煤的許疃、孫疃等6對(duì)煉焦煤入洗礦井配置了塊煤復(fù)合干法排矸工藝系統(tǒng)。作為選前預(yù)排矸工藝，該系統(tǒng)可以降低礦井原煤灰分約1～3個(gè)百分點(diǎn)。復(fù)合干法選煤工藝簡(jiǎn)單、沒有煤泥水處理系統(tǒng)，但分選精度不高，對(duì)入料原煤水分適應(yīng)性差。

(7)煉焦煤選煤廠兼顧洗選動(dòng)力煤。2015年、2016年，為應(yīng)對(duì)煤炭市場(chǎng)下行，公司先后對(duì)淮北選煤廠、臨渙選煤廠進(jìn)行動(dòng)力煤洗選系統(tǒng)改造，以滿足生產(chǎn)動(dòng)力煤的要求，實(shí)現(xiàn)煉焦煤選煤廠可以根據(jù)效益與資源狀況 “宜精則精、宜動(dòng)則動(dòng)”，滿足“精動(dòng)轉(zhuǎn)換”的生產(chǎn)要求，功能更加靈活。

2.3 脫水工藝及裝備

淮北礦業(yè)動(dòng)力煤選煤廠采用“原煤二次篩分，塊煤重介精選，粗煤泥斜管濃縮沉降離心機(jī)回收，尾煤泥濃縮壓濾脫水” 聯(lián)合工藝流程。塊精煤采用弧形篩+直線振動(dòng)篩+立式刮刀卸料離心機(jī)處理，水分約5%～6%；粗煤泥采用沉降過濾式離心機(jī)脫水，水分約14%～18%；尾煤泥采用隔膜壓濾機(jī)脫水，水分約20%～24%。動(dòng)力混煤由塊精煤、粗煤泥、末煤摻混組成，綜合水分約5%～8%。

3 技術(shù)發(fā)展展望

3.1 脫粉入選的必要性

原煤脫粉入選取決于原煤質(zhì)量、煤炭產(chǎn)品定位，關(guān)系到洗選加工費(fèi)高低和企業(yè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益。原煤脫粉入選可以降低進(jìn)入洗選系統(tǒng)的細(xì)粒級(jí)物料，對(duì)降低煤泥量、減少藥劑消耗、減輕煤泥水環(huán)節(jié)壓力及節(jié)省洗選加工費(fèi)用均有利，在低熱值混煤與高熱值混煤市場(chǎng)價(jià)格差異不大的情況下，脫粉入選的經(jīng)濟(jì)效益是明顯的。近年來，弛張篩在淮北礦區(qū)的成功應(yīng)用，解決了原煤深度篩分的難題，篩分下限降至4.5 mm，朱仙莊、祁南、鄒莊等選煤廠脫粉入選后，效益增加顯著。

3.2 煤泥分選技術(shù)有待完善

淮北礦業(yè)動(dòng)力煤選煤廠粗煤泥均采用斜管濃縮機(jī)濃縮后經(jīng)沉降離心機(jī)脫水回收的工藝，主要原因是經(jīng)重介旋流器分選后，精煤、中煤磁尾系統(tǒng)脫介后煤泥灰分不高(與商品煤灰分接近)，可以直接截粗脫水回收摻入商品煤?？紤]國家供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的推進(jìn)，加上環(huán)境保護(hù)要求日益嚴(yán)格，部分省份已經(jīng)對(duì)高灰分動(dòng)力煤進(jìn)行限制，煤炭產(chǎn)品質(zhì)量需要進(jìn)一步提高，要求洗選工藝可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品“無極調(diào)灰”功能。當(dāng)前公司動(dòng)力煤選煤廠中的粗煤泥均采用直接回收工藝，如下階段煤炭產(chǎn)品熱值提高，動(dòng)力煤選煤廠需探討商榷是否需要在煤泥環(huán)節(jié)采用分選工藝技術(shù)改造，在滿足產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)率最大化，同時(shí)要兼顧洗選綜合效益最大化。

3.3 質(zhì)量智能閉環(huán)控制有待突破

重介選煤工藝早已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，但智能化控制水平有待進(jìn)一步發(fā)展。選煤廠重介系統(tǒng)密度控制僅實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)階段，產(chǎn)品質(zhì)量控制一直為人工操作，存在質(zhì)量控制滯后的現(xiàn)象。近年來，在線測(cè)灰儀在淮北礦業(yè)成功應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)洗后混煤質(zhì)量的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將其與原煤入選量在線調(diào)節(jié)、密度自動(dòng)跟蹤技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)而達(dá)到選煤廠質(zhì)量智能閉環(huán)控制、精細(xì)化洗選的目的。經(jīng)過1 a的摸索與改進(jìn)，渦北煉焦煤選煤廠重介精煤灰分已實(shí)現(xiàn)智能閉環(huán)控制。當(dāng)前，朱仙莊選煤廠已將產(chǎn)品質(zhì)量智能閉環(huán)控制納入密度控制改造中，并正在不斷完善調(diào)試，如改造成功，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

3.4 煤炭產(chǎn)品降水技術(shù)任重道遠(yuǎn)

產(chǎn)品灰分為動(dòng)力煤選煤廠質(zhì)量控制的重點(diǎn)，而水分對(duì)動(dòng)力煤熱值的影響同樣重要。例如，淮北礦區(qū)煤炭產(chǎn)品水分每變化一個(gè)百分點(diǎn)，會(huì)影響商品煤熱值約250.80 J/g，對(duì)提升商品煤質(zhì)量而言，降水亦是重要的。當(dāng)前公司動(dòng)力煤選煤廠產(chǎn)品水分高低與物料的粒度組成、入洗比例、產(chǎn)品環(huán)節(jié)、脫水設(shè)備工況等有關(guān)，在現(xiàn)有工藝、裝備下降低煤炭產(chǎn)品水分沒有有效的手段，而是否引入干燥技術(shù)需從經(jīng)濟(jì)性慎重斟酌。對(duì)煤炭產(chǎn)品而言，降水技術(shù)的發(fā)展任重而道遠(yuǎn)，亟待實(shí)現(xiàn)新的突破。

3.5 動(dòng)力煤洗選工藝亟待優(yōu)化

當(dāng)前公司動(dòng)力煤選煤廠主導(dǎo)的分選工藝為無壓給料三產(chǎn)品重介旋流器分選，工藝相對(duì)單一，但存在系統(tǒng)懸浮液循環(huán)量大、高壓力分選、磨損大、脫介及磁性物回收設(shè)備配置能力大等問題，造成洗選成本增加。在末煤不入洗的情況下，重介淺槽洗選下限已達(dá)到6 mm，加上弛張篩已解決了原煤深度篩分的難題，重介淺槽洗選工藝替代無壓給料三產(chǎn)品重介旋流器工藝，可以減少系統(tǒng)懸浮液循環(huán)量、降低管路磨損、減輕介質(zhì)回收負(fù)荷、節(jié)省電力能耗、降低洗選加工費(fèi)用。考慮動(dòng)力煤洗選以排矸為主要目的，采用重介淺槽洗選，唯一需要探討論證的是如何保證懸浮液密度穩(wěn)定在1.8 kg/L以上。此外，公司于2016年委托唐山神州公司對(duì)祁南、朱仙莊兩礦原煤采用ZM礦物型高效分離機(jī)進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)，原煤灰分40%左右，分選產(chǎn)品質(zhì)量要達(dá)到19.65～20.90 kJ/g的要求。相比濕法分選，該工藝沒有煤泥水處理工藝，但帶來粉塵處理面臨的環(huán)保問題。動(dòng)力煤分選采用何種類型裝備來優(yōu)化工藝流程是個(gè)系統(tǒng)工程，需從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等方面綜合論證。

3.6 煤矸智能分選系統(tǒng)有待推廣

淮北礦區(qū)部分礦井仍設(shè)置原煤一次篩分、手選工藝，存在用工多、勞動(dòng)量大、工作環(huán)境差、安全系數(shù)低、手選效果差等問題。采用煤矸智能分選系統(tǒng)完全可以替代手選工藝環(huán)節(jié)。2017年，公司已組織人員進(jìn)行多次論證，調(diào)研煤矸智能分選技術(shù)；2018年9月，智能干選機(jī)在孫疃礦成功應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)手選現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境污染問題，替代手選工27人，矸石帶煤小于2%，分選指標(biāo)較好。目前，許疃礦地面系統(tǒng)改擴(kuò)建、信湖礦新建地面系統(tǒng)擬采用智能干選系統(tǒng)替代手選環(huán)節(jié)。

4 結(jié) 語

歷經(jīng)20 a的發(fā)展，淮北礦業(yè)公司已形成具有自身特色的動(dòng)力煤洗選加工體系。下階段，淮北礦業(yè)將搶抓國家發(fā)展新機(jī)遇，結(jié)合煤炭產(chǎn)品市場(chǎng)定位，優(yōu)化適應(yīng)煤質(zhì)變化、經(jīng)濟(jì)效益佳的動(dòng)力煤洗選工藝組合，力爭(zhēng)在脫粉入選、智能化建設(shè)、粗煤泥分選等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)新的突破，實(shí)現(xiàn)煤泥減量化生產(chǎn)、洗選綜合效益高、環(huán)境污染少的目標(biāo)。