易泥化末煤干法和濕法分選工藝脫硫效果比較

郭 靜，李 磊，李志明

(1.新疆中泰新能源有限公司；新疆 吐魯番 838100；2.唐山神州機械集團有限公司；3.河北省煤炭干法加工裝備工程技術(shù)研究中心，河北 唐山 063001)

1 鄂爾多斯某礦選煤廠簡介

褐煤變質(zhì)程度低，矸石易碎且泥化嚴(yán)重，遇水泥化后會導(dǎo)致懸浮液粘度升高，導(dǎo)致水洗分選精度降低，煤泥水處理困難，投資和加工費大大增加。由于褐煤和矸石的泥化特性，各工藝轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)易出現(xiàn)粘、堵現(xiàn)象，洗煤產(chǎn)品脫水困難，產(chǎn)品水分高，降低了產(chǎn)品發(fā)熱量，部分抵消了洗煤效果[1-5]。近年來對易泥化褐煤開展了干選試驗，在部分煤企取得了較好的分選效果[6-7]，干選技術(shù)有助于提高動力煤入選比例，使干選替代水洗用于褐煤提質(zhì)成為可能[8]。

鄂爾多斯市某礦產(chǎn)能為600萬t/a，2015年煤礦地面設(shè)施及選煤廠建設(shè)完成，生產(chǎn)工藝為：淺槽重介入選13～200 mm塊煤，小于13 mm篩下末煤未經(jīng)洗選直接進入末煤倉外銷。小于13 mm粒級末煤屬變質(zhì)程度較低的褐煤，全水約28%、熱值約為12.56～16.74 MJ/kg、硫分一般在0.8%～1.8%范圍內(nèi)，由于硫分不能滿足電廠0.8%以下的要求，末煤需要與淺槽重介洗選產(chǎn)品摻配才能作為電煤銷售。為了促進末煤銷售，提高效益，礦方?jīng)Q定對未入選的末煤采用干燥-干選聯(lián)合工藝進行提質(zhì)，建設(shè)一座800 t/h干選廠，將末煤低位熱值提到17.58 MJ/kg、硫分降至0.8%以下。一起先行建設(shè)末煤排矸降硫系統(tǒng)，通過干選控制精煤硫分，提高產(chǎn)品市場競爭力，可創(chuàng)造一定的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益。

2 末煤煤質(zhì)特性分析

依據(jù)鄂爾多斯某礦中2010年8—10月份原煤和商品煤煤質(zhì)統(tǒng)計和數(shù)據(jù)回歸分析，發(fā)熱量和灰分及水分的關(guān)系經(jīng)驗值確定如下：

Q=25.582-0.1343A-0.2572Mt

(1)

式中：Q為低位發(fā)熱量，MJ/kg；A為灰分，%；Mt為全水，%。

多元回歸分析表明，原煤灰分每增加一個百分點，原煤發(fā)熱量降低約0.134 3 MJ/kg，原煤水分每增加一個百分點，原煤發(fā)熱量降低約0.257 2 MJ/kg，原煤水分對熱值的影響超過原煤灰分對熱值的影響，這也符合低階煤煤質(zhì)特點。

選煤廠原設(shè)計分選流程為：原煤弛張篩13 mm分級，篩上物重介淺槽分選，小于13 mm末煤旁路不選。2017年隨著礦井生產(chǎn)能力擴大，為了增加重介淺槽入選率，礦方將原煤弛張篩篩孔由13 mm改為9 mm。對小于9 mm末煤采用干選還是濕法分選工藝爭議較多，為此在2017年11月進行了9～0 mm，9～3 mm末煤水洗和干選工業(yè)性分選對比試驗。末原煤汽運至西召選煤廠進行重介旋流器分選試驗，水洗工藝流程：大于1 mm重介旋流器分選，1～0.15 mm采用TBS分選。干選工藝流程：9～0 mm不分級直接入選。

為獲得試驗用9～3 mm原煤煤樣，采用弛張篩對小于9 mm末煤進行3 mm篩分，9～3 mm篩上物采用濕法或干選工藝分選，小于3 mm篩下物舍棄。弛張篩篩上物粒度分析如表1所示。

表1 原煤9～3 mm篩上物粒度分析

末原煤中小于3 mm粒級硫分小于0.8%，大于3 mm粒級硫分超標(biāo)，需要分選脫硫。對弛張篩篩上物進行浮沉分析，結(jié)果見表2～表3。原煤矸石含量低，但矸石硫分高，矸石灰分偏低，熱值偏高。1.6～1.8 g/cm3中間密度物含量低，高密度分選時原煤為易選煤。9～6 mm原煤中小于1.8 g/cm3浮物累計為95.28%，原煤矸石含量低。小于1.8 g/cm3浮物累計低位發(fā)熱量為19.013 MJ/kg，高于原煤約0.582 MJ/kg，因此如果簡單1.8 g/cm3高密度排矸，則精煤熱值提升空間只有0.582 MJ/kg；1.6 g/cm3低密度排矸時，精煤熱值提升空間只有0.645 MJ/kg。6～3 mm粒級原煤中小于1.8 g/cm3浮物累計為95.46%，原煤矸石含量低。6～3 mm原煤中小于1.8 g/cm3浮物累計低位發(fā)熱量為18.954 MJ/kg，高于原煤約0.594 MJ/kg，因此，如果1.8 g/cm3高密度排矸，6～3 mm精煤熱值提升空間只有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

各粒級中大于1.8 g/cm3密度物中硫分較高，小于1.8 g/cm3浮煤硫分低，簡單以1.8 g/cm3密度排矸可以生產(chǎn)低硫精煤。

3 末煤水洗和干選工業(yè)性試驗對比

礦方將9～3 mm原煤運至西召選煤廠進行重介旋流器分選試驗，結(jié)果見表4。水洗后產(chǎn)品水分增加2.2%，灰分降低4.82%，脫硫率69.37%，發(fā)熱量提高192.6 kJ/kg。降灰脫硫效果顯著，但水洗后水分增加，精煤熱值提高不明顯。作為對比，對弛張篩9～3 mm 篩上物進行干選工業(yè)性試驗，原煤灰分為13.10%，精煤灰分為11.18%。精煤產(chǎn)率為95.7%。相對原煤，精煤熱值提高約247 kJ/kg，硫分由原煤的1.39%降低到0.59%，脫硫率為58.98%。

9～0 mm末煤干法和濕法分選結(jié)果也歸納在表4中，和9～3 mm原煤分選結(jié)果類似，9～0 mm原煤直接干選更具有精煤熱值和精煤產(chǎn)率優(yōu)勢?？梢娭亟樾髌骺稍诘兔芏?.6 g/cm3下分選，而干選在高密度下分選，因此水洗精煤灰分和硫分可以降得更低，水洗降灰和脫硫效果好于干選。但水洗過程增加了末精煤水分，即使水洗過程中部分煤泥進行干燥后回摻到末精煤中，精煤熱值提升效果也不顯著，干選和濕法分選在精煤熱值提升方面沒有明顯差異。由于褐煤易泥化，水洗產(chǎn)生大量高水分煤泥，9～0 mm直接水洗煤泥量超過12%，9～3 mm分選水洗煤泥量超過10%，因此總精煤產(chǎn)率水洗不如干選。如煤泥不經(jīng)干燥，全部摻入精煤中，則總精煤水分更高，精煤熱值反而低于選前原煤，如9～0 mm濕法分選時，總精煤熱值相對原煤降低535.8 kJ/kg。9～3 mm濕法分選時，總精煤熱值相對原煤降低159.1 kJ/kg。

表4 9～0 mm和9～3 mm不同分選工藝效果對比

4 不同熱值下末煤干選工業(yè)性生產(chǎn)數(shù)據(jù)

一期800 t/h干選項目2017年8月18—27日試分選小于13 mm末煤近15萬t，平均產(chǎn)量794 t/h，在原煤煤質(zhì)發(fā)生重大變化、原煤生產(chǎn)工藝調(diào)整、原煤粒度偏離設(shè)計范圍、原煤生產(chǎn)量較設(shè)計值大幅增加的情況下，末煤熱值平均提高約0.583 MJ/kg，平均硫分降低了0.29%，基本適應(yīng)了變化后的生產(chǎn)工藝和新的原料范圍。8月28—9月10日分選小于9 mm末煤15.5萬t，平均產(chǎn)量824 t/h，末煤熱值平均提高超過0.289 MJ/kg，平均硫分降低0.26%，生產(chǎn)化驗數(shù)據(jù)表明，末煤上限粒度減小后，0～9 mm干選提質(zhì)效果低于0～13 mm入選效果。

鄂爾多斯某礦-13 mm末煤實際工業(yè)性生產(chǎn)再次表明，隨著原煤灰分下降，熱值提高，原煤含矸率降低，干選提質(zhì)后精煤熱值提高幅度下降。在原煤熱值高于15.488 MJ/kg的情況下，原煤含矸率低，通過簡單干選排矸不能達到將精煤低位熱值提高2.093 MJ/kg 的目標(biāo)，但原煤熱值在15.488～17.581 MJ/kg范圍內(nèi)時，簡單一次干選仍然可以將-13 mm末煤硫分降到0.8%以下。

總結(jié)干選半工業(yè)性試驗和工業(yè)性生產(chǎn)數(shù)據(jù)，不同原煤灰分或熱值下干選提質(zhì)效果見表5 和圖1。

表5 不同灰分的-13 mm末煤提質(zhì)效果

圖1 不同入料粒度末煤干選精煤熱值提高幅度

5 結(jié) 語

通過對不同粒度的褐煤末煤濕法分選和干法分選工業(yè)性試驗結(jié)果對比分析可知，雖然干選分選精度弱于重介分選，但具有精煤熱值優(yōu)勢。干選排矸密度高，干選精煤硫分高于水洗精煤硫分，精煤灰分也會高于水洗精煤灰分，但干選也獲得較好的脫硫效果，干選精煤硫分滿足了硫分小于0.8%的精煤質(zhì)量要求。水洗產(chǎn)生大量煤泥，增加了精煤水分，精煤熱值提升不顯著。干選過程不用水，不生產(chǎn)高水分煤泥，干選精煤熱值反而高于水洗精煤熱值。工業(yè)性試驗數(shù)據(jù)表明，易泥化末煤干選在穩(wěn)定精煤質(zhì)量的同時可以大幅提高干選精煤產(chǎn)率，避免產(chǎn)生高水分煤泥產(chǎn)品。因此在滿足精煤硫分要求的前提下應(yīng)優(yōu)先選用干選工藝。