同忻选煤二厂选煤工艺的设计与应用

辛战文

(中煤科工集团 沈阳设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110015)

1 引 言

同忻井田位于大同煤田东北部，距大同市约20 km。同忻煤矿为年产原煤10.0 Mt的矿井，拥有洗选能力为10.0 Mt/a的动力煤选煤厂(以下简称同忻选煤一厂)，于2009年投产使用。随着矿井开采能力不断加大，矿井扩能改造后将达到16.0 Mt/a。同忻煤矿采用综采放顶煤开采工艺，正常放顶情况下井下原煤量可达4 000～5 000 t/h，而现有选煤厂的设计能力为1 894 t/h。同忻选煤厂一厂设置了3个3.5万t的原煤缓冲仓，如果矿井能力提升到16.0 Mt/a，原煤仓的缓冲时间最多只能保证2 d。随着开采深度的增加，同忻矿区井下煤质条件更加复杂，部分区域存在火山岩侵入。火山岩侵入部分原煤细粒级含量增加、灰分增加，给选煤厂的生产带来不利影响。因此，随着矿井生产能力提升，生产波动幅度增大，煤质条件变化，同忻选煤一厂已无法满足生产要求，必须建设选煤二厂以保证矿井的正常生产。同忻矿井开采石炭二叠系煤层，3～5号和8号煤层为主要可采煤层。3～5号煤层在本区南部、西部及东部局部地带以气煤分布，其余为1/3焦煤；8号煤层在北部、东南部及东北部局部地带以1/3焦煤分布，其余为气煤。各可采煤层煤质特征为：中灰分至中高灰分(25.83%～29.63%)、高挥发分(37%左右)、低硫(0.56%～0.95%)、特低～低磷(0.002%～0.012%)、中等发热量(Qgr，v，d为13.97～33.11 MJ/kg)、富油(各煤层焦油产率一般大于7%)、中等粘结～强粘结性、弱～中等结焦性。经洗选加工后，这些煤可作为良好的炼焦配煤和动力发电用煤。

2 原煤性质及用途

2.1 原煤粒度组成

采用同忻煤矿2010月11月12日的生产煤样，并考虑实际生产煤质波动，将毛煤灰分确定为35%。并以此为依据对同忻矿井煤质资料进行校正，具体见表1，表2。

由表1可知，校正后原煤灰分为35.00%，属中高灰原煤。大于50 mm可见矸石含量为14.01%，占大于50 mm本级的66.61%，属高含矸煤；可见矸石的灰分为69.94%，矸石不纯。大于50 mm原煤含量为21.19%，灰分为47.57%，比原煤灰分高，说明大块矸石含量大，所以在大块原煤处理环节应设置手选。小于50 mm原煤含量为78.81%，灰分为31.62%，比原煤灰分略低。随粒度降低，灰分也随之减少，说明矸石和煤存在一定的硬度差别。各粒级全硫大都在0.5%以下，平均全硫为0.47%，考虑洗选还可以去除部分无机硫，精煤全硫可以控制在0.5%以下，满足精煤产品对硫分的要求。

表1 原煤自然级筛分组成(校正后)

表2 原煤小筛分试验结果

从表2可以看出：小于0.5 mm原生煤泥含量为8.29%，含量较高，灰分为24.04%，比原煤灰分低，矸石无明显泥化现象，符合大同矿区煤质实际情况。小于0.045 mm粒度灰分为26.56%，比小于0.5 mm原生煤泥灰分略高，含量占本级为22.47%；小于0.25 mm粒级含量占本级为68.15%，含量较高。小于0.5 mm粒级随粒度减小灰分无明显增加。细泥含量少，煤泥不易泥化，对后续煤泥水处理比较有利。

2.2 原煤可选性

根据浮沉资料绘制可选性曲线(图1、图2)。从图1和图2可以看出，大粒度浮沉组成中高密度含量多，随粒度减小，该密度级的含量也随之减少，与筛分组成分析的结果吻合。中间物含量多，各粒级中间物含量在19.47%～27.21%。对50～1.0 mm粒级，当理论分选密度为1.50 kg/L时，理论精煤灰分为9.13%，理论精煤回收率为35.73%，δ±0.1含量为23.11%，可选性为较难选。对于1.0～0.25 mm粒级，当理论分选密度为1.60 kg/L时，理论精煤灰分为10.36%，理论精煤回收率为52.47%，δ±0.1含量为22.63%，可选性为较难选。

图1 原煤50～1.0 mm可选性曲线

图2 原煤1.0～0.25 mm可选性曲线

3 产品结构

选煤厂扩能后(增加6.0 Mt/a原煤)生产的产品煤，当精煤灰分Ad不大于11.00%时，可作炼焦配煤；当精煤灰分Ad为20.89%、发热量Qnet，ar为22.99 MJ/kg时，是优质的动力用煤。产品的市场定位为炼焦配煤和动力煤两种。

4 选煤工艺的确定

同忻选煤一厂现有生产工艺为：150～50 mm 块煤采用重介质浅槽分选；50～1.5 mm采用有压三产品重介质旋流器分选；1.5～0.15 mm粗煤泥采用螺旋分选机分选；0.15～0 mm细煤泥采用加压过滤机回收。由于上述工艺无法生产炼焦配煤，同时同忻选煤一厂生产能力无法满足矿井要求，因此需在原有厂区设施基础上新建同忻选煤二厂，以满足生产能力和产品质量双重要求。该矿原煤可选性为较难选，从自动化程度高、分选精度易于控制及同忻一厂生产管理经验的角度考虑，适合采用重介质分选。

4.1 块煤采用重介质浅槽分选存在的问题

重介质浅槽分选机是块煤排矸的最有效设备之一，其有效分选粒度为200～13 mm，有效分选密度一般在1.4～1.8 kg/L，在同忻选煤一厂进行动力煤分选时取得良好使用效果。但如果采用重介质浅槽分选机分选炼焦煤，那么只能选择一个分选密度。当排纯矸时，分选密度1.8 kg/L，精煤灰分18.5%，达不到低灰炼焦精煤的要求；为使产品质量达到炼焦精煤要求时，将分选密度设为1.42 kg/L，则精煤灰分11.0%，但每年却有约82万t灰分为42%的中煤要随矸石一起排掉，造成资源浪费。可见重介质浅槽分选机不能同时实现既排纯矸，又生产炼焦精煤的目的。

4.2 重介质旋流器分选工艺的选择

4.2.1 重介质旋流器选前脱泥工艺的选择

本设计采用脱泥重介质分选，且重介质旋流器的入洗上限为50 mm，下限为1 mm。原因如下：原煤破碎至50 mm以下再进入主厂房入洗，可以加大原煤和矸石的解离，提高精煤回收率；选前脱泥可以提高重介质系统稳定性，降低生产介耗，提高脱介效果。

4.2.2 两产品或三产品重介质旋流器的选择

本设计采用两产品重介质旋流器主再洗工艺。原因如下：两产品重介质旋流器的分选精度高，可任意设置主再洗的分选密度，介质循环量少，入料压力小。同样直径的两产品重介质旋流器排矸能力大于三产品重介质旋流器，更适合同忻原煤中矸石量大的煤质特点。根据同忻矿井1/3焦煤的煤质特点，如果采用三产品重介质旋流器分选，其精煤、中煤、矸石三种产品的比例需要达到34.96%、27.94%、37.10%，进入二段分选的物料占65.04%；因此，如果生产炼焦煤产品，在矸石含量比较大时，需要先排出矸石，而三产品重介质旋流器不能实现此功能。而目前的同忻选煤一厂采用三产品重介质旋流器生产动力煤时，精煤、中煤、矸石三种产品的比例约为71.05%、3.15%、26.80%，通过中流管进入二段分选的物料只占29.95%，可实现动力煤有效分选，但不能用于炼焦煤分选。

由于结构方面的原因，三产品重介质旋流器的一段圆筒旋流器底流产物(中煤+矸石)的排放量受限，通常情况下，一段的溢流产物要比底流产物产率高，否则三产品旋流器的处理能力将大大减少。而同忻选煤二厂生产低灰炼焦配煤时，精煤回收率较低，若采用三产品重介质旋流器分选，则所需的台数较多或需选用更大直径的旋流器，经济不合理。而两产品重介质旋流器对原煤波动的适应强，中煤和矸石含量的变化不会影响重介质旋流器的处理量。

4.2.3 采用有压或无压入料的选择

本次设计采用有压入料。原因如下：有压入料时，介质循环量少；无压入料的分选效果不如有压入料；由于采用脱泥两产品重介质旋流器，采用有压入料，不但能保证分选效果，也方便厂房布置。

4.3 粗煤泥分选设备的选择

由于需要低密度分选精煤，采用TBS比较合适。该设备适合低密度分选，分选精度较高。但在其分选过程中受粒度大小的影响较大，在宽粒度范围分选时，分选效果不如螺旋分选机。为了获得更好的分选效果，本次设计时将脱泥筛的开孔由1.5 mm改为1 mm，分选下限为0.25 mm，这样可使进入干扰沉降床的粗煤泥粒级范围变窄。

4.4 细煤泥脱水回收

本设计细煤泥不采用浮选工艺，0.25～0 mm的煤泥直接脱水作为动力煤产品。原因如下：由于采用煤泥沉降干扰床分选1～0.25 mm的粗煤泥，只需要处理小于0.25 mm的细煤泥即可；而从煤泥的小筛分和可浮性资料可知，小于0.25 mm粒级的灰分较高，浮选精煤的回收率低，在技术经济上并不合理。

细煤泥脱水采用加压过滤机与快开压滤机联合工艺，原因在于：加压过滤机单机处理量大，产品水分低，且排料呈散状，产品质量均匀；但是加压过滤机对于极细粒物料的回收效率不高，不能全部回收，如果煤质差，容易造成细泥积聚；而快开压滤机对于极细粒可以全部回收，但其产品水分较加压过滤机稍高，且排料呈饼状。

采用加压过滤机与快开压滤机联合回收煤泥，可以在有效防范煤质变化的前提下，保证产品水分和质量，保证煤泥水系统安全可靠，适应煤质波动的情况。

4.5 工艺流程的制定

综上所述，同忻选煤二厂最终确定的工艺流程为：50～1.0 mm 采用两段两产品重介质旋流器主再洗；1.0～0.25 mm粗煤泥采用TBS分选；0.25～0 mm 细煤泥采用加压过滤机与板框压滤机联合回收。

5 结 语

同忻选煤二厂通过对原煤资料的分析，制定了合理的洗选工艺，选用了先进可靠的工艺设备和合理的工艺布置。选煤厂正式投产运行以来，根据不同的原煤煤质情况进行生产调节，各项生产技术及质量指标均达标，满足了客户对产品的要求，取得了较好的经济效益和社会效益。