城郊选煤厂块煤再选系统改造实践

何茂林，吴 林，姬吉星，刘春龙

(1. 河南能源化工集团永煤公司，河南 永城476600； 2．中国中煤能源股份有限公司 山西小回沟煤业有限公司，山西 清徐030400)

城郊选煤厂原设计能力为2.4 Mt/a，采用块煤斜轮排矸+末煤有压两产品重介质旋流器分选+TBS粗煤泥分选+浮选的联合工艺，产品为洗中块、洗小块、粒子煤、末精煤和末原煤[1-2]。该厂于2003年5月竣工投产，2006年7月进行末煤系统扩建改造，2009年5月增加了TBS粗煤泥分选系统，系统处理能力提升至5.0 Mt/a。该厂入选城郊矿3#无烟煤，随着矿井开采深度的增加，矿井煤质发生变化，出现大量天然焦的混合煤层，造成块煤分选不能严格按照密度进行分选，块煤产品中掺入天然焦、煤与天然焦的共生体[3]，严重影响了块煤产品的质量。由于块煤是无烟煤洗选后产品结构的重要组成部分，高效的块煤洗选工艺对于重介选煤厂意义重大，因此将天然焦和洗块煤产品进行有效分离，保障块煤产品顺利销售，成为城郊选煤厂亟待解决的问题。

1 存在问题

改造前城郊选煤厂块煤再选系统原则流程如图1所示。

该选煤厂主要存在以下问题：

(1)块煤两产品分选，中间产物不能有效分离。城郊选煤厂块煤(110～13 mm粒级)采用斜轮重介质分选机分选出块精煤和块矸石。由于天然焦密度接近块精煤分选密度，分选过程中分选密度不能做到精确调节，以致于无法应对矿井煤质变化中天然焦含量增加的状况。当降低块煤分选密度时，大量的夹矸煤混入矸石，造成块精煤的损失，不符合最大回收率原则的生产模式；当维持原有块煤分选密度不变[4]时，大量的天然焦进入块精煤中，造成块精煤产品灰分超标，严重影响精煤产品质量和块煤产品的正常销售，同时块煤积压，因风化、粉碎造成二次损失。通过两产品重介质旋流器无法实现块煤产品尤其是中间密度级产物的分选，这一问题制约了选煤厂的正常生产。

图1 改造前城郊选煤厂块煤再选系统原则流程图

(2)煤炭市场波动。新形势下对产品质量要求越来越高，以质量保生存成为选煤厂竞争的主流趋势[5]。大型国有企业选煤厂只有通过不断地改进各环节生产工艺，提升产品质量，才能在竞争中立足。城郊选煤厂块煤产品占入选原煤量的15%左右，但中块煤中夹杂的天然焦无法通过机械分选去除，只能通过人工方法拣出，造成劳动量增加，但由于人工分选效率较低，块煤产品中依然存在大量天然焦成分(甚至高达35%)。块煤产品质量的不稳定给销售工作造成严重影响。因此将天然焦从块煤产品中有效分离成为选煤厂生产的重要环节[6]。

(3)持续产能释放改造，矸石产品运输矛盾突出。城郊选煤厂原矸石仓储设计能力较低，以汽车销售为主[7]。由于矸石产品储存于外运装车火车道北侧工业广场，地销产品的汽车需要从南侧越过火车道到北侧销售煤场装车，再经过火车道从销售科大门(东门)驶出。扩能改造后，入选原煤量提升，精煤产量有所增加，选煤厂产品装车系统工作繁忙，增加的外运车挡住了矸石汽车运输的通道，造成车辆拥堵混杂，给工业广场管理造成一定困难；而当煤炭市场产品滞销时，矸石产品的存放空间较小，需向其他临时煤场盘运[8]，运输车辆也常常阻挡道路，给销售部门和装运车间的各项工作带来严重的影响，成为制约安全生产的主要因素之一。

2 天然焦的性质特征

城郊选煤厂块煤产品中存在大量天然焦和天然焦混合物，天然焦为熔岩侵入煤层造成的煤炭不充分燃烧的产物[9]，颜色发灰，与精煤外观不同，可直接通过肉眼区分。天然焦灰分在25%～30%之间，发热量为5 MJ/kg，且不能通过调整生产工艺进行有效分离。通过对>25 mm粒级原煤进行浮沉试验，并对不同密度级产物进行冲洗、烘干、称重，得到此粒级煤与天然焦的分布情况，结果见表1。

表1 城郊选煤厂>25 mm粒级原煤浮沉试验表

由表1可以看出：各密度级浮物进行人工分拣后，<1.50 g/cm3密度级均为块煤；1.50～1.55 g/cm3密度级煤与天然焦夹杂，天然焦含量较少，在10%以内，该密度级天然焦对块煤外表特征影响甚微，可以掺入块煤销售；1.55～1.58 g/cm3密度级天然焦含量明显增多，占90%以上，另外1.58～1.60 g/cm3密度级天然焦含量占95%以上；如果掺入块煤销售，影响块煤外观特征；1.60～1.65、1.65～1.70 g/cm3密度级全部为天然焦；>1.70 g/cm3密度级大部分为矸石，产率占99%以上，夹杂的天然焦含量极少。由表1数据绘制的可选性曲线如图2所示。

由图2可知：当要求块煤灰分为14%时，理论分选密度为1.64 g/cm3，δ±0.1含量在6%～7%(≤10%)之间，可选性等级为易选。实际生产中，当分选密度为1.65 g/cm3时，块煤与天然焦可分选出来；当分选密度为1.70 g/cm3时，矸石与天然焦可分选出来。因此可以分选出天然焦产品，并对其单独处理。

图2 城郊选煤厂>25 mm粒级块煤可选性曲线

3 改造措施

改造后城郊选煤厂块煤再选系统原则流程如图3所示。

为优化块煤生产系统，保持块煤产品的顺畅销售，城郊选煤厂进行了以下方面的技术改造：

(1)新建块煤再选车间，块煤一段两产品改为两段三产品重介分选，即一段经斜轮重介质分选机先分选出轻产物，二段采用浅槽重介分选机分选出中煤和矸石产品。将原有矸石仓位置的矸石分级筛拆除，作为中矸混合物的转载点，在西侧新建块煤再选车间。若原有斜轮分选密度不变(分选密度为1.70 g/cm3)，矸石经过一系列转载进入新增矸石胶带输送机上，直接作为矸石产品[10]；若将主厂房斜轮分选密度降低为1.63 g/cm3左右，可通过转载点翻板使中矸混合物进入矸石再选车间，分选出中煤和矸石产品。主厂房斜轮分选出纯块精煤产品，解决了块精煤中夹带天然焦及块精煤产品损失的问题。

图3 改造后城郊选煤厂块煤再选系统原则流程图

(2)保证矸石产品销售空间增大，车辆进出有序，环保各项要求达标。通过新建两条跨越外运火车道的输煤栈桥，将矸石产品的分级和储存移至厂东南方向储煤场，由于该地毗邻矿进出口，矸石产品销售车辆能够迅速装车、过磅；新建防噪声隔音墙，使车辆装车作业对周边居民的影响降到最低[11]；新建大棚罩面，避免矸石产品的露天堆储，满足环保要求；在车辆进出的主要通道上安装自动冲洗设备，保障进出车辆干净清洁，并在门口排查车辆的覆盖状态，以达到各项环保的要求。

(3)块中煤生产工艺灵活，实现产品效益最大化。一是分选出的块中煤，产品发热量接近末原煤，适合部分用户的需求，可以单独销售；二是块中煤也可经过10 mm双齿辊破碎机开路破碎后进入中煤仓，掺入末原煤中销售；三是选煤厂结合市场需求灵活地组织块中煤的生产，寻求客户需求与生产销售的最佳效益点，实现经济效益最大化。

4 效果分析

城郊选煤厂改造后块煤生产系统更加完善，彻底解决了分级入选块煤两产品分选的弊端，中间产物能够有效分离[12-13]，进而灵活应对矿井煤质变化。

(1)虽然剔除出中煤后，块煤产品产量有所降低，但产品质量得到提高，杜绝了块精煤产品销售的煤质纠纷，提升了整体块精煤产品价格；同时以块中煤和末原煤市场需求为出发点，优化了块中煤与末原煤的产品结构，按需寻求最大效益点，合理确定块中煤产品单独销售与掺入末原煤销售的产量，实现了块中煤产品的灵活生产、销售，总增收上千万元。

(2)在块煤系统生产和销售都能满足要求的情况下，取消了人工拣出天然焦等落后的分选工艺[14-15]，大大降低了职工的劳动强度。

(3)解决了原有矸石产品销售造成的工业广场堵塞问题，保证了地销系统的有条不紊，为后续环保达标改造奠定了基础。

(4)保障了城郊选煤厂优质无烟煤在市场上的良好形象[16]，在煤炭形势严峻、淘汰落后产能的竞争中有了质量优势。

5 结语

城郊选煤厂针对天然焦与块精煤不能有效分离的问题，根据产品质量效益和改造经济性的原则，通过新建块煤再选系统，实现了块煤斜轮两产品分选变为斜轮+浅槽三产品分选的可能，有效地分离了块精煤中的天然焦，保证了块煤产品销售顺畅，并为其他选煤厂块煤生产的改造提供了一定的借鉴作用。需要注意的是，分级入选的重介质选煤厂在应对煤质变化和产品指标的调整方面仍存在不足，在相关设计中需考虑周全，确保生产更加灵活。