研究煤质特性 优化选煤工艺开拓市场需求 调整产品结构

韩 臻

(陕西长武亭南煤业有限责任公司选煤厂，陕西 咸阳 713602)

亭南矿井隶属于山东能源淄矿集团在省外投资的第一个矿井,位于陕西省彬长矿区中部，行政区划属咸阳市长武县亭口镇管辖。该矿井于2004年4月11日正式开工建设，2006年10月1日正式建成投产，当年即达到3.0 Mt/a核定生产能力，经过技改后现年产量达5.0 Mt。煤质较优良，为低中灰-中灰、特低硫-低硫-低中硫、中高发热量-高发热量的优质动力用煤。

煤层主采工艺为综采放顶式，可采煤层为低灰、低硫、高发热量的优质烟煤，块煤落下强度和热稳性高、有害微量元素含量低、燃烧性能良好，是一种优质的动力用煤，通过调整产品结构，也可作为高炉喷吹配煤[1]和固定床气化煤。亭南选煤厂为大型矿井型动力煤选煤厂，选煤厂设计规模为5.0 Mt/a，与亭南矿井生产能力一致，于2014年5月正式投产使用。亭南选煤厂选煤工艺为“块煤浅槽重介分选机分选—末煤重介旋流器再选—粗煤泥TBS分选—细煤泥压滤回收”的联合工艺[2-3]，实现原煤由部分入选到全部入选的过渡,洗水闭路循环。主要产品有细煤泥(0～0.35 mm)、粗煤泥(0.35～1 mm)、末精煤(1～25 mm)、中煤，小块(25～75 mm)，中块(75～150 mm)6种产品。

由于选煤工艺的缺陷，产品结构失衡，产品特征指标不突出，造成商品煤用户比较单一，很难体现“优质优价”，并且动力煤市场波动较大，销售季节性规律比较明显，受国际煤价的影响也较大。同时，动力煤市场竞争日趋激烈，成本也不断增加，环境及高品质煤种的要求也越来越高，利润空间不断缩小。为解决此问题，就必须改善工艺流程，调整产品结构，增加产品煤种；发挥分选设备潜能，提高分选精度，从而满足不同煤质用户的需求，树立优质煤种品牌和发扬配煤结构灵活的双重经营模式。

1 原煤与商品煤特性对比

可采原煤采样分析及洗选后化验分析结果见表1。

表1 可采原煤采样分析及洗选后化验分析表

对比原煤与商品煤的煤质特性、产品结构及商品煤定位[1]，主力开拓的烟煤煤粉锅炉用煤技术指标见表2。

表2 煤粉锅炉用烟煤技术指标表Table 2 Technical parameters of the pulverized coal for use as boiler fuel %

注：表中V 表示符合要求。

主力开拓的煤粉锅炉用烟煤(发电煤粉锅炉、中小型煤粉锅炉、工业窑炉用煤)具有低灰、低硫、高发热量等特征，有害微量元素低，与同等发热量的中高变质程度煤相比具有更强的竞争力，是一种优良的发电用煤。其主要有三个品种：末精煤、洗小块、中块。末精煤灰分控制在9%～11%，洗小块灰分控制在11.0%，中块灰分控制在9%～13%。其中灰分和全水分对发热量的影响程度相当，硫分可控制在0.5%以内。发热量是动力煤的关键指标，须从降低全水分、灰分，提高块煤产率来提高发热量,从而发挥分级调质的优势，具体作法为：①优化洗煤工艺；②调整设备功能；③改造工艺流程、调整产品结构。这样能突出煤质特性优势，产出优良的动力用煤，争取更高的性价比。

重点开拓的高炉喷吹用(配)煤技术指标见表3。重点开拓的高炉喷吹用(配)煤具有灰分和硫分低、发热量高、无粘结性、磷分及煤中钾钠总量低、燃烧性和反应性良好、挥发分高、着火点低等优点，是一种优良的高炉喷吹配煤。因灰分每提高1%会造成燃料比增加2%和相应的减产，故要求产品灰分控制在10%以内，具体解决办法为：①提高入洗比例；②合理确定分选密度；③提高分选质量。因该煤种需求量大、指标苛刻、稀缺价优，所以必须避开商品煤质重叠高峰，寻找产品特征差异，提高竞争力。

适度开拓的产品固定床气化用煤和气流床气化用煤技术指标见表4。从表4看，产品灰分在20%以下较为经济，灰熔融性温度要求ST>1 250 ℃。因其灰分、硫分低，落下强度和热稳定性好，适合固定床气化稳定操作。其产品特性为：①块煤落下强度和热稳定性高，全水分含量低，灰分、硫分适中；②灰分适中，可磨性较好，煤灰熔融特性合适，成浆浓度高达69.0%，是理想的水煤浆、干煤粉气化原料。通过提高块煤产率和控制中煤灰分两方面来优化指标，并根据原煤变化及市场需求调整产量，与高炉喷吹用煤结合，把灰分高的剩余产品(块煤)用作两段炉固定床气化用煤。

表3 高炉喷吹用(配)煤技术指标表Table 3 Technical parameters of the pulverized coal for B.F. injection %

注：表中V 表示符合要求。

表4 适度开拓的煤技术指标表Table 4 Technical parameters of the coal for other purposes %

注：表中V 表示符合要求。

综上，从这三种商品煤的特性参数可以看出，特性指标的提高，需要对洗选工艺进行改造，从而提高分级分质的精准度、改变产品结构、产出优质产品、突显产品特性、满足市场需求。

2 分析灰分、水分对发热量的影响

经测算每增加一个百分点水分比一个百分点灰分对发热量的影响要高，动力用煤每增加一个百分点灰分，大约使锅炉耗煤量增加2.0%～2.5%，发热量下降0.20～0.26 MJ/kg；而增加一个百分点水分，发热量下降0.25～0.33 MJ/kg[4]。

3 改进措施

3.1 改善工艺流程，优化产品结构

3.1.1 块煤系统工艺

现有块煤系统没有精选只有粗选，需改造块煤系统存在的缺陷。原煤破碎分级后，对25～150 mm粒级的原煤经过浅槽重介分选机进行一次排矸分选，劣质煤与优质煤没有分离，产品单一，没有突显优质煤特性，也没有体现优质优价，商品煤销售渠道受到制约。

经测算，原煤块煤系统中灰分高于25%的含量不超过3.4%，说明选出中煤可能性是很强的。为此，参照末煤分选工艺，块煤系统采用两段分选，把块煤中的矸石分选出来作为中煤品种，块煤成为优质块煤，同时块煤经过破碎成为更为优质的末精煤，其技术指标高于末精煤，体现了优质煤种更优的特性,中煤(灰分20%～25%)则作为气化用煤。

末煤系统采用两产品重介质旋流器[6]进行分段分选，先用低密度旋流器分选出精煤与重产物，然后再将重产物送入高密度旋流器，分选出中煤和矸石，实践证明这种工艺非常适合中煤含量较低、原煤可选性较好且要求精煤灰分较高的原煤分选。同样，对现有的块煤系统改为两段分选，利用现有的浅槽重介分选机进行低密度分选，轻产物作为优质商品煤，将重产物送入高密度浅槽重介分选机分选出中煤和矸石。在原来矸石转载车间三楼增加二段浅槽重介分选机，空间位置比较合适，形成了一套完善的块煤分段分选的工艺流程。此改造不需要改变原有的块煤运输系统，降低了改造成本，改造方案简单可行，而且增加了产品种类，结构多样、配煤灵活、中煤产量增加，为开拓气化用煤打下了基础。

3.1.2 粗煤泥分选工艺

生产初期时原煤煤质较好，粗煤泥不经过分选直接混入末精煤，对末精煤煤质的影响不大，煤质变差后，对末精煤的指标影响明显。为此，增设TBS分选系统[5]，对粗煤泥(0～1 mm)进行有效分选，从而保证末精煤的灰分低于10%，满足高炉喷吹配煤的特性指标。

3.2 发挥分选设备潜能，提高块煤产率

选煤设备运行过程中，能不能发挥设备的优良特性对选煤效果的影响较大。设备运行状态不佳、参数不匹配，不仅影响产品的质量，而且严重损伤设备。化验块煤的水分比末精煤高两三个百分点，则需提高块煤的产率来提高经济效益。而块煤产率的提高一直是选煤行业的热点话题，方法也比较多。

3.2.1 分析破碎机的结构特性，不可调变可调，提升块煤产率

破碎机作为选煤厂的核心设备，直接影响煤质的分级分选效果。亭南选煤厂的破碎机采用MMD系列双辊四齿八环筛分破碎机[7]，但在实际使用过程中，有三误区需要重新认识：一是担心过载，烧坏电机，甚至设成欠载保护；二是认为反转对设备有损伤，不知道破碎机的两个主轴齿辊不仅是内向方式旋转，同时具有定向螺旋线方向，确保反转时能将异物有效倒排；三是认为破碎粒度不可调整。正是这种错误认识，影响了块煤产率的调整，破碎力度及效率没有得到充分发挥，尤其是电控保护值设的比额定值还小，电机瞬间过载导致频繁启停设备，传动装置严重受损。其实破碎机下方破碎梁和齿帽都是可调的，破碎梁两侧装有18个侧梳齿，与两条主轴齿辊轴形成三维方向过料结构，防止长条形状的物料排出。通过调整破碎梁支撑垫片的高度，更换主副齿帽型号，使块煤上限粒度达到200 mm，块煤产率增加3～5个百分点。破碎机的电机都是量身定做的，矿物破碎是一种间断非连续过程，靠的是瞬时冲击产生的剪切力和拉力，过载及反转能力是电机结构设计的一个重要因素，短时(15 s)过载能力很强(额定值的1.6倍)，还有预置PT100过热保护。破碎机是根据矿物的抗破碎力度设计的，达到这个力度就破碎，否则就过载保护，经过调整，电机因块矸石过载保护的现象基本杜绝。根据商品煤的要求，中大块产品的配煤过程由混煤破碎机来完成。

3.2.2 改造浅槽进介方式，提高分选精度

浅槽重介分选机[8]设计处理能力为704 t/h，排矸量为336 t/h，改为轻密度分选，重产物产率由15%增至35%，这样超出设计能力3～5个百分点。此方案通过改变进介方式和提高排料速度来完成，速度改为变频控制以适应多变煤质的要求，入料方式由原来多个管口改为一个槽式入料口，使上升流和水平流更趋于平稳、均衡。原来上升流和水平流入口分别有5个和8个，现在减少到2个和3个，既节约成本又便于维护。

改造示意如图1所示。

图1 进介方式改造示意图

图1中箭头表示的是介质的流动方向，较宽的边框是与浅槽重介分选机对接的边缘，上升流入料槽下端是停车时排放浅槽内残留杂质的出口，防止杂质进入合介桶。由于管路少、调节阀少，容易实现自动化，便于集控。

3.3 发挥自动化优势，提高分选精度

通过发挥集控平台的自动化和智能化优势来提高分选精度。末煤混料桶采用两套压差式密度计和料位计，以保证旋流器压力稳定和分选密度准确，做到准确检测、可靠控制、实时调节，达到优化产品特性、稳定产品质量、提高生产效率的目的。

4 结语

做好煤质特性分析是发挥原料煤潜能的前提条件，优化选煤工艺是保证商品煤特性的重要手段。而洗选工艺是一项流程环节多、设备种类多、集控程度高的复杂工程，能不能充分发挥作用，关键四个字，一是“精”：设备精，分选精，煤质精；二是“准”：化验准、检测准，控制准；三是“稳”：煤量稳，入料稳，密度稳，压力稳；四是“调”：调桶位，调密度，调煤量，调压力，调药量。

从商品煤的需求指标特性来看，有些相同，有些互补，有些冲突。亭南选煤厂为满足不同商品用户的需求，通过优化选煤工艺，发挥设备潜能及自动化优势，使产品品种多样化，产品特性指标突出，易于高效配煤，有利于产品市场定位，树立品牌，拓展商品渠道，提高性价比。

参考文献：

[1] 王培平，陈旺生，孟 康.高炉喷吹配煤催化燃烧特性的研究[J].武汉科技大学学报. 2012(6):432-436.

[2] 李会玲，钟雪晴.潞安配煤的高炉喷吹性能实验研究[J].煤炭加工与综合利用.2013(3)：57-59.

[3] 杨双平，倪 洋，王 苗，等.提高高炉喷煤量及性能的研究[C]//低碳陕西学术研讨会论文集.西安：陕西省机械工程学会，2010:217.

[4] 全国煤炭标准化技术委员会．GB/T 9143—2008，常压固定床气化用煤技术条件[S].北京：中国标准出版社，2009.

[5] 刘文轩.TBS分选机在晋华宫选煤厂的应用[J].煤炭加工与综合利用.2015(5)：26-28.

[6] 范惠平.采用重介质选煤及重介旋流器可行性分析[J].山西焦煤科技. 2007(7)：13-14.

[7] 焦云中，崔子华，张建勋.新齿型破碎机在陈四楼矿选煤厂的应用[J].煤炭加工与综合利用.2001(5)：35-36.

[8] 冯 珅.斜沟煤矿选煤厂浅槽应用的研究[J].山西焦煤科技. 2014(S1)：112-113.