煤泥减量化设计在宁东选煤厂的改造实践

常发军

(中煤科工集团 北京华宇工程有限公司，河南 平顶山 467002)

1 概 述

选煤厂通常通过增加入选率来提高商品煤质量[1]。然而，随着入洗率的增加，进入分选系统的原生煤泥、浮沉煤泥以及对应产生的次生煤泥也相应增加。由于煤泥粒度细、比表面积大、水分较高，洗选系统煤泥量增加后，会带来多方面的联锁反应。

(1)大量高灰细泥进入分选系统后，造成煤泥难沉降，增加药剂消耗；加之当前细煤泥处理设备效率相对较低，致使煤泥处理系统成为选煤厂生产的瓶颈[2]。以神华神东煤炭集团哈拉沟选煤厂为例，末煤系统原设计处理能力1 800 t/h，但由于煤炭极易泥化，现有5台加压过滤机都难以完成煤泥脱水任务，末煤系统实际处理能力仅能达到1 200 t/h[1]。神华宁煤集团金凤选煤厂可实现末煤不入选、末煤脱粉入选和末煤全级入选等灵活生产方式，当生产喷吹煤时，采用全级入选，此时，因煤泥水难处理，循环水浓度超标，连续生产3 d就会造成循环水无法使用。

(2)由于煤泥副产品灰分高、水分大、发热量低，通过增加入选率虽然能够提高产品质量，但将煤泥掺入混煤产品中，会降低混煤产品的发热量。神华神东煤炭集团因掺配细煤泥导致商品煤发热量降低209～627 kJ/kg[2]，并且因排矸较多，减小了混煤产品的产率，销售收入提升不明显，部分选煤厂经济效益甚至呈现负增长。这也是多数动力煤选煤厂仅对块煤进行分选、未对末煤进行分选的重要原因。

(3)煤泥副产品单独销售时，大量堆积会遇水流失、风干飞扬[3]，给运输和存储都带来一些问题。冬季含水较大的煤泥还会导致车皮冻结，造成卸车困难，或堵塞港口溜槽，选煤厂只能将煤泥存放在厂内晾干。由于环保政策的要求，很多选煤厂无足够面积晾晒煤泥，严重时会因煤泥过多而停产。

在煤泥利用方面，主要有煤泥掺烧、煤泥制浆燃烧以及生产型煤型焦等多种应用途径，但阻碍煤泥大规模利用的关键是其含水率[4]，而煤泥的干燥又受到环保、投资等方面的制约。从整体经济效益分析，在当前一段时期内，对于动力煤选煤厂，煤泥减量的选择要优于煤泥提质[1]。

2 煤泥减量化的方法

煤泥减量是一项系统性工程，可从分选前、分选中、分选后三个阶段进行煤泥减量化[5]。

分选前煤泥减量主要从确定合适的分选粒度和提高筛分效率两方面考虑。动力煤选煤厂的产品价格以发热量为主要计价依据，其中灰分、水分是其最显著的两个影响因素。产品灰分的降低要求分选粒度下限的降低，随之增加的是产品水分和排矸量，因此，产品灰分的降低不代表选煤厂经济效益的增长[6]，必须根据市场要求和经济效益来确定合适的分选粒度。提高筛分效率可减少不分选物料的混杂，提高分选系统的精度，并且可以减少分选系统的规模，提高经济效益。以神华宁煤集团宁东地区动力煤选煤厂为例，6 mm以下粒级的粉煤含量约占全样的30%～40%，脱粉效率提高10%，末煤系统的处理量将减少3%～4%，并且可大幅度降低煤泥水系统的负荷。李家壕选煤厂通过使用双筛框振动的弛张筛进行6 mm筛分，其筛分效率平均值可达到91.65%[7]；在设备高筛分效率的支撑下，利用现有重介质浅槽的富余量可将分选下限由13 mm降低至6 mm，虽更换了末精煤离心机，但煤泥水系统的负荷未增加。

分选中煤泥减量主要从生产工艺选择入手。主要包括减少泵力输送、采用无压入料方式、缩短煤泥水流程、将高灰细泥提前分离等。在空间布置条件允许的情况下，末煤分选系统优先采用无压入料旋流器分选工艺；在分选精度不做严格要求、处理量不太大的条件下，也有部分选煤厂使用干法分选工艺，避免分选过程中产生煤泥副产品。部分选煤厂在矸石脱介筛能力富余的条件下，将筛缝调整至0.35 mm[6-8]，提前将灰分高的煤泥排出分选系统[2]。矸石稀介质悬浮液与精煤稀介质悬浮液分别磁选，再由粗煤泥回收系统将高灰细泥从煤泥水处理系统脱除。细煤泥水处理系统采用两段浓缩、两段回收工艺，一段浓缩底流通过沉降过滤离心机回收，将回收的煤泥掺入混煤中，以减少煤泥副产品的产量。神华宁煤集团金凤选煤厂在此方面已取得良好效果。

分选后的煤泥减量主要是降低煤泥水分，提高其发热量，将其破碎后回掺至混煤中。采取的措施主要有煤泥晾晒、煤泥干燥、煤泥低温真空干化等类型。由于分选后的煤泥减量是被动补救型措施，成本较高，效果相对较弱，但也是煤泥减量化系统性工程不可或缺的组成部分。

3 煤泥减量化的应用实践

神华宁煤集团羊场湾选煤厂(一分区)和枣泉选煤厂都是设计能力达到10.00 Mt/a的大型选煤厂，现有生产工艺为200～25 mm块煤重介质浅槽分选，末煤不分选，粗煤泥通过分级旋流器+振动弧形筛+煤泥离心机回收后掺入末混煤中，细煤泥采用快开隔膜压滤机压滤后单独销售。两座选煤厂分选系统虽然都按照13 mm分级进行设计，但由于产品销售价格以及煤泥水处理系统等原因，后来都主动或被动将分选粒度下限提高至25 mm。

随着神华宁煤4.00 Mt/a煤炭间接液化(以下下简称“煤制油”)项目的投用，神华宁煤集团煤制油板块(含煤制油、煤制烯烃、煤制甲醇)年消耗原料煤2 401万t、燃料煤956万t，合计3 357万t。由于煤制油项目的投产，精粒(块煤限下)煤与末原煤掺配已经不能满足煤制油的最佳用煤灰分，必须破碎大量的块精煤产品进行掺配。为保证煤制油用煤质量和数量，增加集团公司经济效益，先后对羊场湾选煤厂、枣泉选煤厂等进行工艺升级改造工程，增加末煤分选系统，将主要煤源选煤厂提供的末煤产品灰分控制在煤制油最佳用煤灰分区间，减少块精煤的使用，降低二次配煤的难度。

羊场湾和枣泉选煤厂的原煤粒度组成见表1，通过表1可以看出，两厂原煤中6 mm以下粉煤含量比较高，分别为39.20%和33.35%，原生煤泥(0.5 mm以下)的含量分别为7.66%和7.19%，说明原煤易碎并且矸石易泥化。改造前，羊场湾和枣泉选煤厂的煤泥副产品产率分别为2.06%和1.95%，若进一步提升入选率，煤泥也将相应增加。发热量为18.81 MJ/kg的末煤销售基准价为340元/t，煤泥价格仅为60～120元/t(统一定价)，如果增加煤泥产量，将降低选煤厂利润。以这两座选煤厂为例，若末煤进行全级入洗，原生煤泥将全部进入到洗选系统中，原生煤泥+浮沉煤泥+次生煤泥的含量将达到13%左右，将是现有块煤分选系统内总煤泥量的3～4倍。因此，选煤厂增设末煤分选系统必须进行煤泥减量化设计。

根据煤制油板块的原料煤用煤指标以及各煤源选煤厂的供煤能力，为充分利用现有分选系统富余能力，羊场湾选煤厂将块煤分选下限降至13 mm，枣泉选煤厂将块煤分选下限降低至20 mm，并对末煤采用6 mm脱粉；13～6 mm(枣泉20～6 mm)采用无压三产品重介质旋流器分选，6 mm粒级以下粉煤不分选，粗煤泥采用分级旋流器+振动弧形筛+煤泥离心机回收，细煤泥采用两段浓缩、两段回收工艺(块末煤煤泥水系统合并处理)；一段浓缩底流经沉降过滤式离心机回收后掺入洗混煤中，二段底流采用快开隔膜压滤机回收。

表1 羊场湾和枣泉选煤厂原煤筛分试验结果

选前阶段采用6 mm深度筛分，在煤质较粘的条件下，筛分效率仍能保证在80%以上。羊场湾和枣泉选煤厂入选量分别由48.13%、42.55%提升至73.36%、74.89%，但进入系统中的总煤泥量也分别由4.84%、2.93%提升至10.28%、5.99%。羊场湾煤泥量增加相对较多的原因在于其块煤分选系统的筛分环节由25 mm降低至13 mm，但设备数量未相应增加，块煤系统筛分效率降低，导致进入分选系统的煤泥量增加。但与全级入选相比，仍减少了占全样3%左右的总煤泥量进入分选系统。两座选煤厂通过粗煤泥回收系统分别回收5.41%、2.14%粗煤泥掺至洗混煤中。通过两段浓缩、两段回收工艺，两座选煤厂分别回收2.03%、1.35%的煤泥掺入洗混煤中，通过压滤产生的煤泥副产品产率分别为2.84%和2.50%。即在入选量为原来的1.5～1.7倍、且分选粒度下限由25 mm调整至6 mm而增加了筛分难度的条件下，煤泥产率仅增长为原来的1.3倍。

4 结 语

神华宁煤集团羊场湾、枣泉选煤厂通过采用深度筛分、无压入料减少泵送产生的次生煤泥、两段浓缩、两段回收工艺增加回掺至洗混煤的煤泥量等措施，从分选前、分选中、分选后三个阶段都进行了系统的煤泥减量化，大幅度减少了压滤煤泥产率，提高了选煤厂的经济效益。根据煤制油推荐的配煤方案，神华宁煤集团决定对选煤厂进行工艺升级改造，以满足煤制油最佳用煤灰分指标；在利用装置富余能力增产油品、减少炉渣运输填埋、降低原料煤采购成本等方面，按其供给的干燥无灰基产品总量进行测算，两座选煤厂工艺升级改造后，可总体增加利润17 855.94万元/a，经济效益显著。