高粉煤含量的原煤脱粉入选工艺研究

杨宗义

(山西焦煤集团有限责任公司 技术中心， 山西 太原 030024)

随着采煤机械化程度的提高，入洗原煤中末煤的含量越来越多，-6 mm粉煤甚至达到50%以上[1-2]. 对于动力煤分选，末煤全粒级入洗不仅增加了生产成本，而且给煤泥水处理系统带来很大压力。因此，研究原煤脱粉的煤泥减量化工艺，可以从源头上减少末煤进入分选系统，降低煤泥水系统中的细泥含量，对改善细泥含量大导致的煤泥水难处理现状有重要的意义。

目前原煤脱粉工艺极为简单，一般是将筛下小于6.0/3.0 mm的脱粉原煤全部回掺至精煤产品中[3-5]，该工艺仅适用于原煤中粉煤含量不高的选煤厂，对粉煤含量大的选煤厂并不适用[6]. 以官地选煤厂为实例，建立高粉煤含量的原煤脱粉入洗模型，结合该厂煤质条件和分选工艺，通过模型计算得出合理的原煤脱粉入洗方案，对高粉煤含量的原煤脱粉入洗有重要的借鉴意义。

1 官地选煤厂概述

官地选煤厂是入洗能力为3.0 Mt/a的矿井型选煤厂，产品主要为优质动力煤，同时还生产喷吹煤。原煤中50～1 mm采用无压三产品重介旋流器分选，1～0.25 mm采用TBS分选，-0.25 mm采用浮选柱分选。入洗原煤的粉煤含量极大，-6 mm含量在50.00%以上。同时，由于厂区空间有限，一段、二段浓缩机的直径仅为22 m和15 m，而且尾煤压滤只有3台快开式隔膜压滤机，煤泥水系统的处理能力严重不足。因此，有必要研究适合该厂高粉煤含量的原煤脱粉入洗工艺，以减少系统中的煤泥含量。

2 原煤脱粉工艺的研究

2.1 脱粉原煤全部回掺精煤产品的可行性研究

官地选煤厂要求精煤产品发热量大于6 000 kcal/kg，水分小于13.00%，灰分小于14.00%. 随着弛张筛和交叉筛相继研制成功，原煤选前进行6 mm或3 mm脱粉工艺得以实现，因此主要研究6 mm和3 mm脱粉工艺。官地选煤厂原煤筛分试验结果见表1，原煤各粒级浮沉组成见表2.

表1 原煤筛分试验表

表2 原煤各粒度级浮沉组成表

由表1，2可知，若采用6 mm脱粉工艺，则产率为58.00%、灰分为24.89%的粉煤全部回掺精煤产品，50～6 mm原煤在分选为1.51 g/cm3时，精煤产品灰分最低为22.39%，灰分过高无法满足发热量要求。同理，若采用3 mm脱粉工艺，50～3 mm原煤分选密度在1.55 g/cm3时，精煤产品灰分最低为22.01%，同样无法满足发热量要求。综上可知，该选煤厂粉煤含量高，脱粉原煤全部回掺精煤产品的脱粉工艺不可行。

2.2 部分脱粉原煤回掺精煤产品的可行性研究

2.2.1高粉煤含量的原煤脱粉入洗模型

部分脱粉原煤回掺精煤工艺的关键就是寻找最佳脱粉粒度、粉煤回掺比例和分选工艺参数，因此可以看做是不同粒级原煤在不同分选方式、不同分选工艺参数下的合理配洗。

因此，建立了高粉煤含量的原煤脱粉入洗模型，以不同粒级煤配洗的总精煤产率最大为目标函数，以最终精煤的指标要求为约束条件，建立目标模型如下：

MaxF(x)=λ1γ1(1-β)+λ2γ2(1-β)+

…λnγn(1-β)+γ1β+γ2β+…γnβ

(1)

式中：

λn—第n个粒级煤的分选产率；

γn—原煤中第n个粒级煤的含量；

β—粉煤掺入比例。

其中，约束条件具体表现为灰分指标，转换为数学模型如下：

(2)

式中：

An—第n个粒级原煤分选后精煤的灰分，%；

A′n—原煤中第n个粒级煤的灰分，%.

2.2.2最终精煤灰分

由于部分脱粉原煤回掺精煤产品，势必会导致精煤水分降低，为保证精煤发热量不变，可适当提高精煤产品的灰分。

官地选煤厂精煤产品水分每降低1%，发热量提高86 kcal/kg，灰分每提高1%，发热量降低97 kcal/kg. 可见，水分每降低1%，最终精煤灰分可相应提高0.88%. 由生产经验可知，最终精煤产率在60%左右，则各粒度级粉煤掺入后对最终精煤灰分影响的计算公式如下：

(3)

式中：

ΔA—最终精煤灰分增量；

κ—各粒级粉煤洗选前后水分之差。

为简单计算，假设洗选前后6～3 mm水分不变，3～1 mm差值为3%，1～0.25 mm差值为7%，-0.25 mm差值为15%，根据式(3)计算了不同粉煤掺入比例的最终精煤灰分指标，见表3.

由表3可知，随着原煤掺入比例的提高，最终精煤灰分不断提高，当粉煤掺入比例为20%、25%和30%时，最终精煤灰分分别提高到15.24%、15.56%和15.87%.

表3 不同粉煤掺入比下最终精煤灰分指标表

2.2.3脱粉工艺可行性分析

根据模型的需要，由表2中各粒级浮沉资料建立了浮物曲线、密度曲线的数学模型，经过拟合得到的分选密度-精煤产率、精煤产率-灰分曲线方程分别见表4，5.

表4 分选密度-精煤产率拟合方程表

表5 精煤产率-精煤灰分拟合方程表

该选煤厂煤泥浮选采用的是两台浮选柱组成的两段分选工艺，浮选灰分和浮精产率比较固定，一般精煤灰分为10.00%左右，产率为66.00%左右。

该研究采用优化计算软件Lingo(Linear Interactive and General Optimizer)求解粉煤掺入比例为20%、25%和30%的洗选方案，求解结果见表6，表7.

表7 3 mm脱粉工艺各分选指标和结果对比表

由表6可知，为满足最终精煤的发热量需求，当原煤采用6 mm脱粉工艺，粉煤掺入比例为20%时，最终精煤产率为58.93%，比选前不脱粉工艺产率降低0.76%，且随着粉煤掺入增加，最终精煤产率不断降低，脱粉方案不可行。若减小粉煤掺入比例到20%以下，则失去原煤脱粉的意义。可见，在最终精煤发热量为6 000 kcal/kg时，原煤采用6 mm脱粉工艺会使最终精煤产率下降，脱粉方案不可行。

表6 6 mm脱粉工艺各分选指标和结果对比表

由表7可知，为满足最终精煤的发热量需求，当原煤采用3 mm脱粉方案，粉煤掺入比例为20%时，最终精煤产率为60.39%，比选前不脱粉工艺产率提高0.70%；粉煤掺入比例提高到25%时，最终精煤产率为60.54%，比选前不脱粉工艺产率提高0.85%；继续提高粉煤掺入比例到30%，最终精煤产率反而下降到60.37%. 可见，在最终精煤发热量为6 000 kcal/kg时，原煤采用3 mm脱粉方案会使最终精煤产率上升，且粉煤掺入为25%时，最终精煤产率最高，脱粉方案可行。此时，精煤产率为60.54%，灰分为15.87%，重选密度为1.56 g/cm3，TBS分选密度为1.63 g/cm3，浮选精煤灰分为10.00%.

3 结 论

针对官地选煤厂原煤中粉煤含量高，6/3 mm脱粉原煤不能全部回掺精煤产品的问题，提出部分脱粉原煤回掺最终精煤的工艺，建立了高粉煤含量的原煤脱粉入洗模型，并结合选煤厂现有分选工艺进行了计算。计算结果表明，精煤发热量要求为6 000 kcal/kg时，原煤采用6 mm脱粉工艺会导致精煤产率下降，脱粉方案不可行；采用3 mm脱粉工艺时最终精煤产率上升，且粉煤掺入比例为25%时，最终精煤产率最高为60.54%，比选前不脱粉工艺提高0.85%，脱粉方案可行。该工艺对煤质变化的适应性强，能最大程度地提高粉煤掺入精煤的比例，减轻了煤泥水处理压力，提高了选煤厂的经济效益。