全粒径干法分选黑岱沟露天煤矿脏杂煤的应用研究_万国祥.pdf

第1期全粒径干法分选黑岱沟露天煤矿脏杂煤的应用研究万国祥1，李志勇2（神华准格尔能源有限责任公司黑岱沟露天煤矿，内蒙古 鄂尔多斯010300）摘要：为解决黑岱沟露天煤矿脏杂煤资源浪费的问题，对脏杂煤干选方案进行了总体设计、半工业性试验研究和经济效益分析，结果表明：利用IDS智能干选机分选50200 mm块煤和ZM矿物高效分离机分选050 mm混煤的全粒径干法分选工艺，精煤产率达到60.81%，低位发热量提升48.65%，满足动力煤用户需求，实现了脏杂煤资源的回收利用，并显著提高企业综合效益。关键词：脏杂煤；选煤工艺；干法分选；智能干选机中图分类号：TD921文献标识码：B文章编号：2096-7691（2023）01-090-04作者简介：万国祥（1987），男，硕士，工程师，现任职于神华准格尔能源有限责任公司黑岱沟露天煤矿，主要从事露天煤矿生产技术方面的工作。Tel：15149775040，E-mail：引用格式：万国祥，李志勇.全粒径干法分选黑岱沟露天煤矿脏杂煤的应用研究 J.能源科技，2023，21（1）：90-93.0引言黑岱沟露天煤矿生产核定能力为3 400 万t/a，主要开采6 号复煤层，该煤层为特低低硫、低磷、中灰、高挥发分、高软化温度的良好动力用煤。开采过程中，为保证煤质加大了对煤顶、底板的处理强度，产生部分顶、底板劣煤，这些脏杂煤混入矸石比例较大，发热量在1 000 kcal/kg3 000 kcal/kg，灰分高、煤质较差，且脏杂煤产量至少为120万t/a。目前黑岱沟露天煤矿选煤厂主要采用跳汰系统和重介浅槽系统进行动力煤湿法分选，不适宜对脏杂煤进行分选，导致脏杂煤均按低热值煤岩混合物排至排土场，既浪费了资源，污染了环境，还存在自燃隐患。目前脏杂煤的处理方法主要分为湿法工艺和干法工艺。上海庙矿业公司榆树井选煤厂和蒙泰集团范家村选煤厂均曾采用湿法工艺分选原煤，但由于煤质的不同，分选效果差异较大，尤其是针对煤灰分高和热值低的脏杂煤，湿选泥化严重，处理困难1。而干法工艺凭借其流程简单、见效快和不耗水的优点，克服了湿选工艺的弊端，已经在各大煤矿取得了较好的分选效果2-4。因此，为应对脏杂煤湿选难度大，直接水洗精煤产率低的问题，需要进行脏杂煤干选系统的应用研究。1入选原煤煤质分析黑岱沟露天煤矿原煤筛分试验结果见表1和表2。由表1和表2可知：原煤灰分为51.27%，灰分较高，表明煤中存在大量矸石，其中50200 mm原煤的灰分为60.21%，050 mm粒级原煤灰分为45.29%，说明矸石相对于煤偏硬，且主要存在于粗粒级中；050 mm各粒级原煤中灰分随着粒度的减小呈减小的趋势，表明矸石相对于煤不易碎；原煤低位发热量为2 939 kcal/kg，热值偏低，不适宜作为动力原煤，其中50200 mm粒级的原煤由于矸石含量高，导致发热量偏低；050 mm粒级原煤中的发热量无明显变化规律，1350 mm粒级原煤的发热量相较其他粒级偏低。表150200 mm全粒级原煤筛分试验结果名称50200 mm原煤050 mm原煤合计产率/%40.1159.89100.00全水/%3.315.274.48灰分/%60.2145.2951.27低位发热量/（kcalkg-1）2 2903 3732 939根据原煤浮沉分析可知，主要密度级为-1.5 g/cm3与+2.00 g/cm3，中间密度级含量少，可通过高密度排矸实现降灰。第21卷 第1期Vol.21No.12023年2月Feb.2023第1期万国祥等：全粒径干法分选黑岱沟露天煤矿脏杂煤的应用研究表2050 mm原煤筛分试验结果粒级/mm255013256133603合计产率/%31.2020.1516.718.3323.61100.00全水/%4.624.905.584.626.455.27灰分/%50.8848.5341.6940.5839.3645.29低位发热量/（kcalkg-1）2 9583 1553 6443 8353 7533 373筛上累计粒级/mm+25+13+6+3全级产率/%31.2051.3568.0676.39100.00全水/%4.624.734.944.905.27灰分/%50.8849.9647.9347.1345.29低位发热量/（kcalkg-1）2 9583 0353 1853 2563 373总体来说，原煤属于高灰、低水、低热值煤，外观干燥，产品质量较低。原煤灰分较高、矸石量大，且易泥化，因此不宜水洗；原煤中+13 mm为主要粒级，含量达70%，可选性良好。目前黑岱沟露天煤矿选煤厂洗选密度为1.801.90 g/cm3，当采用1.80 g/cm3密度级排矸时，+6 mm粒度级的0.1含量为20%，根据分选密度0.1 含量评定可选性方法，可选性都是中等可选，适合采用干法分选工艺。2选煤工艺选择通过对原煤资料的分析和研究后，针对黑岱沟露天煤矿脏杂煤干法分选，主要考虑复合式干法和X射线分选。2.1复合式干法复合式干法选煤适用于高矸石含量原煤预排矸，低阶煤以及矸石易泥化时原煤分选排矸5-6。原煤矸石含量高时干法预排矸可以减少矸石进入重介洗煤厂旋流器的数量和旋流器堵塞的现象。ZM矿物高效分离机为新一代复合式分选设备，排矸的分选数量效率为90%，有效分选粒级3100 mm，入料粒度上限为13 mm时，有效分选粒度下限为1 mm，如图1所示。最大优势是不用水，节省了选煤成本中占比大的煤泥水系统。图1ZM矿物高效分离机2.2X射线分选X射线分选系统是根据射线穿透不同密度矿物的衰减程度而对精煤和矸石进行判断而实现分选的一种方法7，目前使用较多的为IDS智能干选机，如图2所示。这种方法适合分选+50 mm块煤，对小颗粒煤分选效率下降，单位投资和运营成本不如复合式干选机，分选精度也远低于湿法重介分选8。图2IDS智能干选机由于50200 mm块煤中矸石含量较多，如果采用不分级入选，由于风力分选设备的分选粒度上限为80 mm，需要将+80 mm物料破碎，破碎起到煤矸解离的作用很小，仅做到粒度破碎，且泥岩矸石易碎，进入低粒度级中，将影响分选效果。因此，综合考虑各选煤工艺特点，在脏杂煤干选系统设计中，采用低运营成本的全粒级干法分选工艺：对原煤进行 50 mm 分级，50200 mm 块煤进入IDS智能干选机分选，050 mm混煤进入ZM矿物高效分离机分选，主选中煤再选，除尘器煤粉全部掺入精煤。当+50 mm块精煤市场需求不佳时，原煤也可全部破碎到-50 mm进入风选。该工艺同时利用2 种干选工艺，充分发挥干选机各自特长，降低生产成本。具体分选工艺流程如图3所示。原煤200 mm+50 mm分级筛-50 mm破碎IDS智能分选机ZM矿物高效分离机精煤矸石精煤矸石中煤图3分选工艺流程3半工业性试验效果干选半工业性试验结果见表 3。结果显示干选后+6 mm 精煤产率为 24.80%，产品低位发热量5345 kcal/kg，灰分为21.49%，相比原煤低位发热量提高 2496 kcal/kg，灰分降低 31.26%。分选同时得到36.02%的-6 mm煤粉，低位发热量3697 kcal/kg，灰分91第1期为41.66%。工业生产中，此部分煤粉可掺入精煤产品，总精煤产率为 60.81%，精煤产品低位发热量4369 kcal/kg，灰分为33.44%，相比原煤低位发热量提高1520 kcal/kg，灰分降低19.31%。由此可知，经过全粒径分选后，精煤热值显著提高，灰分明显降低，分选效果较为理想。同时，干选排出的矸石总产率为39.19%，灰分为82.73%，低位发热量为491 kcal/kg，矸石较纯，可见该方法对高含矸物料的排矸分选效果突出，可以减少矸石排量，降低矸石运输成本。表3干选半工业性试验结果产品50200 mm精煤650 mm精煤6 mm精煤06 mm煤粉精煤合计50 mm矸石50 mm矸石矸石合计合计产率/%13.1911.6124.8036.0160.8126.9212.2739.19100.00全水/%6.406.776.575.886.161.801.901.834.47灰分/%14.6929.2221.4941.6633.4482.5183.2182.7352.75低位发热量/（kcalkg-1）5 9184 6945 3453 6974 3695124454912 849原煤的低位发热量是判定商品煤质量的重要指标之一，且是动力煤用户最为关心的问题之一9-10。综合试验结果，不同精煤热值下精煤产率的变化见表4和图4。由表4和图4可知，精煤产率随着精煤热值增加呈二次函数降低趋势，当精煤热值达到4 500 kcal/kg时，精煤产率达到50.90%，精煤的总体回收率较高，且是良好的动力用煤。表4不同精煤热值下精煤产率变化产率%13.1924.8031.3750.9060.8167.11全水/%6.406.576.436.226.165.76灰分/%14.6921.4925.7131.8333.4438.11低位发热量/（kcalkg-1）5 9185 3455 0004 5004 3694 001精煤热值/（kcalkg-1）3 7004 1004 5004 9005 3005 7006 100y=5.8710-6x2-0.09x+328.95，R2=0.98806040200精煤产率/%图4不同精煤热值下的精煤产率变化此外，根据半工业性试验，1台IDS-200A块煤智能分选机分选50200 mm块煤最大产量为190 t/h，分选050 mm原煤最大产量为331t/h，同时考虑到矸石含量较大和粒度波动，采用1台ZM600高效矿物分离机用于分选-50 mm混煤，干选效率较高，能够满足生产需要。4经济效益分析4.1投资成本黑岱沟露天煤矿脏杂煤干选系统处理能力为120 万t/a，提质方法采用原煤全粒级干选提质工艺，主要包括1 台IDS智能干选机分选和1 台ZM矿物高效分离机。据估算，项目改造总概算3 012 万元。4.2加工运营成本由于利用智能干选机，所以人工费用降低；设备数量较少，配件及维修费较低。据估算，加工运营成本1 700 万元/a。4.3利润估算因取样数量少，取样仅3 处，所以试验结果稍显乐观，考虑到风化煤和构造煤的影响，因此在估算脏杂煤的精煤产率时按保守值40%计算，另外商品煤利润按边际贡献计算，吨煤174.5 元。以加工脏杂煤120 万t/a计算，年纯收入增加6 680 万元，当年即可实现盈利。这不仅提高了煤炭资源的回收和利用率，且干选经济效益显著。5结语（1）建立了黑岱沟露天煤矿0200 mm全粒径干选分选工艺，即采用IDS智能干选机对50200 mm的原煤分选，采用ZM矿物高效分离机对050 mm的原煤分选，该工艺充分利用了两种干选工艺的优点，发挥了干选机各自特长。（2）通过干选半工业性试验，该工艺总精煤产率能达到60%，低位发热量为4369 kcal/kg，不仅解决了脏杂煤遗弃的问题，也满足了动力煤用户的需求。（3）该工艺在保证精煤产品质量的同时，将部分分选后的煤粉掺入精煤中，实现了资源的高效利用，整体提高了资源回收率，同时能够增加企业的效益。参考文献：1李小龙，夏云凯.内蒙古地区易泥化动力煤干选工艺发展趋势研92第1期究 J.煤炭加工与综合利用，2022（2）：1-6，10.2夏云凯，李功民.我国动力煤干选技术现状及展望 J.洁净煤技术，2017，23（6）：17-25.3班健.抚顺西露天矿选煤厂洗煤工艺优化 J.露天采矿技术，2017，32（9）：63-66.4郝新飞.复合式干法选煤技术应用研究 J.矿业装备，2021（4）：66-67.5许红娜.煤炭干法分选技术应用场景及展望 J.煤炭加工与综合利用，2022（1）：63-65.6卫中宽，郭大林，王洋，等.干法选煤厂设计中应重点关注的问题分析 J.煤炭加工与综合利用，2021（11）：1-6.7李素环，夏云凯.X射线块煤智能分选机在脏杂煤分选中的应用J.洁净煤技术，2021，27（S2