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干法选煤工艺在河南能源的典型应用及启示 张振红 河南能源化工集团 采购公司, 河南 郑州 450016 摘 要 通过对河南能源化工集团干法选煤工艺的 5 种不同情况的典型应用案例介绍, 简 述曾经对干法选煤存在的认识误区及影响, 提出了干法选煤工艺的适用对象与推广应用建议, 可为企业合理选择煤炭分选加工设计与技术改造方案, 并为干法选煤工艺推广应用提供一定参 考。 关键词 干法选煤; 易泥化煤; 预排矸; 末煤干选; 化工用煤 中图分类号 TD942. 4 文献标识码 A 文章编号 1005-8397202011-0008-05 收稿日期 2020-08-17 DOI 10. 16200/ j. cnki. 11-2627/ td. 2020. 11. 002 作者简介 张振红1968, 男, 河南濮阳人, 1990 年毕业于中国矿业大学选矿工程专业, 工程硕士, 河南能源化工集团采购公司教授 级高级工程师。 引用格式 张振红. 干法选煤工艺在河南能源的典型应用及启示 [J]. 煤炭加工与综合利用, 202011 8-12. 1 概 况 河南能源化工集团有限公司简称 “河南能 源”, 主要涉及能源、 化工、 现代物贸等产业。 旗下主要有永城煤电控股集团有限公司简称 “永煤公司”、 义马煤业集团股份有限公司简 称 “义煤公司”、 焦作煤业集团有限责任公 司简称 “焦煤公司”、 鹤壁煤业集团有限责 任公司简称 “鹤煤公司”和河南省中原大化集 团有限责任公司、 河南省煤气集团有限责任公 司等, 随着省外规模的发展又成立了河南能源新 疆控股有限公司简称 “新疆公司”和贵州豫能 投资有限公司简称 “贵州公司”。 截止 2019 年底, 河南能源旗下各煤业公司 所属煤矿先后购买干法选煤设备共计 33 台套, 2010 年前后分别为 13 和 20 台套。 虽然 2010 年 之前干法选煤在鹤煤公司九矿和义煤公司石壕煤 矿运行效果比较理想, 但由于受煤炭粒度组成和 水分等因素影响, 在贵州的黔金矿、 洛阳龙门矿 和安阳大众矿等部分矿井使用效果不佳。 项目实 施后, 虽然产品发热量可提高 1. 26 MJ/ kg 以上, 但由于人们习惯性地将干法选煤与通过洗选加工 生产冶金炼焦、 喷吹煤的湿法选煤工艺进行比 较, 不少人对干法选煤认识存在一定偏见, 以至 于关注不多、 重视不够, 甚至抱着排斥的态度, 干法选煤的推广应用受到一定影响。 随着干选技术的发展与我国对商品煤质量要 求的提高, 煤炭入选率不断提高, 干法选煤工艺 应用范围不断拓展, 同时分选效果也不断提高。 2010 年后特别是近几年, 河南能源干选项目明显 增多, 且运行效果较好。 据统计, 采用干法选煤 之后, 义煤公司的产品发热量提高1. 672. 51 MJ/ kg、 硫分降低 0. 81. 2 个百分点; 永煤公司的龙 门矿[1]、 嵩山矿分选后产品发热量都提高了 3. 35 MJ/ kg; 贵州公司高山矿 2019 年初投入运行后, 产品发热量提高 4. 18 MJ/ kg 左右, 实现了为黔希 煤化工稳定供应原料煤的目的, 增效更为显著。 对干法选煤工艺的认识也在逐渐改变, 但在实施 过程中也发现一些需要改进的环节和做法。 2 干法选煤在河南能源的典型应用 2. 1 鹤煤公司九矿 九矿前期原煤灰分小于 17, 能够直接满足 动力煤和当时高炉喷吹煤用户需要。 随着放顶煤 技术的应用, 选出大块煤和矸石后原煤灰分高达 25左右。 为选择合适加工工艺、 提高产品质 量, 所做原煤筛分试验结果为 050 mm 混煤、 灰分 26. 31, 其中 0 6 mm 占 48. 07、 灰分 8 煤炭加工与综合利用 COAL PROCESSING 650 mm 占 51. 93, 灰分 34. 19。 0 6 mm 粒级可基本满足用户需求, 650 mm 粒 级必须分选加工。 虽然重介浅槽、 斜轮、 立轮分 选机、 重介旋流器等设备的分选精度较高, 基于 19981999 年企业经营困难, 经过联系厂家试验 后, 决定建设复合干选简易排矸系统。 干选试验 结果见表 1。 干选系统投运后, 月综合试验结果 为 入选前小于 50 mm 混煤灰分 23. 39, 其中 06 mm 占 48. 07、 灰分 17. 13; 650 mm 占 51. 93、 灰分 29. 19。 650 mm 入选后的结果 见表 2。 表 1 鹤煤公司九矿干选试验结果 品种占全样/ 灰分/ 轻产品 1 轻产品 2 中煤 1 中煤 2 精煤 26. 58 33. 98 12. 82 5. 93 79. 12 13. 69 14. 93 25. 18 28. 61 17. 2 中煤 3 矸石 矸石 13. 13 7. 66 20. 88 68. 13 71. 73 77. 08 合计100. 0028. 47 表 2 鹤煤公司九矿 650 mm 粒级选后产品平衡 产品占本级/ 占全样/ 灰分/ 精煤68. 1335. 3816. 48 尾煤18. 779. 7545. 41 矸石13. 106. 872. 86 合计100. 0051. 9329. 29 650 mm 粒级干选轻产物与小于 6 mm 粉煤 混合作为最终产品, 解决了销售难题, 平均灰分 16. 85, 还可筛出占入选总量 6. 89 的 25 50 mm 中块煤单独高价销售, 当时每年合计增效 440. 58 万元[2]。 2. 2 义煤公司石壕矿 石壕煤矿虽建有重介洗选系统, 但只能处理 20的原煤, 直接销售灰分 37以上原煤, 不仅 价格低且销售困难。 筛分试验结果显示 50 8 mm 粒 级 灰 分 高 达 63. 41, 8 0 mm 灰 分 32. 42。 2001 年 1 月石壕矿购买了 FGX-6 型复 合干选机设备用于分选 508 mm 筛上物。 入料 灰分 63. 41, 硫分 6. 54, 分选精煤灰分和硫 分分别为31. 41和1. 91, 分别降低32 和4. 63 个百分点。 干选精煤和小于 8 mm 粒级产物混合 后, 灰分由 37 降到 32, 硫分由 2. 5 降到 1. 8, 从次煤中回收 3. 3的煤炭, 充分回收了 煤炭资源。 据统计, 该矿 2005 年加工原煤 63 万 t、 增效 717. 5 万元。 继石壕矿成功应用后, 义煤 公司又在新安矿、 常村矿等配备了 FGX-6、 FGX -24 型干选成套选煤设施, 并达到了预期效 果[3]。 2. 3 永煤公司嵩山矿 嵩山煤矿属于中高发热量、 粉状无烟煤。 原 煤发热量在 16. 74 18. 83 MJ/ kg 之间, 硫分 1. 3左右。 中国矿业大学所做原煤浮沉资料显 示 大于 13 mm 粒级块煤产率 7. 55、 灰分 68. 25; 小于 13 mm 粒级末煤灰分为 38. 27; 原生煤泥含量高达 33. 14、 灰分为 27. 14。 且 该矿煤易碎、 遇水严重泥化。 2011 年 11 月 5 日 在永锦选煤厂做生产试验, 再次证实了嵩山矿原 煤遇水泥化严重, 精煤和煤泥产品脱水极度困 难, 原生煤泥 次生煤泥产率占原煤总样的 51. 24, 重介单耗明显偏高。 2011 年、 2012 年 先后 2 次计划实施湿法选煤方案, 考虑煤质特 性、 产品定位等因素, 从投资、 效益、 市场与湿 法选煤经济可行性等多次反复论证, 直到 2015 年结合干选试验结果, 决定采用复合干选工艺。 系统投运后, 产品发热量提高 3. 37 MJ/ kg, 硫分 降低 0. 49 个百分点, 产品质量满足河南省对商 品煤质量的相关要求, 复合干选对细粒易泥化煤 实现了成功分选。 经测算, 电煤价格在硫分小于 1. 0时, 分选前后综合售价由 210 元/ t 提高到 234 元/ t, 吨煤售价提高 24 元/ t。 干选系统投资 300 万元, 正常生产一个半月就收回投资[4]。 2. 4 贵州公司安顺矿 安顺矿只有筛分系统, 为解决块煤含矸率高 的问题, 2015 年初开始启动干选项目, 一度受各 级领导和技术人员对干法选煤片面认识的影响进 展缓慢, 2015 年 11 月份联系试验车到现场直接做 干选试验, 结果显示分选效果明显。 2017 年系统 投运后, 块煤含矸率由以往的 30 50降低到 10左右主要是夹矸煤和片矸, 折合吨煤售价 增加 1520 元, 同时末粉煤发热量较筛末煤提 高 1. 261. 67 MJ/ kg, 年增收 1 500 万元以上, 系 统运行 4 个月就收回了投资。 但由于维护不到位, 2018 年初系统几乎失去了分选效果, 在上级公司 9 2020 年第 11 期张振红 干法选煤工艺在河南能源的典型应用及启示 督促下, 该矿对系统进行全面检查、 清理、 检修, 更换了分选床面, 并建立了系统检修与考核制度, 严格落实, 使系统恢复到了正常状态[5]。 2. 5 贵州公司高山矿 高山矿开采 4 号、 9 号 2 个煤层, 9 号煤原 煤发热量在 19. 6625. 10 MJ/ kg、 全硫 24; 4 号原煤发热量在 14. 64 18. 83 MJ/ kg, 全硫 46。 该矿在基建阶段曾经考虑配套建设选 煤厂, 由于严重缺水, 因此仅配套了简易筛分系 统。 筛块煤发热量 12. 55 MJ/ kg 左右且产率低, 筛末煤发热量比原煤可提高 1. 67 MJ/ kg 左右见 表 3, 但受地质条件影响, 发热量随原煤质量 变化而大幅波动, 只有部分时段可以满足化工使 用, 只 能 按 20. 92 MJ/ kg 为 基 准, 以 每 百 卡 418J8 元/ t 价格销到当地电厂。 同时, 贵州公 司所属黔希煤化工所用原料煤以每百卡 13 15 元/ t 的高价大量外购。 结合集团公司内部干 法选煤的成功应用, 对高山矿 2 个可采煤层分别 采样进行半工业性试验, 试验结果显示分选效果 较理想。 经过论证, 确定在高山煤矿采用 ZM- 150 型干法分选机对该矿原煤进行分选加工, 2019 年 3 月初开始安装, 20 d 进入调试阶段。 表 3 高山矿煤炭筛分试验结果 序号粒级/ mm质量/ kgr/ Mt/ Ad/ St. d/ Qnet,ar/ MJkg -1 1总样77. 30 2253. 304. 274. 269. 144. 786. 40 313256. 508. 414. 255. 624. 0812. 58 4≤1367. 5087. 328. 825. 791. 9222. 86 5合计77. 308. 031. 872. 3420. 68 干选系统运行后, 4 号煤精煤发热量最高提 升 4. 64 MJ/ kg、 最低提升 3. 15 MJ/ kg, 平均提高 3. 94 MJ/ kg; 精煤产率平均为 68. 92、 硫分降 低接近 1 个百分点; 9 号煤灰分平均降低 10. 07 个百分点、 硫分降低 1. 14 个百分点、 发热量提 高 3. 80 MJ/ kg, 达到 23. 10 MJ/ kg。 干选前发热 量 20. 92 MJ/ kg 左右的末煤作为电煤售价为 400 元/ t, 干选后精煤作为化工原料煤可售价736 元/ t, 并有效规避了湿法工艺用水难题。 干选精煤 产率 83. 05、 吨原煤加工费按 5 元计, 吨煤增 收为 73683. 05-400-5206元 [6]。 2.6 马泰壕矿干选试验与重介分选生产结果对比 对比马泰壕煤矿 2019 年干法分选试验结果 表 4和现有重介浅槽分选工艺分选结果表 5 发现 500 mm 干选试验结果与重介浅槽选后 块煤灰分基本相当, 2 种分选方法得到的 50 25 mm、 2513 mm 块煤灰分均可控制到 6以 内, 表明块煤通过干选完全可达到重介分选的指 标。 但干选工艺不用水, 选后块煤水分更低, 故 低位收到基发热量更高。 同时, 干选后 130 mm 末煤灰分可控制到 10以下, 低位发热量可提高 到 26. 69 MJ/ kg 左右, 达到了化工用原料煤的质 量要求; 还可根据用户实际需要灵活调整产品质 量定位, 比如可生产发热量为 23. 01 MJ/ kg 左右 中煤作为电煤, 以保障稳定生产灰分 8或更低 的冶金喷吹用煤。 表 4 2019 年马泰壕矿 500 mm 原煤干法分选试验结果 产品名称全级产率/ 本级产率/ 干选后分级煤样结果 全水 Mt/ 灰分 Ad/ 硫分 St. d/ 低位发热量 Qnet,ar/ MJkg -1 5025 mm 块精煤19. 2126. 4712. 25. 310. 3525. 87 2513 mm 块精煤15. 0820. 7812. 44. 970. 3326. 17 130 mm 末精煤34. 9248. 1112. 68. 600. 4824. 88 精煤合计69. 2195. 3612. 26. 820. 4725. 47 矸石3. 374. 644. 483. 720. 692. 90 500 mm 原煤72. 58100. 0011. 610. 390. 5024. 48 01 煤炭加工与综合利用2020 年第 11 期 表 5 马泰壕矿选煤厂 2019 年上半年重介系统产品数质量统计 产品名称全级产率/ 重介分选块煤分级煤样结果 全水 Mt/ 灰分 Ad/ 硫分 St. d/ 低位发热量 Qnet,ar/ MJkg -1 10050 mm 块精煤17. 8012. 66. 280. 3725. 38 5020 mm 块精煤16. 2813. 15. 360. 3725. 74 200 mm 末煤61. 7114. 210. 940. 4923. 78 矸石4. 21 1000 mm 原煤100. 00 3 干法选煤应用启示与推广建议 3. 1 末煤干选技术已经成熟 高山矿煤炭筛分试验结果表 3显示, 原煤 中大于 25 mm 粒级含量仅 3. 3, 且灰分高达 69. 14, 小于 13 mm 粒级占 87. 32; 河南能源 嵩山矿原煤大于13 mm 粒级产率仅为7. 55, 灰 分高达 68. 25。 2 矿原煤粒度组成中主要为小 于 13 mm 粒级, 由 2 矿干选系统分选效果可以判 断 干法选煤对小于 25 mm、 甚至小于 13 mm 粒 级煤炭有明显分选效果。 笔者认为, 当前末煤干 法选煤技术已经基本成熟, 可以结合煤质和用户 需求实际用于末煤分选提质, 有效降低工程投资 和系统运行成本[7]。 3. 2 干法选煤的适用对象 3. 2. 1 适宜于化工和电力用煤的加工提质 当前我国煤炭用途正由单一燃料, 向原料和 原料、 燃料兼用的方向转变, 快速发展的现代煤 化工原料煤将是煤炭需求的主要增量。 特别是化 工原料煤不仅仅需要一定的固定碳含量发热 量, 而且要考虑影响灰熔融性的灰成分指标, 考虑气化炉的安全与长周期运行, 气化原料煤还 需要一定的灰分含量。 化工原料煤需要合适的灰 分定位来保证相应的灰熔融性, 并不是纯粹的灰 分越低越好[8]。 同时, 随着我国能源结构持续调 整, 火力发电新上项目优先鼓励调峰, 调峰发电 机组的深度调峰需要相对热值较高和均匀稳定的 燃料煤, 发电用煤没必要像冶金用煤那样进行深 度分选加工。 所以投资少、 系统简单、 运行成本 低的干法选煤工艺更适合化工和发电用煤的分选 加工。 3. 2. 2 适宜于煤与矸石泥化或干旱缺水冬季寒 冷地区的煤炭加工 典型的嵩山矿煤易泥化, 高山矿缺水等都适 合采用干选加工提质增效。 我国绝大部分的高挥 发分煤炭资源赋存在干旱、 缺水的西北部, 这些 地区冬季寒冷, 并存在矸石、 甚至煤炭泥化现 象, 采用湿法洗煤所产生的煤泥难以均匀掺配、 冬天难以装卸运输。 而煤泥干燥不仅成本较高, 还受到环保政策的制约[8]。 化工和电力用煤的分选加工采用干法选煤可 以有效避免上述问题, 特别是我国北方赋存量极 大的高挥发分不粘煤、 长焰煤和褐煤, 近年来一 直探索煤泥减量化, 而干法选煤工艺不产生煤 泥、 无疑是煤泥减量化的最佳选择, 避免湿法分 选后出现煤炭产品降灰增水, 发热量不升反降的 尴尬局面[9]。 3. 2. 3 适宜于易选煤块煤的分选加工 由高山矿、 龙门矿、 嵩山矿等干选项目实践 经验可知, 干选系统实际生产和试验分选效果是 吻合的; 马泰壕矿原煤干选试验结果与现有重介 浅槽实际生产结果基本相当; 同时从现场看到, 在贵州安顺和轿子山矿分选过程中, 块煤所谓的 含矸率是几乎没有纯矸, 绝大多数都是密度高的 夹矸煤和中煤, 所以对于易选和极易选煤的块煤 采用干法选煤工艺理论上是可行的。 为了简化流 程, 可以采用小于 50 mm 或小于 80 mm 混合分 选后再进行分级, 得到所需要的不同粒度规格的 精煤产品, 从而有效避免矸石煤炭泥化, 避免 煤泥的高额处理成本。 3. 2. 4 适宜于冶金煤选煤厂入选原煤的预排矸 随着煤炭开采行业设备向着大型化、 重型 化、 自动化、 智能化等方向发展, 煤矿井下控制 煤质的措施越来越少; 随着煤矿开采深度和年限 增加, 矿井煤质越来越差, 现有配套选煤厂处理 能力随着煤质变差而相应降低。 为保证选煤厂具 备与矿井相匹配的加工处理能力, 需要相应改 造, 而传统的湿法工艺扩能改造, 投资大、 占用 11 2020 年第 11 期张振红 干法选煤工艺在河南能源的典型应用及启示 场地空间大、 影响生产时间长。 采用占地空间 小、 投资少的干法选煤工艺对选煤厂入洗原料煤 预排矸的改造方案是一个很不错的选择[10]。 对于新建厂可充分发挥干选预排矸综合优 势, 提高入洗原料煤质量, 降低精选湿法选煤 设计与投资规模, 从而降低综合成本。 笔者认 为, 通过干法预排矸 “初选”, 再由湿法选煤 “精选” 生产满足冶金煤用户需要的产品或优化 产品结构, 从而提高综合效益将是今后的方向和 趋势[11]。 3. 3 重视干选系统维护与保养 任何设备都需要相应的维护和保养, 干选设 备也不例外。 由安顺矿的应用发现, 如果不及时 清理风道、 更换分选床面, 干选系统分选效果将 降低, 甚至失去分选效果, 因此, 必须建立相应 的检修、 保养机制, 并严格执行。 3. 4 快速大面积推广需要规范设计 实施过程中发现, 干选项目虽投资少、 见效 快, 但缺少类似于湿法选煤工艺那样系统的设计 方案和正规设计图纸, 难以适应国有企业严格的 项目建设程序需要。 为此, 建议干选设备制造厂 家尽快改进或与选煤设计单位结合, 相互取长补 短, 完善工艺系统方案、 规范设计施工图纸。 进 行系统设计时不仅要综合考虑系统分选功能、 原 料入料和产品仓储等环节, 还要考虑安全环保等 环节。 严格按照项目程序操作, 完善工程施工组 织与安全措施, 以便在国有企业顺利推广应用。 参考文献 [1] 吉英华, 祝学斌, 等. 干法分选工艺在龙门煤矿易泥化 煤加工提质中的应用 [J].选煤技术, 20165 47- 50, 53. 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