风力选煤技术在白音华三号矿的应用研究_孙宇霆.pdf

风力选煤技术在白音华三号矿的应用研究 孙宇霆1, 吕 宽2, 付红磊2, 黄克兢2, 李江涛2, 温海彬1 1. 内蒙古锡林郭勒白音华煤电有限责任公司露天矿; 2. 内蒙古白音华蒙东露天煤业有限公司, 内蒙古 锡林郭勒 026200 摘 要 针对白音华三号矿薄煤层多, 部分原煤品质差、 发热量低的问题, 提出了采用风 力选煤技术的解决方案, 并介绍了风力选煤技术的原理及工作流程; 通过综合分析, 采用风力 选煤技术分选劣质煤, 可提高商品煤的质量, 提高煤炭资源的综合回采率, 并扩大销售渠道, 有利于企业提高综合效益。 关键词 露天煤矿; 褐煤; 风力选煤 中图分类号 TD942. 4 文献标识码 A 文章编号 1005-8397202011-0013-04 收稿日期 2020-05-11 DOI 10. 16200/ j. cnki. 11-2627/ td. 2020. 11. 003 作者简介 孙宇霆1989, 男, 辽宁鞍山人, 2015 年毕业于中国矿业大学采矿工程专业, 工学硕士, 内蒙古锡林郭勒白音华煤电有限 责任公司露天矿工程师。 引用格式 孙宇霆, 吕 宽, 付红磊, 等. 风力选煤技术在白音华三号矿的应用研究 [J]. 煤炭加工与综合利用, 202011 13-16. 1 概 述 通常采用物理或机械方法对煤炭进行加工, 使其满足某种特殊用途的过程叫做选煤。 选煤技 术的应用可以更加合理地利用煤炭资源, 减少煤 炭资源浪费, 提高煤炭资源综合利用率。 近些年 随着我国大力倡导环境保护, 选煤技术的应用也 契合了这一举措。 白音华三号矿所开采的原煤均为褐煤, 褐煤 本身煤化程度低、 易碎、 原生煤泥量大, 并且遇 水极易泥化, 用水作为介质洗选极易造成洗水浓 度大, 煤泥水系统处理困难, 甚至无法正常生 产。 鉴于此, 白音华三号矿采用的选煤方法为风 选煤技术, 该技术是利用煤和矸石密度不同的原 理, 以空气作为介质进行分选。 风力分选可避免 褐煤遇水泥化的现象, 节约水资源, 解决动力煤 产品水分高、 冬季易冻结问题。 2 白音华三号矿煤质情况 2. 1 白音华三号矿煤层特征 白音华煤田位于内蒙古自治区锡林郭勒盟西 乌珠穆沁旗白音华苏木和哈日根台苏木, 三号露 天矿位于煤田中部。 三号露天矿煤层赋存稳定、 构造简单, 水文和工程地质条件较好, 煤类属褐 煤一号HM1和褐煤二号HM2。 白音华三号露天矿共计开采 6 层煤, 分别为 2-1上煤、 2-1中煤、 2-1下煤、 3-1 煤、 3-2 煤和 3-3 煤。 其中 3-1 煤和 3-3 煤为全区可采煤层, 平均厚度分别为 18. 31 m 和 6. 40 m, 综合发热量 分别为 14. 23 MJ/ kg 和 12. 13 MJ/ kg; 2-1中煤为 大部可采煤层, 平均厚度为 7. 27 m, 综合发热量 为13. 18 MJ/ kg; 2-1上煤、 2-1下煤和3-2 煤为局 部可采煤层, 平均厚度分别为 3. 29 m、 4. 17 m 和 1. 13 m, 综合发热量分别为 13. 39 MJ/ kg、 12. 55 MJ/ kg 和 11. 72 MJ/ kg。 白音华三号露天矿煤质为属中灰分中高灰 分, 低中硫、 低磷分、 中低热值煤平均热值为 13. 49 MJ/ kg, 是良好的民用和动力用煤, 适用 于火力发电和各种工业锅炉用煤。 2. 2 三号矿原煤开采工艺 露天矿采煤工艺 采用液压挖掘机2. 5 m3 半移动破碎机2 500 t/ h, 2 台 胶带输送机 带宽 1. 4 m半连续工艺。 原煤在坑下一次破碎 到粒度 300 mm 以下, 再经二级破碎车间破碎至 50 mm 以下, 经转载后进入条形料场, 由胶带机 送至装车缓冲仓, 最终上快速装车站装车。 31 煤炭加工与综合利用 No. 11, 2020 COAL PROCESSING 2 -1 中煤夹层岩石较多, 但随着采场推进, 夹矸层 逐步减少; 2-1下煤煤层内夹层岩减少。 总体来 看 2-1 煤、 3 煤组之间夹层岩数量并未明显减 少, 实际大部分夹层煤多以煤岩交错的形式赋存 而无法采出。 根据露天矿年推进强度进行推算, 此部分残煤每年产量约为 80 万 t。 3-3 煤为最下层煤, 因煤质问题无法进行搭 配, 在生产过程中并未采出, 通过对主要钻孔数 据进行分析可知, 在首采区内 3-3 煤底板薄煤层 始终存在, 厚度先增后减。 根据露天矿年推进强 度进行推算, 此部分残煤每年产量约 20 万 t。 三 号矿总残煤量约 100 万 t/ a。 2. 4 白音华三号矿低热煤赋存情况分析 白音华三号矿低热煤主要是指 3-2 煤和 3-3 煤, 这 2 层煤夹矸较多且无法剔除, 原煤综合发 热量不足 12. 55 MJ/ kg。 每年采出量约为 300 万 t, 给三号矿煤质搭配工作带来很大困难。 2. 5 残煤回收及低热值煤提质的必要性分析 残煤没有合适的用户, 排至排土场掩埋, 在 堆存过程中氧化放热, 热量不能及时散出, 且不 断积累, 煤堆温度会逐渐升高, 存在自燃的隐 患。 残煤堆存既浪费了资源, 还存在自燃的隐 患, 且污染环境。 而低热值煤只能在公司内部电 厂销售, 销售渠道有限。 利用风选煤技术进行残煤回收和低热煤提质 可以实现提高资源回采率, 增加经济效益, 提高 低热值煤的煤质, 扩大销售渠道等目的。 实施风 选煤技术将煤与矸石分离, 排弃至排土场中的排 弃物数量减少, 从而减少对排土场的占据容量; 同时排弃物料中可燃物含量下降, 减少了发生自 燃的几率, 降低了对环境的污染程度。 3 风力选煤技术介绍 残煤回收及低热值煤提质主要目的是提高产 品发热量, 提高发热量一般通过排除矸石, 降低 灰分来实现。 白音华三号矿采用的风力选煤设备 为 ZM 矿物高效分离机。 3. 1 ZM 矿物高效分离机的优点 ZM 矿物高效分离机技术先进、 主选机采用 特殊处理, 设备运转可靠, 模块化设计, 组装投 产快。 目前在内蒙古霍林河、 赤峰平庄、 新疆库 车、 青海江仓等地区应用。 ZM 高效矿物分离机 对风压、 风量做了地域性处理, 根据不同地区设 置不同参数, 出厂前对布风系统做个性化调整、 制作。 占地面积小, 工艺简单, 高效环保, 智能 化程度和分选效率高。 ZM 矿物高效分离机采用集成模块化组装, 主体设备全封闭并内置隔音降噪、 保温材料, 可 保证设备运转不受天气的影响, 分选后产品煤外 在水分较低, 可避免冬季发生冻车、 冻仓事故, 安全可靠性高; 智能化控制, 省去大量人为操 作, 操作管理方便、 简洁, 事故率低。 3. 2 ZM 矿物高效分离机工作原理 ZM 矿物高效分离机采用阶梯式分离原理, 每个阶梯区间内物料流化分层, 同时增加激振 力, 加强物料按密度分层效果, 低密度物料最先 越过溢流堰被排出, 剩余物料进入下一个阶梯区 间再次进行分选, 直至分选完毕, 排出重矿物。 ZM 矿物高效分离机工艺简单, 要求原料煤入料 粒度控制在 80 mm 以下, 同时辅助上料及产品转 运设备即可进行正常生产。 系统采用落料点密 封、 喷雾降尘和布袋除尘联合降尘除尘工艺, 粉 尘无外溢, 对环境无污染, 除尘器回收的煤粉可 以单独排放回收, 降低对环境的影响。 3. 3 风力选煤工艺流程 原煤经准备系统进入篦条筛筛缝 200 mm 分级, 大于 200 mm 大块进入颚式破碎机进行一 次破碎, 筛下物与破碎后原煤混合后进入原煤分 级筛进行 50 mm 筛分, 大于 50 mm 筛上物进入 双齿辊破碎机进行二级破碎至 50 mm 以下, 与筛 下小于 50 mm 原煤混合后进入 ZM1200 矿物高效 分离机; 原煤经 ZM1200 矿物高效分离机分选成 精煤、 矸石 2 个产品, 精煤经过精煤胶带机转载 41 煤炭加工与综合利用2020 年第 11 期 后接露天矿一号破碎站 203 胶带机机尾, 矸石经 矸石胶带机排出, 转运至露天矿采坑内排。 3. 4 风力选煤产率分析 实际运行结果表明, 残煤回收产率可达到 62, 低热煤提质产率可达到 87。 残煤回收精煤粒级 500 mm, 综合发热量在 12. 55 MJ/ kg 左右, 与露天矿生产的普通动力煤 混合销售。 表 1 残煤回收最终产品 产品名称粒度/ mm产率/ 产量/ Mta -1 灰分 Ad/ 全水分 Mt/ 发热量/ MJkg -1 精煤50062. 070. 6231. 9830. 7212. 44 矸石50037. 930. 3881. 5432. 002. 34 原煤100. 001. 0050. 7831. 219. 08 表 2 低热值煤提质最终产品 产品名称粒度/ mm产率/ 产量/ Mta -1 灰分 Ad/ 全水分 Mt/ 发热量/ MJkg -1 精煤50087. 002. 6127. 7131. 4213. 56 矸石50013. 000. 3987. 6332. 001. 78 原煤100. 003. 0035. 5031. 5012. 02 低热值煤提质精煤粒级 500 mm, 综合发热 量在 13. 39 MJ/ kg 左右, 与露天矿生产的优质动 力煤混合销售。 3. 5 风力选煤场工艺布置 风力选煤场地面工艺平面总布置从受煤起, 经 2 个筛分破碎车间、 风选车间、 精煤储煤场终 止的各生产环节。 各个车间均能按模块化布置, 物料运输均由带式输送机承担。 本着场地安全、 布置紧凑、 灵活、 煤流顺畅、 减少占地面积、 降 低投资的原则进行设计。 根据场地的地形条件, 结合原料煤和产品煤 的运输方向, 地面工艺总布置做了 2 个方案。 方案一原煤储煤场位于场地西侧, 靠近露天 矿采坑, 便于原料煤运输。 筛分破碎车间布置在 场地南侧, 干选煤车间布置在场地东侧, 精煤储 煤场位于场地东侧, 距离 203 带式输送机 60 m, 便于精煤产品搭接运输。 分选出来的矸石排向场 地北侧, 汽车卸载原料煤后, 可直接将矸石运至 采坑内排。 方案一优点是系统简洁, 转载环节少, 受煤 系统、 筛分破碎车间布置在场地南侧, 地质条件 较好, 总体的投资较低。 缺点是受煤系统被大块 煤卡堵, 将影响分选系统的生产。 方案二将受煤系统、 筛分破碎车间布置在场 地北侧, 增加了破碎煤储煤场。 优点是场地有效 利用面积增大, 破碎煤储煤场可以保证分选系统 生产的连续性。 缺点是场地北侧地质条件差, 土 建处理费用高, 破碎煤储煤场增加了二次倒运费 用, 总体投资略高。 从场地的安全性和总投资综合比较, 地面工 艺布置采用方案一。 4 综合效益分析 4. 1 经济效益分析 使用风力选煤技术所带来的经济效益主要包 括以下 4 个方面。 4. 1. 1 回收薄煤层, 提高回采率 2-1下煤和 3-1 煤之间, 3-2 煤和 3-3 煤之 间存在 2-3 层地质模型以外的薄杂煤层, 厚度在 0. 51. 0 m 左右, 含矸率高, 无法直接采出。 采 用风选技术后, 可将这些薄煤层进行回收利用, 提升煤炭回采率, 降低剥采比。 初步计算, 每年 此类薄杂煤层煤量约 60 万 t, 按照平均煤炭售价 140 元/ t、 吨煤变动成本 76 元/ t 计算, 每年可增 加利润 3 840 万元。 4. 1. 2 提高综合煤质, 增加商品煤收入效益 三号矿原煤综合热值为 13. 49 MJ/ kg, 每年 需要销售低热值煤约 550 万 t12. 55 MJ/ kg。 采 用风力选煤技术后, 原煤的综合热值可提高 0. 209 MJ/ kg, 可增加普热煤销售量约250 万 t/ a, 普热煤与低热煤单价差约为10 元/ t, 每年可增加 利润约 2 500 万元。 4. 1. 3 替代煤场筛分设备, 节省煤场筛分费用 由于电厂对煤粒度需求为 50 mm 以下, 为保 51 2020 年第 11 期孙宇霆, 等 风力选煤技术在白音华三号矿的应用研究 证煤矿产品满足客户需求, 煤场需设 50 mm 篦筛 保证外运产品粒度不超过 50 mm。 风选系统中包 含 1 套分级筛。 风选系统中风从筛下向上流动, 风力浮动和机械振动共同作用于筛分过程, 而煤 场筛分系统一般依靠机械振动。 风选对物料的筛 分效果优于一般煤场筛分系统。 同时风选筛分过 程中物料对系统机械部件的冲击相较于煤场机械 筛分更小, 风选系统中分级筛更不易损坏。 采用 风力选煤技术后, 煤产品可直接经过风选筛分系 统后进入煤场, 无需在煤场额外设置篦筛, 可替 代现有煤场筛分机, 节省筛分费用。 按照每年筛 分煤量 30 万 t、 吨煤筛分费用 5 元考虑, 每年可 节省筛分费用 150 万元。 同时, 减少筛分设备占 地, 增加煤场使用空间, 减小采装及运输设备流 量, 降低安全管理风险。 4. 1. 4 优化采排时空关系, 避免反向运输 由于 3-3 煤煤质较差, 采出进度缓慢, 不能 满足正常内排跟进需要, 生产过程中存在反向运 输问题, 导致排土运输距离参数增大, 增加生产 成本。 如投入干选设备, 可提高 3-3 煤煤质, 加 快 3-3 煤采出进度, 尽快释放内排空间, 避免反 向运输, 节省运输成本。 根据实际生产情况, 如 3-3 煤热值可提高至 14. 23 MJ/ kg, 加大 3-3 煤 采出力度, 内排可向前多推进50 m, 则采场下部 剥离物料运距可节省 50 m, 运输单价减少 0. 05 元/ m3, 剥离量按照 3 488 万 m3/ a 计算, 每年可 节省运输费用 174 万元。 每年综合经济效益约 6 664 万元。 4. 2 环保效益分析 采用风力选煤技术后, 可释放内排空间约 200 万 m3/ a, 相应的可减少土岩外排量约 200 万 m3/ a, 每年可减少外排占地约 10 hm2。 减少外排 占地不仅可以降低三号矿外排土场的征地费用, 同时可以减少露天矿对周边环境的扰动。 并且由 于减少了薄煤层排向排土场, 降低了煤层自燃的 可能性。 4. 3 企业形象效益分析 采场劣质煤经分选后, 煤质得到提高, 商品 煤质量得到提升, 从而减少因煤质问题与用煤客 户纠纷, 为企业树立口碑, 有利于打造商品煤品 牌。 另外, 煤层中的夹矸经分选后, 排往排土场 的夹矸劣质煤减少, 可减少夹矸自燃的环保问 题。 商品煤含矸率降低, 可减少用煤电厂排灰 量, 也有利于集团公司内部电厂控制排灰成本。 5 结 语 白音华三号矿开采的原煤全部为褐煤, 存在 着薄煤层多和部分原煤发热量不足的问题, 在使 用风力选煤技术后, 提高了商品煤质量, 使露天 矿的经济效益、 环保效益和企业形象效益均有大 幅提升。 参考文献 [1] 史宏昆, 马春敏. 谈谈对褐煤洗选的认识 [J]. 煤质技 术, 19983 5-7. 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