我國選煤在建設規模、方法種類、人才隊伍建設、學術活動開展、高等教育學科建設等方面，均堪稱世界第一。但必須清楚地看到，我國煤炭賦存條件相對較差、煤質變化復雜、綜合機械化開采對煤的物理性質影響偏大、市場需求多變性強等因素，往往對選煤工藝路線的確定帶來很多難題，必然導致許多選煤廠出現建成之日就是改造之時的現象，有些選煤廠建設時考慮可變因素較多，改造起來相對容易，有些選煤廠由于對煤層煤質、用戶、外部環境等因素考慮不周，改造起來難度很大，甚至好的改造方案由于受現有條件影響難以實施，必然造成人力、物力、時間的浪費，此種現象在有些總包項目中顯得較為突出，對此應引起必要的重視。


結合國家煤炭清潔高效利用政策的實施，選煤廠“定制式”生產模式將進一步發展，隨之帶來的是現有選煤廠技術改造項目越來越多。為了實現選煤廠技術改造少投入、多產出，少走彎路，還需要從項目設計、審批、技術論證等方面，做扎實細致的工作，特別是選煤廠設計“先天不足”的弊端需要進一步克服。下面結合某選煤廠增加末煤洗選談一些看法，供同行參考。

一、項目概況

1、現狀


該選煤廠建設規模10.00Mt/a。選煤工藝為：原煤經13mm分級，200～13mm塊煤重介淺槽分選，-13mm末煤不分選直接作為產品；粗煤泥采用弧形篩＋煤泥離心機脫水回收摻入末煤產品，細煤泥采用濃縮+快開式隔膜壓濾機回收。淺槽分選精煤采用雙層脫介篩脫介脫水，脫介篩上層篩孔25mm，下層篩孔1.00mm，精煤分為塊精煤及末精煤。煤泥采用壓濾機回收落地銷售。


主要產品為：200-50mm洗大塊，Ad≤10.0%，供民用、化肥等；50-25mm洗中塊，Ad≤10.0%，供民用、化肥等；25-0mm混煤，供煤化工、電廠及鐵路外銷。洗后塊煤可以破碎后作為煤化工的摻配煤。塊煤、末精煤和混煤均可以采用火車和汽車外運。

2、改造的主要內容


增加末煤6mm脫粉環節，實現13-6mm重介旋流器分選。年新增入洗末煤2.50Mt。擴建濃縮及壓濾車間等配套工程。

二、項目提出的主要理由

1、滿足煤化工對原料煤的質量要求


礦區現有甲醇項目，需要原料煤170萬t/a，設計用煤質量為：灰分Ad≤13%，硫分St,d≤1.2%，水分Mt≤18%；達到最佳用煤質量為：9%≤Ad≤11%，0.5%≤St,d≤1%，Mt≤18%。


礦區現有烯烴項目，原料煤用量為300萬t/a。設計煤質要求：Ad≤13%，St,d≤1.2%，Mt≤18%；最佳用煤煤質指標為：9%≤Ad≤11%，0.5%≤St,d≤1%，Mt≤18%。


礦區現有煤制油原料煤設計煤質要求：Ad≤18%，St,d≤1.8%，酸堿比為2.8～4.5。最佳煤質指標為：12%≤Ad≤15%，0.5%≤St,d≤1%，Mt≤18%。

2、滿足煤化工經濟運行的需要


根據烯烴裝置實際運行情況，選取裝置平穩、滿負荷運行期間進行測算，當原料煤日耗煤量9800t時，灰分下降3.68%（Ad由16.59%降低至12.91%），甲醇產量增加160t；原料煤灰分由16.59%降低至15.97%，甲醇產量增加61t；原料煤灰分由15.97%降低至12.91%，甲醇產量增加99t。因此達到煤化工最佳用煤指標，能夠提升產品產量，增加煤化工的經濟效益。

3、保塊增效的需要


礦區塊煤銷售價格顯著高于末煤，由于末煤灰分20%左右，除將25-13mm末精煤配入化工煤外，需將部分塊煤破碎摻入。根據塊煤粒度不同，價格在490～670元/噸不等，若將其破碎后摻入末煤產品，直接經濟損失約為200元/噸。


上述分析認為，適當增加末煤入洗，符合礦區發展實際。

三、煤質特性

1、煤質特性


本井田煤芯煤樣煤質主要特征為：較高內在水分（Mad為9%～13%）、特低灰～低灰（Ad為7%～12%）、低硫（St平均小于 0.8%，其中一層煤硫分為2.04%）、中高揮發分（Vdaf為28%～37%）、低熱值（低位發熱量約4500大卡/kg）、低磷、化學活性強（950℃時對CO2轉化率α=81.8%～93.8%）、是良好的火力發電、化工、建材及民用煤。根據《中國煤炭分類》（GB/T5751－2009），為不粘煤。

2、原煤可選性


原煤灰分為19.57%，大于25mm含量30.96%，大于13mm含量44.7%，小于6m占39.20%，小于0.5mm為7.66%，其灰分為25.68%，高于原煤灰分，說明矸石有泥化現象。主要分選對象13-6mm灰分僅為14-15%。


浮沉特征為：小于1.4kg/L密度級含量占79.8%，大于1.8kg/L密度級含量占11.2%，中煤含量很少，當分選密度為1.7kg/L時，理論精煤產率為88.10%，精煤灰分為7.75%，±0.1含量為1.36%，可選性為易選。

四、選煤工藝

1、選煤方法及工藝流程


原有塊煤重介淺槽分選方案不變，年新增入洗末煤2.50Mt。結合原煤易碎、矸石易泥化的特點，末煤弛張篩6mm脫粉后，采用無壓給料三產品重介旋流器分選，該選煤方法和有壓給料相比，可以避免高速旋轉的泵對煤的破碎和泥化，充分發揮矸石排料口與原煤入料口相距較近，矸石從旋流器排出的運行線路短，有利于有效減輕矸石的泥化。


工藝流程為：-13mm末原煤進入馳張篩進行6mm干法脫粉，篩上物進入重介分選系統，篩下物直接作為混煤產品，篩下物也可以摻入精煤中作為洗混煤產品。


無壓三產品重介旋流器一段溢流經弧形篩和直線篩脫介脫水后，離心機二次脫水后作為精煤產品；二段溢流（中煤）經弧形篩和直線篩脫介脫水后，再經離心機二次脫水后摻入精煤產品，二段底流經弧形篩和直線篩脫介脫水成為矸石產品。


介質回收：精煤和中矸系統的合格介質合并回收，返回系統循環使用；稀介質分開回收磁選，精煤稀介質磁選后，精礦返回系統；中矸脫介產生的稀介質合并磁選后，精礦返回系統；精煤磁選尾礦和中矸磁選尾礦合并去粗煤泥回收系統。


粗煤泥回收：磁選尾礦進入粗煤泥濃縮旋流器，濃縮旋流器底流進入粗煤泥振動弧形篩，回收的粗顆粒用煤泥離心機脫水后摻入洗混煤。濃縮旋流器溢流、弧形篩篩下水以及粗煤泥離心機離心液均進入濃縮壓濾系統。


濃縮壓濾：煤泥水采用兩段濃縮，一段濃縮機的溢流直接去二段濃縮機，一段濃縮機的底流通過弧形篩+煤泥離心機回收摻入精煤；二段濃縮機底流采用壓濾機回收，煤泥直接作為產品；壓濾機濾液返回二段濃縮機，二段濃縮機的溢流作為循環水使用。


改造后產品為：洗大塊（200-50mm），Ad≤10.0%，供民用、化肥等；洗小塊（50-25mm），Ad≤10.0%，供民用、化肥等；洗精煤（25-0mm），9%≤Ad≤11%，甲醇原料煤；洗混煤（25-0mm），12%≤Ad≤15%，烯烴和煤制油原料煤；混煤（25-0mm），Ad≤20%，煤化工配煤、動力煤；壓濾煤泥供電煤摻配、煤化工鍋爐摻燒。

2、關鍵設備選型及系統布置


關鍵設備選型：6mm脫粉選用3臺30100型單層弛張篩，單臺處理能力500t/h；重介旋流器選用一臺φ1500/1100型無壓三產品重介旋流器、處理能力500～600t/h；新增2臺650m2壓濾機等設備。新建末煤脫粉及重介旋流器洗煤車間，擴建濃縮車間及壓濾車間。

3、項目投資


建設項目估算總投資12446萬元，其中：土建工程3311萬元、設備購置4937萬元、安裝工程2133萬元、工程建設其他費用1386萬元、基本預備費 470萬元、建設期貸款利息208萬元。

五、對項目建設的主要評價意見


（1）結合現場實際，由于現有4臺三層弛張篩和兩套6.7m的淺槽在主廠房配套布置，再擴建一套淺槽場地受限制，無法擴大弛張篩面積，實現6mm以上全部進入重介淺槽洗選，因此，單獨設置末煤脫粉、無壓重介旋流器分選的選煤方法基本合理。系統布置簡潔合理，對現有生產影響較小，總體方案合理。


（2）現有塊煤系統采用4臺馳張篩進行13mm分級，部分篩板為25mm，現有兩臺進口6.7米槽寬的重介淺槽小時處理量為1340t，年可加工700萬t，現有塊煤淺槽加工能力發揮僅為設計值的60%左右，因此應該充分發揮現有4臺弛張篩的作用，增加加工成本低的現有重介淺槽入洗量，然后再合理確定末煤入洗量，相對更加經濟合理。


（3）根據旋流器入料浮沉資料，排出大于1.8kg/L密度級矸石后，理論精煤灰分8.2%。入洗煤的中煤含量很低（占入洗煤的3%左右），選煤廠最終產品不出中煤，三產品旋流器二段物料脫介脫水可供選擇有兩種，方案一是單獨脫介脫水后和精煤混合；方案二是讓其和精煤混合后脫介脫水。兩者產品結果一樣。按照方案一設計，對少量中煤配套選有脫介篩、離心機、磁選機、泵等設備，其缺點是設備選的多、系統布置復雜、廠房體積大、管理復雜、投資相對高，因此按中煤單獨脫介脫水設計是不盡合理的方案，應該重新設計。


（4）濃縮機一段底流采用弧形篩+煤泥離心機回收，與國內現有傳統的回收工藝不同。由于全廠的粗煤泥已經采用煤泥離心機回收大于0.25mm粒級，進入一段濃縮機的物料粗粒已很少，而沉降離心機可回收0.1mm以上物料。因此，一段底流回收煤泥方案應進行優化。


（5）產品計算應對計算指標加以說明，如篩分效率、分選密度、Ep值、粗煤泥截留粒度等數據。


（6）末煤洗選年增加煤泥24萬t（估計計算量偏低），全廠總煤泥量至少50萬t, 煤泥水分30%～35%，灰分為30%～35%，如何外運和銷售，應進一步落實用戶。


（7）由于泥化嚴重，選煤廠現有主廠房兩臺大型加壓過濾機閑置不用，占用主廠房空間大，如何利用部分設備及廠房空間，缺少方案，如果利用該空間再布置一套重介淺槽系統，增加兩套三層弛張篩，也是一個好的方案。


（8）每年約50萬噸煤泥，露天堆放，雨雪天氣，造成二次煤泥水污染，不符合環保要求，應有相應的環保措施。

六、問題探討及體會


（1）前幾年，重介淺槽選煤比較流行的一種布置方式是將13mm分級篩布置在主廠房脫泥篩上層，有些還采用干、濕合一的篩分系統，即：分級篩出料端1.2m為噴水脫泥段。這種布置相對簡潔。但實踐證明，調整生產、適應煤質變化的靈活性較差，特別是近幾年將香蕉篩改弛張篩，降低淺槽入洗下限，上述布置方案實施起來很困難。


筆者通過調研分析認為，近年來許多大型動力煤選煤廠運行出現的問題，主要是原煤水分、矸石泥化影響13mm分級，篩分設備面積不夠，想增加無空間，由此帶來的后果是：原設計13mm以上入洗，最后只能改為25mm以上入洗，由于末煤質量不穩定，又要增加末煤重介旋流器系統。這種案例在我國多數礦區多有存在。因此，設置完善的原煤篩分破碎車間，13或6mm分級在原煤篩分破碎車間完成，應該是較好的設計理念，決不可以初期節約的一點投資，為后續生產帶來很大的弊端。


（2）關于經濟分析的真實性問題：目前有些項目建設，為了增加可行性（可批性），采用降低成本、提高售價的方式，使項目經濟可行。本項目評估結論為：稅后財務內部收益率為35.95%，超過了基準收益率12%，稅后財務凈現值為22766萬元，大于零，項目具有較大的盈利能力。


但筆者初步分析認為，末原煤灰分19.57%，熱值4400大卡/kg，售價285元/t，其中13-6mm粒級灰分僅為14%～15%，末煤洗選后，不含高灰、高水煤泥，綜合產品煤灰分14.01%，估計降灰和增水相抵，熱值提高約130大卡，按每卡0.08元計，增加售價10.4元，售價應為285+10.4=295.4元/t，扣除增加的噸煤加工費7元，效益狀況較差。雖然對本項目的建設是必要的，但是，考慮各種風險、結合下游用戶的承受能力，以及提高塊煤銷售量，進行綜合分析比較，科學合理的預測幾種經濟效益分析結果，供上級部門或者股東決策，應為立項之本。


（3）近年來，動力煤選煤廠增加末煤脫粉入洗的項目較多，在項目設計研究中，在煤炭富集地區，感覺最難以定論的是煤泥如何處理利用，最擔憂的是項目投運后有無效益、能否保證正常運行。中國煤炭加工利用協會負責編制的煤炭洗選加工“十三五”指導意見中提出：鼓勵煤炭企業在動力煤洗選和選煤廠選前排矸方面，積極優先使用高效的干法選煤技術裝備。因此對于動力煤6mm脫粉后，能否采用復合干法分選，選出小矸石，也是值得選煤人研究的問題。據了解目前對干法選煤應用最積極的不是選煤專業人員，而是一些煤礦的采礦、機電和銷售人員，此類現象在新疆、蒙東尤為突出。