淮河能源控股集团内蒙古银宏能源开发有限公司赵海峰 杨宗达——《高密度低质煤回收工艺探究应用》

 

 

摘要：为了合理利用煤炭资源，保证商品煤产品指标稳定，最大程度的发挥选煤厂工艺优势，提高其应变原煤煤质变化和煤炭市场行情变化的能力、提高煤炭销售利润，在分析不同煤层煤质资料的基础上，通过掌握高密度低质煤的物理特性，建立不同煤质原煤的分选回收方案；开展高密度低质煤回收工艺及关键环节梳理，优化筛分分级方案及破碎掺混方案；可以很好的指导选煤厂现场生产，形成适应煤质变化的选煤厂工作制度，充分提高煤炭的利用率。

关键词：高密度低质煤 煤质 效益

引言

选煤工艺对高密度低质煤质原煤的洗选具有广泛的示范性，选煤工艺涵盖块煤浅槽分选、末煤旋流器分选、筛分&破碎高效联动，具备应对原煤煤质波动和用户产品需求变化的能力，但如何做到高密度低质煤高效回收，根据入料和产品要求实施筛分&破碎工作制度，是提高矿井经济效益的现实需求。

矿井原煤煤质变化较大，选煤厂各系统各环节各设备间要随煤质变化及时作出调整；煤质变差时，调整空间小；煤质变好时，主洗产品调整空间大，如何实现基于原煤煤质和产品需求，高效联动调整多粒级分选工艺，对矿企业具有重要的现实价值。

1 高密度低质煤回收工艺的探索

1.1 以煤质为核心，确定研究目的与方法

1.1.1 研究目的

1.1.1.1全面分析煤层煤质特性及变化规律，掌握高密度低质煤的物理特性，建立不同煤质原煤的分选回收方案。

1.1.1.2开展高密度低质煤回收工艺及关键环节梳理，优化筛分分级方案及破碎掺混方案。

1.1.1.3基于商品煤粒度要求及价格体系，建立商品煤粒度与破碎设备性能协调统一原则。

1.1.1.4开展驰张筛细粒级筛板（上层13mm/下层6mm）参数下，筛分效率工艺性能评定，探明筛分环节对高密度低质煤回收的制约机制。

1.1.1.5基于不同物料性质（粒度、密度）进行破碎机工艺性能评定，探明破碎环节对高密度低质煤回收的制约机制。

1.1.1.6优化高密度低质煤回收工艺，形成适应煤质变化的高密度低质煤工作制度，开展工艺实施前后的经济效益对比。

1.1.2 研究方法

研究将采用试验测试、理论分析和实践验证相结合的方法，通过对煤质资料特性分析，掌握煤层煤质特性及变化规律，掌握高密度低质煤的物理特性，建立不同煤质原煤的分选回收方案。

开展高密度低质煤回收工艺及关键环节梳理，优化筛分分级方案及破碎掺混方案。开展驰张筛细粒级筛板参数下限、筛分效率工艺性能评定，探明筛分环节对高密度低质煤回收的制约机制。基于不同物料性质下破碎机工艺性能评定，探明破碎环节对高密度低质煤回收的制约机制。优化高密度低质煤回收工艺，形成适应煤碳市场的生产管理工艺。
    1.2 以效益为核心，依据煤质资料与定价机制，设计高密度低质煤生产工艺模型算法。

综合分析选煤厂现有的四组筛分浮沉历史数据，对煤质的变化情况进行阐述：

1.2.1 第一组数据

第一组数据2018年9月28日，由表1-1和图1-1可知，+50mm粒级煤发热量为1325J/kg，50-13mm粒级热量上升为1440J/kg，-13mm粒级较上一粒级范围上升，在1500-2000 J/kg内波动。+50mm粒级产率为27.96%，且块煤发热量最低。50-13mm粒级产率为27.52%，-13mm粒级末煤产率为44.51%，发热量最高为1838 J/kg。

原煤灰分为37.42%。+50mm粒级煤灰分为46.36%，水分为5.39%；50-13mm粒级煤灰分为42.90%，水分为8.37%。-13mm粒级煤灰分为28.42%。水分为11.22%；灰分逐渐降低，而水分逐渐增高。在灰分和水分的综合影响下，+50mm、50-13mm、-13mm三个粒级范围煤质发热量呈现逐渐增长的趋势。

从浮沉资料看出，原煤低密度含量大，1.3-1.4密度级为主导粒级，+2.0为次主导粒级，中间密度物含量较少。+50mm粒级+2.0密度级占比最高为12.37%，1.3-1.4密度级占8.72%；50-13mm粒级+2.0密度级占比最高为10.57%，-1.3密度级次之为7.12%；-13mm粒度级1.3-1.4密度级占比最高为24.16%，+2.0密度级次之为8.83%。

1.2.1.1 +50mm大粒级原煤情况的分析：

原煤中+50mm粒级占全级产率为27.96%，块煤含量较高。其中矸石产率占12.87%，占本级产率46.03%，属高矸，适合选择预先排矸或块煤最终洗选工艺。其中大于200mm粒级含矸率占本级高达54.55%，且本粒级煤和夹矸煤发热量较高，故可适当提高原煤破碎粒度上限至300mm。

1.2.1.2 粒级含量分析

13mm以下末煤含量为44.51%，比例较高；原煤中-0.5mm粒级含量为6.31%，原生煤泥含量较小，可不考虑分选前预先脱泥。

1.2.1.3 原煤各粒级质量分析

原煤中+13mm各粒级灰分普遍较高，+13mm累计产率为55.49%，可考虑重介浅槽等宽粒级分选方式；-13mm各粒级灰分相对较低。

表  1-1 原煤大筛分试验报告表

粒 级/mm	产物名称	质量 /kg	产        率		质        量		Qgr,ad /(MJ/kg)
			占全样/%	筛上累计/%	Ad/%	Mad/%
+200	煤	15.01	0.18		8.86	7.33	24.76
	夹矸煤	59.69	0.72		30.49	6.62	16.76
	矸石	88.73	1.08		80.64	2.48	3.65
	小计	163.43	1.98	1.98	55.88
200-100	煤	378.22	4.59		7.13	7.83	24.94
	夹矸煤	91.82	1.11		31.75	6.82	15.75
	矸石	370.40	4.50		81.76	2.97	3.58
	小计	840.44	10.20	12.18	42.73
100-50	煤	544.23	6.61		11.24	7.95	22.98
	夹矸煤	154.70	1.88		33.87	7.31	15.20
	矸石	600.20	7.29		83.93	2.57	2.94
	小计	1299.13	15.78	27.96	47.52
>50合计		2303.00	27.96	27.96	46.36
50-25	煤	1318.00	16.00	43.96	46.98	8.82	13.96
25-13	煤	949.23	11.52	55.48	37.24	7.74	15.01
13-6	煤	1085.84	13.18	68.66	24.88	8.53	19.67
6-3	煤	1117.06	13.56	82.22	27.16	9.43	18.93
3-1.5	煤	387.51	4.70	86.93	30.07	9.38	16.81
1.5-0.5	煤	557.17	6.76	93.69	28.37	9.73	19.07
-0.5	煤	519.85	6.31	100.00	37.33	11.22	14.92
50-0合计		5934.66	72.04	72.04	33.95
总计		8237.66	100.00	100.00	37.42

图 1-1 粒级和产率及灰分的关系图

1.2.2 第二组数据

第二组数据2020年12月，原煤灰分为27.37%。+50mm粒级煤灰分为29.66%；50-13mm粒级煤灰分为26.32%，-13mm粒级煤灰分为27.18%。+50mm粒级灰分最高，50-13mm粒级灰分降低，-13mm粒级虽升高但差距并不大。

从浮沉资料看出，原煤低密度含量大，-1.3密度级为主导粒级，1.3-1.4为次主导粒级，中间密度物含量较少。50-13mm粒级-1.3密度级占比最高为9.70%，1.3-1.4密度级次之为7.69%；-13mm粒度级-1.3密度级占比最高为24.63%，1.3-1.4密度级次之为13.5%。

根据表1-2自然级全粒级筛分试验结果及图1-2，分析如下：

1.2.2.1 +50mm大粒级原煤情况的分析

原煤中+50mm粒级占全级产率为16.24%，平均灰分为29.66%，灰分较高。

1.2.2.2 -50mm粒级

13mm以下末煤含量为59.37%，比例较高；原煤中-0.5mm粒级含量为10.36%，原生煤泥含量较高，可考虑分选前预先脱泥。

表 1-2 自然级全粒级筛分试验结果

图 1-2 粒级和产率及灰分的关系

1.2.3 第三组数据

第三组数据2022年1月，原煤灰分为31.54%，+50mm粒级煤灰分为32.81%，50-13mm粒级煤灰分为34.03%，-13mm粒级煤灰分为27.82%。+50mm粒级灰分居中，50-13mm粒级灰分最高，-13mm粒级最低。

从浮沉资料看出，原煤低密度含量大，-1.3密度级为主导粒级，+1.8为次主导粒级，中间密度物含量较少。50-13mm粒级+1.8密度级占比最高为11.81%，-1.3密度级次之为9.72%；-13mm粒度级-1.3密度级占比最高为12.40%，1.3-1.4密度级次之为9.28%。

根据表1-3自然级全粒级筛分试验结果及图1-3，分析如下：

1.2.3.1 +50mm 大粒级原煤情况的分析

原煤中+50mm粒级占全级产率为35.62%，平均灰分为32.81%，灰分较高。

1.2.3.2 -50mm粒级含量分析

50-25mm粒级含量为17.32%，比例较高；原煤中-0.5mm粒级含量为6.61%，各粒级的灰分差别不大，说明煤质较硬，不易碎；原煤灰分为31.54%左右，属于中等灰分煤。

表 1-3 自然级全粒级筛分试验结果

图 1-3 粒级和产率及灰分的关系图

1.2.4 第四组数据

第四组数据2023年4月17日，原煤灰分为25.56%。+50mm粒级煤水分为5.90%，灰分为33.06%；50-13mm粒级煤水分为7.08%，灰分为25.77%，-13mm粒级煤水分为8.39%，灰分为23.36%；+50mm粒级水分最低，灰分最高；50-13mm粒级水分升高，灰分降低；-13mm粒级水分最高，灰分最低。原煤中+50mm粒级占全级产率为15.28%，-13mm以下末煤含量为54.96%，比例最高。随着粒级的降低，煤质的灰分也逐渐降低，水分逐渐升高。二者共同作用影响着煤质发热量的变化。

根据表1-4及图1-4原煤大筛分试验结果，分析如下：

1.2.4.1 +50mm大粒级原煤情况的分析

原煤中+50mm粒级占全级产率为15.28%，平均灰分为33.08%，灰分较高。

1.2.4.2 -50mm粒级含量分析

13mm以下末煤含量为54.96%，比例较高；原煤中-6mm粒级含量为34.28%，原生煤泥含量较高，可考虑分选前预先脱泥。

表 1-4 自然级全粒级筛分试验结果

 

 

图1-4 粒级和产率及灰分的关系图

根据选煤厂原煤筛分浮沉历史资料分析，四组原煤灰分由高到低依次是37.42%、27.37%、31.54%和25.56%，其中第一组和第二组原煤低位发热量小于4000大卡，灰分相差5.88%，灰分波动较大；在+50mm、50-13mm和-13mm粒级范围内，煤质水分基本随着粒级增大而增大，灰分虽多以+50mm粒级最大，但也存在-13mm粒级为最大的情况。灰分整体变化趋势较大且不稳定，需要变化不同的洗选方案来适应煤质。

而综合以上四组煤层的筛分资料来看，虽然低密度级1.3左右是主导粒级，但+1.8高密度级为次主导粒级，因此高密度煤也是商品煤经济效益中的重要部分，高密度低质煤的回收就显得十分重要。根据当前商品煤定价机制，4300大卡定价为315.12元/卡，4300大卡至4800大卡区间定价为0.0733元/卡，4800大卡定价为427.09元/卡， 4800大卡以上定价为0.0890元/卡，不同发热量的煤相互掺杂，通过合适的配比来达到市场对于商品煤的要求。由此可见，高发热量的高密度低质煤的回收利用能够带来可观的利益增长。

1.3建立高密度低质煤回收的有效工作机制，提高商品煤回收率。

综合分析选煤厂工艺系统和生产资料，选煤厂的生产能力能够满足现有原煤煤质的洗选要求。针对不同的煤质采取不同的生产工艺。

 

 

 

图1-5 高密度低质煤回收工艺流程图

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图1-6 双层弛张筛筛分车间布置图

第一种模式（30-80模式）：当原煤发热量在4700大卡以上时，对弛张筛筛板进行更换以调整筛分工艺。将弛张筛下层筛板更换为30mm，上层筛板更换为80mm。筛下-30mm原煤全部进入产品仓进行销售，筛上+30mm块煤进入块原煤仓，经两级破碎至-30mm后全部进入产品仓进行销售。

第二种模式（13-50模式）：当原煤发热量在4000-4600大卡时，直接破碎销售不满足客户高卡煤需求，容易引起质量纠纷事故，对弛张筛筛板进行更换以调整筛分工艺，控制入洗比例。将弛张筛上层筛筛板更换为50mm，下层筛筛板更换为13mm。筛下-13mm原煤全部进入产品仓进行掺配销售，筛上+50mm块原煤和原煤破碎机破碎后的块原煤进入块原煤仓既可以全部进行洗选，又可以部分进行洗选，部分经过两级破碎至-30mm后全部进入产品仓与洗选精煤掺配销售。13mm—50mm原煤经2109#皮带机进入末原煤仓，经多级破碎至-30mm进入产品D仓进行配煤销售。

第三种模式（6-13模式）：当原煤发热量在4000大卡以下时，原煤质量较差，不具备高密度低质煤回收条件，弛张筛筛板恢复为上层13mm，下层6mm。-6mm进入产品仓进行销售，6-13mm进入末原煤仓，可以进入主厂房洗选，也可以进行掺配销售。+13mm进入主厂房洗选。

选煤厂高密度低质煤回收工艺灵活，建立高密度低质煤回收的有效工作机制，可以根据煤质变化情况、市场行情和客户需求对筛分工艺进行实时调整，有效应对煤质多变条件下产生的洗选问题，煤质较好时，避免无效洗选造成的资源浪费，煤质逐渐变差时，避免过度洗选造成的资源浪费，减少系统次生煤泥量，对当地环保起到有益效果，同时对高密度低质煤实现有效回收，有效增加商品煤产量，提高商品煤产率。

2 高密度低质煤回收工艺的应用效果

落实高密度低质煤回收工作机制，对高密度低质煤回收工艺持续探索、应用与改进，使得选煤效益迈入历史新高度。

商品煤产率85.06%，创商品煤产率历史新高；入洗比例35.82%，创入洗率历史新低。商品煤产率阶段性达到100%。

实现效益最大化的同时，充分运转高密度低质煤回收工作机制，使得次生煤泥产率也实现历史最低，较2020年至2022年三年次生煤泥产率降低1-3个百分点，避免了煤炭资源的浪费，对当地环保起到有益效果。

3 结论

高密度低质煤回收工艺的研究与实践，优化了选煤厂的工作制度，在煤质变化、市场变化、煤炭效益变化的不同条件下，指导选煤厂现场生产，充分提高了煤炭的利用率，降低了能源与资源的不必要浪费，对当地环保起到了有益效果，最终实现了选煤效益最大化，起到示范和推动作用。

 

参考文献：

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