我国选煤在建设规模、方法种类、人才队伍建设、学术活动开展、高等教育学科建设等方面，均堪称世界第一。但必须清楚地看到，我国煤炭赋存条件相对较差、煤质变化复杂、综合机械化开采对煤的物理性质影响偏大、市场需求多变性强等因素，往往对选煤工艺路线的确定带来很多难题，必然导致许多选煤厂出现建成之日就是改造之时的现象，有些选煤厂建设时考虑可变因素较多，改造起来相对容易，有些选煤厂由于对煤层煤质、用户、外部环境等因素考虑不周，改造起来难度很大，甚至好的改造方案由于受现有条件影响难以实施，必然造成人力、物力、时间的浪费，此种现象在有些总包项目中显得较为突出，对此应引起必要的重视。


结合国家煤炭清洁高效利用政策的实施，选煤厂“定制式”生产模式将进一步发展，随之带来的是现有选煤厂技术改造项目越来越多。为了实现选煤厂技术改造少投入、多产出，少走弯路，还需要从项目设计、审批、技术论证等方面，做扎实细致的工作，特别是选煤厂设计“先天不足”的弊端需要进一步克服。下面结合某选煤厂增加末煤洗选谈一些看法，供同行参考。

一、项目概况

1、现状


该选煤厂建设规模10.00Mt/a。选煤工艺为：原煤经13mm分级，200～13mm块煤重介浅槽分选，-13mm末煤不分选直接作为产品；粗煤泥采用弧形筛＋煤泥离心机脱水回收掺入末煤产品，细煤泥采用浓缩+快开式隔膜压滤机回收。浅槽分选精煤采用双层脱介筛脱介脱水，脱介筛上层筛孔25mm，下层筛孔1.00mm，精煤分为块精煤及末精煤。煤泥采用压滤机回收落地销售。


主要产品为：200-50mm洗大块，Ad≤10.0%，供民用、化肥等；50-25mm洗中块，Ad≤10.0%，供民用、化肥等；25-0mm混煤，供煤化工、电厂及铁路外销。洗后块煤可以破碎后作为煤化工的掺配煤。块煤、末精煤和混煤均可以采用火车和汽车外运。

2、改造的主要内容


增加末煤6mm脱粉环节，实现13-6mm重介旋流器分选。年新增入洗末煤2.50Mt。扩建浓缩及压滤车间等配套工程。

二、项目提出的主要理由

1、满足煤化工对原料煤的质量要求


矿区现有甲醇项目，需要原料煤170万t/a，设计用煤质量为：灰分Ad≤13%，硫分St,d≤1.2%，水分Mt≤18%；达到最佳用煤质量为：9%≤Ad≤11%，0.5%≤St,d≤1%，Mt≤18%。


矿区现有烯烃项目，原料煤用量为300万t/a。设计煤质要求：Ad≤13%，St,d≤1.2%，Mt≤18%；最佳用煤煤质指标为：9%≤Ad≤11%，0.5%≤St,d≤1%，Mt≤18%。


矿区现有煤制油原料煤设计煤质要求：Ad≤18%，St,d≤1.8%，酸碱比为2.8～4.5。最佳煤质指标为：12%≤Ad≤15%，0.5%≤St,d≤1%，Mt≤18%。

2、满足煤化工经济运行的需要


根据烯烃装置实际运行情况，选取装置平稳、满负荷运行期间进行测算，当原料煤日耗煤量9800t时，灰分下降3.68%（Ad由16.59%降低至12.91%），甲醇产量增加160t；原料煤灰分由16.59%降低至15.97%，甲醇产量增加61t；原料煤灰分由15.97%降低至12.91%，甲醇产量增加99t。因此达到煤化工最佳用煤指标，能够提升产品产量，增加煤化工的经济效益。

3、保块增效的需要


矿区块煤销售价格显著高于末煤，由于末煤灰分20%左右，除将25-13mm末精煤配入化工煤外，需将部分块煤破碎掺入。根据块煤粒度不同，价格在490～670元/吨不等，若将其破碎后掺入末煤产品，直接经济损失约为200元/吨。


上述分析认为，适当增加末煤入洗，符合矿区发展实际。

三、煤质特性

1、煤质特性


本井田煤芯煤样煤质主要特征为：较高内在水分（Mad为9%～13%）、特低灰～低灰（Ad为7%～12%）、低硫（St平均小于 0.8%，其中一层煤硫分为2.04%）、中高挥发分（Vdaf为28%～37%）、低热值（低位发热量约4500大卡/kg）、低磷、化学活性强（950℃时对CO2转化率α=81.8%～93.8%）、是良好的火力发电、化工、建材及民用煤。根据《中国煤炭分类》（GB/T5751－2009），为不粘煤。

2、原煤可选性


原煤灰分为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为7.66%，其灰分为25.68%，高于原煤灰分，说明矸石有泥化现象。主要分选对象13-6mm灰分仅为14-15%。


浮沉特征为：小于1.4kg/L密度级含量占79.8%，大于1.8kg/L密度级含量占11.2%，中煤含量很少，当分选密度为1.7kg/L时，理论精煤产率为88.10%，精煤灰分为7.75%，±0.1含量为1.36%，可选性为易选。

四、选煤工艺

1、选煤方法及工艺流程


原有块煤重介浅槽分选方案不变，年新增入洗末煤2.50Mt。结合原煤易碎、矸石易泥化的特点，末煤弛张筛6mm脱粉后，采用无压给料三产品重介旋流器分选，该选煤方法和有压给料相比，可以避免高速旋转的泵对煤的破碎和泥化，充分发挥矸石排料口与原煤入料口相距较近，矸石从旋流器排出的运行线路短，有利于有效减轻矸石的泥化。


工艺流程为：-13mm末原煤进入驰张筛进行6mm干法脱粉，筛上物进入重介分选系统，筛下物直接作为混煤产品，筛下物也可以掺入精煤中作为洗混煤产品。


无压三产品重介旋流器一段溢流经弧形筛和直线筛脱介脱水后，离心机二次脱水后作为精煤产品；二段溢流（中煤）经弧形筛和直线筛脱介脱水后，再经离心机二次脱水后掺入精煤产品，二段底流经弧形筛和直线筛脱介脱水成为矸石产品。


介质回收：精煤和中矸系统的合格介质合并回收，返回系统循环使用；稀介质分开回收磁选，精煤稀介质磁选后，精矿返回系统；中矸脱介产生的稀介质合并磁选后，精矿返回系统；精煤磁选尾矿和中矸磁选尾矿合并去粗煤泥回收系统。


粗煤泥回收：磁选尾矿进入粗煤泥浓缩旋流器，浓缩旋流器底流进入粗煤泥振动弧形筛，回收的粗颗粒用煤泥离心机脱水后掺入洗混煤。浓缩旋流器溢流、弧形筛筛下水以及粗煤泥离心机离心液均进入浓缩压滤系统。


浓缩压滤：煤泥水采用两段浓缩，一段浓缩机的溢流直接去二段浓缩机，一段浓缩机的底流通过弧形筛+煤泥离心机回收掺入精煤；二段浓缩机底流采用压滤机回收，煤泥直接作为产品；压滤机滤液返回二段浓缩机，二段浓缩机的溢流作为循环水使用。


改造后产品为：洗大块（200-50mm），Ad≤10.0%，供民用、化肥等；洗小块（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%，烯烃和煤制油原料煤；混煤（25-0mm），Ad≤20%，煤化工配煤、动力煤；压滤煤泥供电煤掺配、煤化工锅炉掺烧。

2、关键设备选型及系统布置


关键设备选型：6mm脱粉选用3台30100型单层弛张筛，单台处理能力500t/h；重介旋流器选用一台φ1500/1100型无压三产品重介旋流器、处理能力500～600t/h；新增2台650m2压滤机等设备。新建末煤脱粉及重介旋流器洗煤车间，扩建浓缩车间及压滤车间。

3、项目投资


建设项目估算总投资12446万元，其中：土建工程3311万元、设备购置4937万元、安装工程2133万元、工程建设其他费用1386万元、基本预备费 470万元、建设期贷款利息208万元。

五、对项目建设的主要评价意见


（1）结合现场实际，由于现有4台三层弛张筛和两套6.7m的浅槽在主厂房配套布置，再扩建一套浅槽场地受限制，无法扩大弛张筛面积，实现6mm以上全部进入重介浅槽洗选，因此，单独设置末煤脱粉、无压重介旋流器分选的选煤方法基本合理。系统布置简洁合理，对现有生产影响较小，总体方案合理。


（2）现有块煤系统采用4台驰张筛进行13mm分级，部分筛板为25mm，现有两台进口6.7米槽宽的重介浅槽小时处理量为1340t，年可加工700万t，现有块煤浅槽加工能力发挥仅为设计值的60%左右，因此应该充分发挥现有4台弛张筛的作用，增加加工成本低的现有重介浅槽入洗量，然后再合理确定末煤入洗量，相对更加经济合理。


（3）根据旋流器入料浮沉资料，排出大于1.8kg/L密度级矸石后，理论精煤灰分8.2%。入洗煤的中煤含量很低（占入洗煤的3%左右），选煤厂最终产品不出中煤，三产品旋流器二段物料脱介脱水可供选择有两种，方案一是单独脱介脱水后和精煤混合；方案二是让其和精煤混合后脱介脱水。两者产品结果一样。按照方案一设计，对少量中煤配套选有脱介筛、离心机、磁选机、泵等设备，其缺点是设备选的多、系统布置复杂、厂房体积大、管理复杂、投资相对高，因此按中煤单独脱介脱水设计是不尽合理的方案，应该重新设计。


（4）浓缩机一段底流采用弧形筛+煤泥离心机回收，与国内现有传统的回收工艺不同。由于全厂的粗煤泥已经采用煤泥离心机回收大于0.25mm粒级，进入一段浓缩机的物料粗粒已很少，而沉降离心机可回收0.1mm以上物料。因此，一段底流回收煤泥方案应进行优化。


（5）产品计算应对计算指标加以说明，如筛分效率、分选密度、Ep值、粗煤泥截留粒度等数据。


（6）末煤洗选年增加煤泥24万t（估计计算量偏低），全厂总煤泥量至少50万t, 煤泥水分30%～35%，灰分为30%～35%，如何外运和销售，应进一步落实用户。


（7）由于泥化严重，选煤厂现有主厂房两台大型加压过滤机闲置不用，占用主厂房空间大，如何利用部分设备及厂房空间，缺少方案，如果利用该空间再布置一套重介浅槽系统，增加两套三层弛张筛，也是一个好的方案。


（8）每年约50万吨煤泥，露天堆放，雨雪天气，造成二次煤泥水污染，不符合环保要求，应有相应的环保措施。

六、问题探讨及体会


（1）前几年，重介浅槽选煤比较流行的一种布置方式是将13mm分级筛布置在主厂房脱泥筛上层，有些还采用干、湿合一的筛分系统，即：分级筛出料端1.2m为喷水脱泥段。这种布置相对简洁。但实践证明，调整生产、适应煤质变化的灵活性较差，特别是近几年将香蕉筛改弛张筛，降低浅槽入洗下限，上述布置方案实施起来很困难。


笔者通过调研分析认为，近年来许多大型动力煤选煤厂运行出现的问题，主要是原煤水分、矸石泥化影响13mm分级，筛分设备面积不够，想增加无空间，由此带来的后果是：原设计13mm以上入洗，最后只能改为25mm以上入洗，由于末煤质量不稳定，又要增加末煤重介旋流器系统。这种案例在我国多数矿区多有存在。因此，设置完善的原煤筛分破碎车间，13或6mm分级在原煤筛分破碎车间完成，应该是较好的设计理念，决不可以初期节约的一点投资，为后续生产带来很大的弊端。


（2）关于经济分析的真实性问题：目前有些项目建设，为了增加可行性（可批性），采用降低成本、提高售价的方式，使项目经济可行。本项目评估结论为：税后财务内部收益率为35.95%，超过了基准收益率12%，税后财务净现值为22766万元，大于零，项目具有较大的盈利能力。


但笔者初步分析认为，末原煤灰分19.57%，热值4400大卡/kg，售价285元/t，其中13-6mm粒级灰分仅为14%～15%，末煤洗选后，不含高灰、高水煤泥，综合产品煤灰分14.01%，估计降灰和增水相抵，热值提高约130大卡，按每卡0.08元计，增加售价10.4元，售价应为285+10.4=295.4元/t，扣除增加的吨煤加工费7元，效益状况较差。虽然对本项目的建设是必要的，但是，考虑各种风险、结合下游用户的承受能力，以及提高块煤销售量，进行综合分析比较，科学合理的预测几种经济效益分析结果，供上级部门或者股东决策，应为立项之本。


（3）近年来，动力煤选煤厂增加末煤脱粉入洗的项目较多，在项目设计研究中，在煤炭富集地区，感觉最难以定论的是煤泥如何处理利用，最担忧的是项目投运后有无效益、能否保证正常运行。中国煤炭加工利用协会负责编制的煤炭洗选加工“十三五”指导意见中提出：鼓励煤炭企业在动力煤洗选和选煤厂选前排矸方面，积极优先使用高效的干法选煤技术装备。因此对于动力煤6mm脱粉后，能否采用复合干法分选，选出小矸石，也是值得选煤人研究的问题。据了解目前对干法选煤应用最积极的不是选煤专业人员，而是一些煤矿的采矿、机电和销售人员，此类现象在新疆、蒙东尤为突出。