原煤水分對干選效果的影響

原煤水分對干選效果的影響王新華;夏云凱期刊名稱】《《煤炭加工與綜合利用》》年(卷),期】2019(000)011【總頁數(shù)】6頁(P41-45,48)【關(guān)鍵詞】干法選煤;煤炭外水;易泥化煤;煤炭粒度;雙干工藝【作者】王新華;夏云凱【作者單位】唐山市神州機(jī)械有限公司;河北省煤炭干法加工裝備工程技術(shù)研究中心河北唐山063001【正文語種】中文【中圖分類】TD942.4不同種類的原煤水分分布特點(diǎn)煤中水分按存在形態(tài)分為兩類，即游離水和結(jié)晶水。游離水是以物理狀態(tài)吸附在煤顆粒內(nèi)部毛細(xì)管中，或附著在煤顆粒表面的水分；結(jié)晶水是以化合物方式同煤中礦物質(zhì)結(jié)合的水。游離水在100~110°C下經(jīng)過1~2h可蒸發(fā)掉，而結(jié)晶水通常要在200°C以上才能分解析出。煤的游離水分又分為外在水分和內(nèi)在水分。外在水分是附著在煤顆粒表面的水分，很容易在常溫下的干燥空氣中蒸發(fā)。內(nèi)在水分吸附在煤顆粒內(nèi)部毛細(xì)孔中，需在100°C以上的溫度經(jīng)過一定時(shí)間才能蒸發(fā)。當(dāng)煤顆粒內(nèi)部毛細(xì)孔內(nèi)吸附的水分達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，煤的內(nèi)在水分達(dá)到最高值，稱為最高內(nèi)在水分。最高內(nèi)在水分與煤的孔隙度有關(guān)，而煤的孔隙度又與煤的煤化程度有關(guān)，所以最高內(nèi)在水分含量在相當(dāng)程度上能表征煤的煤化程度，尤其能更好地區(qū)分低煤化程度煤。一般褐煤外水分大于15%，年輕褐煤的最高內(nèi)在水分多在25%以上，少數(shù)的如云南彌勒褐煤最高內(nèi)在水分達(dá)31%。最高內(nèi)在水分小于2%的煙煤，幾乎都是強(qiáng)粘性和高發(fā)熱量的肥煤和主焦煤。無煙煤的孔隙度高于煙煤，所以其最高內(nèi)在水分比煙煤有所增加［1~5］。一般煤炭發(fā)熱量和水分及灰分的關(guān)系如下：Q=Qmax-aMt-bAd(1)式中：Qmax 灰分和水分為零時(shí)煤炭最大低位發(fā)熱量，kcal/kg;Q 煤炭低位發(fā)熱量，kcal/kg；Mt——煤炭全水分，%；Ad——煤炭干基灰分，%；a 水分每增加1個(gè)百分點(diǎn)，煤炭熱值下降值，kcal/kg；b 灰分每增加1個(gè)百分點(diǎn)，煤炭值下降值，kcal/kg。濕法分選在降低精煤灰分的同時(shí)增加了精煤水分，灰水熱值效果相抵，水洗后精煤熱值提高不明顯，甚至下降。但值得注意的是，水分和灰分對精煤熱值的影響幅度因煤種而異。對低階煤來說，水分對熱值的影響遠(yuǎn)大于灰分對熱值的影響。表1中灰分和水分對無煙煤原煤熱值的影響幾乎相等，但對低階煤如長焰煤或褐煤來說，水分的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過灰分對熱值的影響。由于低階煤水分對熱值影響較大，因此分選低階煤時(shí)，在增加精煤熱值方面采用干選工藝比水洗工藝更具有優(yōu)勢。表1不同代表性煤樣中水分和灰分對原煤熱值的影響無煙煤河南永城陳四樓礦,平均水分(Mt)為8%;a=280kJ/kg,b=360kJ/kg長焰煤神東大柳塔礦長焰煤，不粘煤，平均水分(Mt)為16%;a=573kJ/kg,b=326kJ/kg低階煤內(nèi)蒙塔拉壕褐煤末煤，平均水分(Mt)為26%~28%;a=257kJ/kg,b=134kJ/kg原煤外水對干選的影響煤炭洗選工程設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50539—2016)對干選機(jī)入料外水分的適宜值確定為小于7%，和實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)偏離較大，該適宜值和煤炭品種密切相關(guān)。如陽煤五礦小于13mm粒級無煙煤末煤的全水分小于5%，松散性良好，非常適宜干選(其原煤篩分分析結(jié)果見表2)。臨礦集團(tuán)榆樹井原煤為褐煤，全水分約為22%，內(nèi)水分約為5%，外水分已經(jīng)接近17%，但實(shí)際生產(chǎn)中仍然可采用干法分選工藝(其煤質(zhì)分析結(jié)果見表3)。表2陽煤五礦小于13mm原煤篩分分析結(jié)果粒度/mm產(chǎn)率/%分級煤樣結(jié)果全水Mt/%灰分Ad/%硫分St,d/%發(fā)熱量Qnet,ar/(MJ?kg-1)+635.693.567.923.028.476~317.174.761.362.910.823~124.585.251.362.4614.521-022.565.745.492.215.78合計(jì)100.004.657.662.6812.01表3臨礦集團(tuán)榆樹井80~0mm原煤煤質(zhì)分析結(jié)果名稱全水Mt%內(nèi)水Mad%灰分Ad/%硫分St,d/%發(fā)熱量Qnet,ar/(MJ?kg-1)原煤22.204.8434.371.5313.63轉(zhuǎn)龍灣礦原煤主要為長焰煤，粘結(jié)性弱，主要作為動(dòng)力和化工用煤。該廠實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)表明，為保證干選效果，原煤外水分不超過10%時(shí)分選效果良好；當(dāng)外水分超過11.5%時(shí)，分選效果惡化；當(dāng)外水分為15%時(shí)，干選無法進(jìn)行(詳見表4)。因此干選機(jī)入料的外水分適宜值隨煤種變化而變化，原煤水分應(yīng)該分為內(nèi)水，孔隙內(nèi)表外水和表外水。對孔隙度發(fā)達(dá)的煤種來說，毛細(xì)孔中的水分對干選沒有影響，真正對干選造成干擾和影響的是煤炭顆粒表面的水分，如何區(qū)別和定量測定煤炭顆粒表面水分和外水分尚待研究。表4轉(zhuǎn)龍灣礦不同入料水分上限時(shí)分選效果原煤外水范圍/%<1010~11.511.5~15>15分選效果較好一般較差無法分選矸石泥化對干選的影響煤炭的泥化程度主要受矸石礦物組成、煤的變質(zhì)程度與含水量的影響。如煤矸石的礦物組成為層狀硅酸鹽礦物(高嶺石、伊利石、蒙脫石、云母等)，這些礦物硬度都很小，易沿層間解理，造成矸石泥化。因此，若矸石中含有大量高嶺石等層狀硅酸鹽礦物，則其泥化程度會(huì)比較嚴(yán)重。石英為架狀氧化礦物，硅、氧原子通過共價(jià)鍵連接，結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定，因此，若矸石中石英含量較大，則其泥化程度較弱［6~8］。對于易泥化煤，如果含水量較大，伴生矸石泥化后形成類似粘結(jié)劑的作用，會(huì)導(dǎo)致煤炭顆粒之間粘連，影響干選效果。另外，在易泥化煤干燥時(shí)，過多水分還會(huì)使煤產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致碎裂發(fā)生［9］。如河南郁山煤礦煤種為貧瘦煤，屬高硫動(dòng)力煤，煤層較薄，含有矸石夾層，開采時(shí)帶有大量矸石且矸石易泥化，原煤低位發(fā)熱量為14.65~15.07MJ/kg，全水分不足10%，硫分為3.3%(分析結(jié)果見表5)。該煤水分雖然不高，但由于易泥化矸石原煤粘連嚴(yán)重，難以直接干選。表5河南郁山礦小于50mm粒級原煤篩分分析結(jié)果產(chǎn)品名稱灰分Ad/%全水分Mt/%硫分St,d/%發(fā)熱量Qnet,ar/(MJ?kg-1)原煤40.039.353.2116.78黑龍江省雙陽礦原煤為1/3焦煤，塊煤矸石含量高且易泥化，其篩分分析結(jié)果見表6。該礦原煤顆粒外觀潮濕，泥團(tuán)包裹煤塊，結(jié)團(tuán)嚴(yán)重，易粘結(jié)。由于硅酸鹽質(zhì)的易泥化矸石存在，即使末原煤全水較低(7%)，仍然難以直接干選。因此，原煤存在易泥化硅酸鹽矸石時(shí)，干選的適宜水分大幅下降。原煤水分對干選的影響，不但取決于外水大小，還取決于煤炭變質(zhì)程度和伴生矸石泥化性質(zhì)。表6龍煤集團(tuán)雙鴨山雙陽煤礦小于30mm粒級原煤篩分分析結(jié)果粒度/mm產(chǎn)率/%分級煤樣質(zhì)量全水Mt/%灰分Ad/%硫分St,d/%發(fā)熱量Qnet,ar/(MJ?kg-1)+2513.764.1042.980.2117.0625~1322.684.7037.360.2418.8413~622.926.7027.910.2021.366~317.197.9025.000.1822.113~023.4510.7023.100.2321.57合計(jì)100.007.0330.500.2120.37干選前后煤炭產(chǎn)品水分的變化干選過程中，一定數(shù)量的矸石被排除后，由于原煤中高密度矸石的水分一般較低，因而精煤產(chǎn)品水分相對原煤水分會(huì)有所增加。同時(shí)由于風(fēng)選過程中存在強(qiáng)烈空氣流和煤粒之間的對流現(xiàn)象，氣流會(huì)帶走一部分煤炭顆粒外在水分，所以煤炭分選前后水分總量也會(huì)有所下降。煤炭干選后水分變化可用如下公式計(jì)算：M精二M原式中：M精——精煤產(chǎn)品全水分，%；M原 原煤全水分，%；M矸——矸石產(chǎn)品全水分，%；Y精——精煤產(chǎn)率，%；△M——?dú)饬鲙ё咚郑?，經(jīng)驗(yàn)值一般為0.2%~0.5%；以同煤集團(tuán)色連一礦原煤分選后水分變化為例，原煤水分為22.88%，排矸量為7.83%，矸石水分較低。選后精煤水分達(dá)到23.87%，比原煤水分增加了0.99%，詳見表7。表725~0mm混煤一次粗選產(chǎn)品計(jì)算平衡表產(chǎn)品產(chǎn)率/%全水分Mt/%灰分Ad/%硫分St,d/%發(fā)熱量Qnet,ar/(MJ?kg-1)精煤92.1723.8714.740.4018.66矸石7.835.9781.887.413.23原煤100.0022.8820.000.9517.45粒度對分選精煤產(chǎn)品水分的影響濕法分選和干選工藝比較的一個(gè)重要參數(shù)是如何確定分選后精煤水分的變化值。按照煤炭洗選工程設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50539-2016)，濕法分選后大于13mm粒級塊煤脫水篩后產(chǎn)品外水分取值為8%~10%,13~0.5mm末煤離心機(jī)脫水后產(chǎn)品外水分取值為6%~8%,詳見表&表8不同粒度精煤產(chǎn)品機(jī)械脫水后水分含量名稱粒度/mm水分Mf/%脫水篩篩孔13mm+138~10立式刮刀卸料離心機(jī)0.5~136~8臥式振動(dòng)離心機(jī)0.5~136~8統(tǒng)計(jì)不同末煤和煤泥離心機(jī)脫水后的精煤產(chǎn)品外水分取值經(jīng)驗(yàn)數(shù)值如圖1所示。由圖中可見，粒度越細(xì)，精煤水分越高。當(dāng)入料粒度大于5mm時(shí)，精煤脫水后外水分取值為2%~3%;入料粒度為1~5mm時(shí)，精煤脫水后外水分取值為4%~8%,入料粒度小于3mm時(shí)，精煤脫水后外水分取值8%~12%。圖1入料粒徑對精煤產(chǎn)品外水分的影響精煤水分Mf和煤粒直徑的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為：Mf=8.553d-0.489(3)式中：Mf—精煤外水，%；d 煤粒直徑，mm。由此可見，一定粒度原煤水洗后的精煤水分取決于精煤粒度分布，平均粒度越細(xì)，洗后水分增加值越高。我國傳統(tǒng)動(dòng)力煤選煤廠大多采用濕法分選工藝。許多長焰煤和褐煤選煤廠采用了塊煤部分入洗或全粒級水洗工藝，帶來了精煤產(chǎn)品水分過高的問題。如同煤集團(tuán)色連—礦原煤為易泥化褐煤，可選性為易選。原選煤工藝設(shè)計(jì)為13mm粒級以上塊煤采用重介質(zhì)淺槽洗選，小于13mm粒級末煤不洗直接摻入產(chǎn)品銷售。此工藝分選過程中存在原煤水分大、粘性大，13mm粒級分級困難，進(jìn)入淺槽的煤泥量大，精煤水分增加，熱值提升不明顯，精煤產(chǎn)率下降的現(xiàn)象。色連—礦現(xiàn)采用分選工藝流程為大于25mm重介質(zhì)淺槽分選，小于25mm粒級末煤旁路不選，塊精煤破碎后混入末原煤作為混煤銷售。實(shí)際生產(chǎn)表明，采用此工藝流程后，塊精煤水分增加2%~3%,煤泥量增加約5%~10%。2018年該礦部分月份大于25mm粒級重介質(zhì)精煤質(zhì)量統(tǒng)計(jì)見表9，混煤產(chǎn)品質(zhì)量見表10。表9色連一礦易泥化褐煤重介質(zhì)淺槽實(shí)際生產(chǎn)結(jié)果(2018年)日期原煤倉全水Mt/%灰分Ad/%硫分St,d/%發(fā)熱量Qnet,ar/(MJ?kg-1)大于25mm粒級塊精煤全水Mt/%灰分Ad/%硫分St,d/%發(fā)熱量Qnet,ar/(MJ?kg-1)6月平均值23.7328.281.1315.2727.488.890.2218.847月平均值23.6930.100.9514.9427.777.280.2018.798月平均值24.0932.700.7814.4228.227.510.2118.729月平均值23.9934.470.7613.9828.137.580.1818.7110月平均值21.6641.760.8112.9428.208.050.1618.87平均值23.4333.460.8914.3127.967.860.1918.78表10色連一礦2018年度原煤及混煤煤質(zhì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)日期原煤煤質(zhì)數(shù)據(jù)(平均值)全水Mt/%灰分Ad/%硫分St,d/%發(fā)熱量Qnet,ar/(MJ?kg-1)混煤產(chǎn)品煤質(zhì)數(shù)據(jù)(平均值)全水Mt/%灰分Ad/%硫分St,d/%發(fā)熱量Qnet,ar/(MJ?kg-1)對比結(jié)果Mt增加/%Ad降低/%St,d降低/%發(fā)熱量Qnet,ar/(MJ?kg-1)2018年2月26.9213.881.3218.1628.4011.120.9918.35+1.48-2.76-0.330.192018年3月26.5715.350.9617.8027.5610.540.7118.62+1.00-4.81-0.250.822018年4月27.0314.851.0717.7727.7212.073.1918.14+0.69-2.79-2.110.362018年5月26.2218.811.2116.9927.4611.160.6018.45+1.24-7.65-0.611.452018年6月24.1824.301.1616.0826.5715.250.6817.68+2.38-9.05-0.481.602018年7月23.6626.951.2215.4725.6418.680.7117.03+1.98-8.27-0.511.552018年8月23.0932.120.6414.3725.9720.880.5816.46+2.88-11.24-0.072.082018年9月21.5233.300.6114.5126.0020.690.5816.56+4.48-12.61-0.032.052018年10月21.7437.720.8713.3425.8922.530.5716.19+4.15-15.19-0.302.84全年平均24.5524.141.0116.0526.8015.880.9617.50+2.25-8.26-0.051.44由表10可以看到，水洗時(shí)，大于25mm粒級原煤由于矸石含量的波動(dòng)，全水分處在21.66%~23.69%范圍內(nèi)。重介質(zhì)淺槽分選密度穩(wěn)定，波動(dòng)小，產(chǎn)品不帶矸石，大于25mm粒級塊精煤基本為小于1.5g/cm3密度物，熱值18.83MJ/kg左右。全年平均原煤熱值為16.06MJ/k，混煤平均熱值為17.50MJ/k。水洗后熱值提高約1.44MJ/k，灰分下降8.26%，硫分基本不變。同期大于25mm粒級塊煤的干選試驗(yàn)結(jié)果列于表11。由表中可見，干選精煤質(zhì)量較為穩(wěn)定，大于25mm粒級干選精煤灰分接近重介質(zhì)淺槽，但干選精煤和濕法分選后的精煤水分存在較大差異，干選精煤水分在24.5%左右，低于水洗塊精煤水分(28%)，雖然干選精煤灰分略高，但干選塊精煤熱值反而比重介質(zhì)精煤的熱值高。如將原煤破碎到小于80mm，干選后的精煤水分相對原煤增加1個(gè)百分點(diǎn)，熱值相對原煤提高2.74MJ/kg。干選結(jié)果列于表12。表11色連一礦易泥化褐煤干選中試結(jié)果(2018年)日期原煤全水分Mt/%灰分Ad/%硫分St,d/%發(fā)熱量Qnet,ar/(MJ?kg-1)+25mm塊精煤全水分Mt/%灰分Ad/%硫分St,d/%發(fā)熱量Qnet,ar/(MJ?kg-1)2018年7月6日19.4035.341.4513.9024.207.290.1920.292018年6月22日22.6522.830.9717.1225.006.020.1320.33表12色連一礦易泥化小于80mm粒級褐煤干選實(shí)際結(jié)果日期原煤煤質(zhì)數(shù)據(jù)(平均值)全水分Mt/%硫分St,d/%發(fā)熱量Qnet,ar/(MJ?kg-1)精煤煤質(zhì)數(shù)據(jù)(平均值)全水分Mt/%硫分St,d/%發(fā)熱量Qnet,ar/(MJ?kg-1)對比結(jié)果Mt增加/%St,d降低/%發(fā)熱量Qnet,ar/(MJ?kg-1)11月2日25.101.3613.0026.100.3415.741.00-1.022.74調(diào)研發(fā)現(xiàn)，部分易泥化煤重介質(zhì)選煤廠產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者對精煤產(chǎn)品水分的取值和實(shí)際生產(chǎn)數(shù)值有較大差異(見表13)。塊精煤和末精煤水分預(yù)測誤差分別在4%~8%和2%~8%范圍內(nèi)，精煤水分設(shè)計(jì)值嚴(yán)重偏離實(shí)際生產(chǎn)數(shù)值。因此在分選孔隙發(fā)達(dá)、吸水性較強(qiáng)的長焰煤和低階煤時(shí)，按照煤炭洗選工程設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50539-2016)中精煤脫水后產(chǎn)品外水參考值來取值，可能會(huì)給部分選煤廠設(shè)計(jì)對鄂爾多斯易泥化長焰煤干選和濕法分選工藝進(jìn)行比對時(shí)，可參考表14取值。表13部分低階煤選煤廠產(chǎn)品水分調(diào)研蒙泰能源范家村選煤廠產(chǎn)品實(shí)測水分/%設(shè)計(jì)預(yù)測水分/%同煤集團(tuán)色連一礦選煤廠產(chǎn)品實(shí)測水分/%設(shè)計(jì)預(yù)測水分/%伊泰集團(tuán)塔拉壕礦選煤廠產(chǎn)品實(shí)測水分/%設(shè)計(jì)預(yù)測水分/%臨礦集團(tuán)一號(hào)井選煤廠產(chǎn)品實(shí)測水分/%設(shè)計(jì)預(yù)測水分/%原煤23.8026.18原煤23.4023.10原煤25.4025.40原煤23.0024.49塊精煤(+30mm)27.8019.96~20.83塊精煤(+25mm)27.9624.04塊精煤(+13mm)28.8024.61塊精煤(+13mm)28.5918.27~19.16末精煤(-30mm)29.8021.70~22.57末精煤24.97~27.75末精煤(-13mm)28.60~29.3026.81末原煤(-13mm)25.0021.92表14不同分選工藝的精煤水分取值工藝部分入洗:塊煤重介質(zhì),末煤旁路全粒級重介質(zhì)分選干選原煤水分/%22.0~25.022.0~25.022.0~25.0塊精煤(+25mm)水分/%28.028.024.0~25.0末精煤(-25~0.25mm)水分/%29.0~30.0洗混煤(原煤水分＞26%)水分/%27.0~28.5洗混煤(原煤水分21%~26%)水分/%25.0~26.5總精煤水分/%比原煤水分增加1~2粘濕煤炭雙干分選為解決水分大、矸石易泥化的粘濕煤難以直接干選的問題，可采用雙干(干燥預(yù)處理去水+干選排矸)工藝進(jìn)行分選提質(zhì)。該種方案是將振動(dòng)混流干燥設(shè)備與復(fù)合式干法分選機(jī)聯(lián)合裝配，協(xié)同作業(yè)，形成了煤炭雙干(干燥+干選)提質(zhì)系統(tǒng)。振動(dòng)混流干燥設(shè)備適用于各種密度、粒度不均的混合物料干燥，主要采用低溫大風(fēng)量熱煙氣對粘濕物料進(jìn)行干燥處理。振動(dòng)混流干燥設(shè)備通過機(jī)械振動(dòng)將濕物料分散疏松，使氣流均勻通過多層干燥床面，提高了物料與氣流的接觸面積和接觸時(shí)間；主機(jī)中的振動(dòng)床可以多層布置，層高較低，大大提高了干燥器的容積產(chǎn)量。河南郁山煤礦所產(chǎn)原煤為易泥化高灰、高硫煤，末煤含量大，其中小于6mm粒級含量占總產(chǎn)量的60%以上，水分小于