配煤入洗与精煤回收率的提高之间的关系研究与应用

1、配煤入洗与精煤回收率的提高之间的关系研究与应用完成单位：四川广旺能源发展（集团）有限责任公司 唐家河煤矿洗煤厂主研人员：任邵伟 陈永联 岳雄 严立新 赵阳二0一四年七月目录第一章 综述31.1 重介选煤31.2 洗煤现状31.3 项目实施的意义3第二章 方案提出52.1 配煤52.2 配煤工艺52.3 配合煤质量指标及其原理62.4 唐家河煤矿原煤现状72.5 方案的确定7第三章 方案实施93.1 方案实施的可行性93.2 项目研究内容及其思路113.3 唐矿原煤性质123.4 384原煤性质153.5 目标函数的制定183.5.1约束性函数183.5.2 目标函数193.6 配煤入洗193.

2、6.1 配煤方案一193.6.2 配煤方案二233.6.3 配煤方案三263.6.4 配煤方案分析283.7 产品指标计算分析283.8 浮选指标32第四章 经济效益334.1 经济效益334.1.1 回收率334.1.2 折合经济效益33第一章 综述1.1 重介选煤重介选煤就是根据矿粒间由于密度的差异，因而在密度大于水的运动介质中所受重力、流体动力和其它机械力的不同，从而实现按密度分选矿粒群的过程。依据是阿基米德原理。重介洗煤生产工艺是一种先进的选煤工艺，但如果使用控制不当就难以发挥其应有的效能。入选原料煤的控制是该生产工艺的关键因素，通过生产实践过程的探索和总结，找到一个优化的原煤控制指标

3、范围。使之适应本厂生产工艺，使重介生产工艺系统的效能得到充分发挥，回收更多的精煤和商品煤，提升企业的经济效益。重介选煤工艺本身适应能力的局限，当系统对应的入选原煤质量超出合理区间时，系统的平衡将被打乱，各项生产指标将出现波动。1.2 洗煤现状随着煤炭市场需求的多极化，加上近年来国内煤炭供需矛盾加深，国际煤炭行业不景气，简单与单一的传统方式原煤直接入洗就显得很难适应选煤生产和用户需要，也无法保证所产精煤的竞争力。1.3 项目实施的意义为了满足客户需要，为了洗煤厂顺利生产、保证产品质量，为了合理利用煤炭资源，将不同煤质的原煤配合入选成为唐矿洗煤厂生存和发展的必然之路。该技术研究成功后，一方面标志着

4、唐家河煤矿洗选技术，又上一个新台阶，同时也是实现打造唐矿精煤品牌最有力、最可靠、最科学的保证；另一方面确保了正常生产，实现高效高产作业，减少生产影响将会带来很好的经济效益和社会效益。通过配煤比例调整后，总结经验，确保产品质量，提高精煤回收率。第二章 方案提出依据配煤的定义、配合煤质量指标、唐矿洗煤厂来煤煤质等确定本项目实施方案。本方案由现场指出。2.1 配煤广义的配煤是指根据用户对煤质的要求，将若干单种煤按照一定的比例掺混后的配合煤，使之在性能上取长补短。虽然配煤的性质是由各单种煤叠加而成的，但其综合性能得到了优化，已与原各种煤的性质有所差别。因此，它已成了认为加工而成的新“煤种”。其基本原理

5、是利用不同煤种各自成分、物理和化学性质的差异，相互配合互补优缺点，使最终配出的混合煤在数、质量指标上达到最佳状态，以满足实际生产和客户的要求。狭义的配煤是指在满足用户需求的条件下为了使所洗商品煤的数质量得到最优配合的原煤洗选方式，以煤化学、煤质检测及计算机等学科为基础，以市场为目标，以经济效益为指标，通过一定的加工工艺，达到煤质互补，调整产品结构，满足用户，实现节煤和减少污染物排放为目的。具有很大的灵活性。炼焦煤选煤厂的配煤方式基本可分为原煤配煤入选和精煤配煤入选两种。2.2 配煤工艺配煤工艺流程的选择和制定应因地制宜，一般应遵守以下原则：一是灵活多变，便于调整产品结构，满足用户需求；二是投资

6、省，成本低，便于运作，经济效益显著。2.3 配合煤质量指标及其原理配合煤的质量指标有水分、细度、灰分、硫分、煤化度、粘结性、膨胀压力。配煤原理是建立在结焦原理基础上的,迄今为止结焦原理可大致归纳为三类。第一类是以烟煤大分子结构及其热解过程中由于胶质状塑性体的形成,使固体煤粒粘结的塑性成焦原理,根据这个原理不同烟煤由于胶质体的性质和数量的不同,导致粘结性的强弱,并随气体析出数量和速度的差异,得到不同质量的焦炭。第二类是基于煤粒之间的粘结是在其接触表面上进行,煤粒有活性与非活性之分的观点,于是以活性组分为主的煤粒,相互间的粘结呈流动结合型,固化后不再存在粒子的原形;而以非活性组分为主的煤粒间的粘结

7、则呈接触结合型,固化后保留粒子的轮廓,不同的结合类型决定最后形成的焦炭质量,此所谓表面结合成焦原理。第三类是以60年代以来发展起来的中间相成焦原理,该原理认为烟煤在热解过程中产生的各向同性胶质体中,随热解进行会形成由较大的片状分子排列而成的聚合液晶,它是一种新的各向异性流动相态,称为中间相,成焦过程就是这种中间相在各向同性胶质体基体中的长大，融并和固化的过程,不同烟煤表现为不同的中间相发展深度,使最后形成不同质量和不同光学组织的焦炭。对应上述三种结焦原理,派生出相应的三种配煤原理,即焦质层重叠原理,互换性原理和共炭化原理。2.4 唐家河煤矿原煤现状唐家河煤矿是年头已久的老矿，由于长年的开采致使

8、井下煤炭储量越来越少、煤质越来越差，加上近年采用综采综掘技术，现阶段所采毛煤均为高灰毛煤，且细粒级和大块矸石含量很多。唐矿所产原煤灰分达到55%以上，-0.2mm粒级含量在15%以上。最好的原煤当属31843平面所采原煤，其原煤灰分约为26%，-0.2mm粒级含量在16%左右。原煤其它炼焦指标如下：唐矿煤挥发分Vdaf为23.33%；胶质层最大厚度Y为17mm；，黏结性指数约为80；焦炭抗碎强度M40为75.5；焦炭耐磨强度M10为12；粉焦率为9.7。2.5 方案的确定首先唐矿洗煤厂通过为期三年多的重介洗煤生产，对唐家河原煤质量以及精煤回收率以及外购煤质量与精煤回收率有所了解，在现场操作上和

9、洗煤技术及理论指导上积累了一定的经验，具备了一定的解决精煤回收率较低所带来的问题的能力。其次，由原煤炼焦指标可以看出唐矿煤煤种属于主焦煤，是炼焦的基础煤。由于配煤入洗原煤均来自同一矿井，其原煤主要的结构、岩石组成、物理化学性质及其工艺性质变化不大。因此在制定本厂配煤约束性函数时只考虑精煤灰分与产率即可。最后，对于我厂的洗煤工艺流程及其设备来讲，配煤入选不需要进行大的改造，配煤入洗相比洗后配煤更容易实现。第三章 方案实施3.1 方案实施的可行性通过对两种配合入洗原煤的浮沉数据分析、计算来得到方案是否可行的结论。其中，目标灰分以11%计。唐矿煤与384原煤的浮沉数据分别如表3-1、3-2所示：表3

10、-1 唐矿煤浮沉表密度级Kg/L重量（g）产率(%)灰分(%)-1.30 141.30 4.19 3.07 311.90 9.24 8.11 143.30 4.25 16.84 119.50 3.54 31.53 171.10 5.07 43.15 386.10 11.44 52.78 2.00 1552.20 45.99 84.12 去泥小计83.72 59.27 煤泥55016.28 37.37 带泥小计100.00 55.71 表3-2 384原煤浮沉表密度级Kg/L重量（g）产率(%)灰分(%)-1.30 15.20 8.03 4.56 202.30 30.10 11.06 221.1

11、0 13.04 18.56 128.60 6.52 28.29 282.90 8.53 38.14 607.30 5.69 52.50 2.00 1290.70 11.70 74.64 去泥小计83.61 27.43 煤泥160.916.39 16.62 带泥小计100.00 25.66 从表3-1和3-2可以看出唐矿煤-1.3Kg/LKg/LKg/LKg/L密度级的煤不能完全上浮，为了达到更高的精煤回收率，只能通过配煤入洗来将两种原煤在目标灰分内相应密度级的原煤尽可能地回收。灰分及其回收率的比较（按-1.5Kg/L密度级计）如下：唐矿：31843平面：综合：实践生产表明如果两种原煤单独入洗，

12、由于唐矿煤内在灰分较低且中间物±0.1含量很高，在生产中不易控制；384原煤内在灰分较高但分布较均匀，却不能完全回收。以上计算表明可以通过配煤入洗来互补二者的优缺，但1.4-1.5Kg/L密度级不能完全回收，但可以通过控制分选密度来控制。因此，配煤入洗在唐矿洗煤厂是具有很强的可行性。3.2 项目研究内容及其思路项目研究内容：配煤入洗与精煤回收率的提高之间的关系。需解决的关键技术问题：唐家河原煤与384配煤入洗比例的研究。项目研究思路：（1） 根据原煤浮沉资料画出入洗原煤可选性曲线；（2） 选出符合本厂配煤的配煤目标函数；（3） 确立本厂所需的煤炭技术指标；（4） 经济效益的考虑。3.

13、3 唐矿原煤性质（1） 数据处理原煤浮沉数据经处理之后浮沉表见表3-3表3-3 唐矿原煤浮沉表密度 Kg/L50-0.5mm占本级占全样/%灰分-1.35.00 4.19 3.07 11.04 9.24 8.11 5.08 4.25 16.84 4.23 3.54 31.53 6.06 5.07 43.15 13.66 11.44 52.78 >2.0054.93 45.99 84.12 合 计100.00 83.72 59.27 （2）唐矿浮沉试验综合表见表3-4：表3-4 唐矿浮沉试验综合表密度 Kg/L产率(%)灰分(%)累计分选密度灰分曲线沉物曲线密度曲线±0.1浮物沉

14、物产率(%)灰分(%)产率(%)灰分(%)密度级产率(%)产率(%)灰分(%)产率(%)灰分(%)密度灰分(%)含量(%)1 2345678910111213141516-1.30 5.00 3.07 5.00 3.07 100.00 59.27 1.30 16.04 2.50 3.07 0.00 59.27 1.30 95.00 83.96 11.04 8.11 16.04 6.54 95.00 62.23 1.40 16.11 10.52 8.11 5.00 62.23 1.40 83.96 83.89 5.08 16.84 21.12 9.01 83.96 69.35 1.50 9.30

15、 18.58 16.84 16.04 69.35 1.50 78.88 90.70 4.23 31.53 25.35 12.77 78.88 72.73 1.60 10.28 23.23 31.53 21.12 72.73 1.60 74.65 89.72 6.06 43.15 31.40 18.63 74.65 75.06 1.80 19.72 28.37 43.15 25.35 75.06 1.80 68.60 80.28 13.66 52.78 45.07 28.98 68.60 77.88 2.00 38.23 52.78 31.40 77.88 2.00 54.93 100.00 &

16、gt;2.0054.93 84.12 100.00 59.27 54.93 84.12 72.53 84.12 45.07 84.12 合 计100.00 59.27 （3） 唐矿原煤可选性曲线唐矿原煤可选性曲线见图3-1：图 3-1由图3-1分析得：当目标灰分为11%时：3.4 384原煤性质（1） 数据处理原煤浮沉数据经处理之后浮沉表见表3-5：表3-5 384原煤浮沉表密度 Kg/L50-0.5mm占本级占全样/%灰分-1.39.60 8.03 4.56 36.00 30.10 11.06 15.60 13.04 18.56 7.80 6.52 28.29 10.20 8.53 38.1

17、4 6.81 5.69 52.50 >2.0013.99 11.70 74.64 合 计100.00 83.61 27.43 （2） 384浮沉试验综合表见表3-6：表3-6 384浮沉试验综合表密度 Kg/L产率(%)灰分(%)累计分选密度灰分曲线沉物曲线密度曲线±0.1浮物沉物产率(%)灰分(%)产率(%)灰分(%)密度级产率(%)产率(%)灰分(%)产率(%)灰分(%)密度灰分(%)含量(%)12345678910111213141516-1.39.60 4.56 9.60 4.56 100.00 27.43 1.345.60 4.80 4.560.00 27.43 1.

18、390.40 54.40 36.00 11.06 45.60 9.69 90.40 29.86 1.451.60 27.60 11.069.60 29.86 1.454.40 48.40 15.60 18.56 61.20 11.95 54.40 42.30 1.523.39 53.40 18.5645.60 42.30 1.538.80 76.61 7.80 28.29 69.00 13.80 38.80 51.84 1.618.00 65.10 28.2961.20 51.84 1.631.00 82.00 10.20 38.14 79.20 16.93 31.00 57.77 1.817

19、.01 74.10 38.1469.00 57.77 1.820.80 82.99 6.81 52.50 86.01 19.75 20.80 67.40 282.60 52.579.20 67.40 213.99 100.00 >2.0013.99 74.64 100.00 27.43 13.99 74.64 93.00 74.6486.01 74.64 合 计100.00 27.43 （3） 唐矿原煤可选性曲线唐矿原煤可选性曲线见图3-2：图 3-2由图3-2分析得：当目标灰分为11%时：3.5 目标函数的制定3.5.1约束性函数约束函数亦称评价函数,指在数学规划中,要求在一定条件下求

20、极小化或者极大化的函数,即实际优化问题所追求目标的数学描述。具体有以下几个约束函数:（1） 灰分配煤入洗之后所得到的灰分必须小于本厂所需的目标灰分，即： （1）A1、A2-唐矿煤、384煤精煤灰分，%；X1、X2-唐矿煤、384煤所占比例，%；1、2-唐矿煤、384煤精煤产率，%。(2) 配比在配煤目标函数及实际生产中，配比之和必须为100%。X1+X2=100% (2)(3) 线性约束条件函数由于唐家河煤矿31843平面所产原煤较少，每月矿所采原煤约45005000t原煤。因此每月的配煤量之和不能超过月总产量。 （3）3.5.2 目标函数目标函数是在约束区间内取得最佳成果的衡量函数。max=

21、1+2 (4)3.6 配煤入洗由于受到线性约束条件函数（3）的限制，因此384原煤的配比只能限制在15%以下。3.6.1 配煤方案一方案一执行1：2 为85:15的配比。（1）混煤一浮沉表见表3-7：表3-7 混一浮沉表密度/ Kg/L唐矿（85%）384（15%）综合占本级/%占全样/%灰分/%占本级/%占全样/%灰分/%占本级/%占全样/%灰分/%-1.35.00 4.25 3.07 9.60 1.44 4.56 5.69 5.69 3.45 11.04 9.38 8.11 36.00 5.40 11.06 14.78 14.78 9.19 5.08 4.31 16.84 15.60 2.

22、34 18.56 6.65 6.65 17.44 4.23 3.59 31.53 7.80 1.17 28.29 4.76 4.76 30.73 6.06 5.15 43.15 10.20 1.53 38.14 6.68 6.68 42.00 13.66 11.61 52.78 6.81 1.02 52.50 12.64 12.64 52.76 >2.0054.93 46.69 84.12 13.99 2.10 74.64 48.79 48.79 83.71 合 计100.00 85.00 59.27 100.00 15.00 27.43 100.00 100.00 54.50 （2）混

23、一浮沉试验综合表见表3-8：表3-8 混一浮沉试验综合表密度 Kg/L产率(%)灰分(%)累计分选密度灰分曲线沉物曲线密度曲线±0.1浮物沉物产率(%)灰分(%)产率(%)灰分(%)密度级产率(%)产率(%)灰分(%)产率(%)灰分(%)密度灰分(%)含量(%)12345678910111213141516-1.35.69 3.45 5.69 3.45 100.00 54.50 1.320.48 2.85 3.45 0.00 54.50 1.394.31 79.52 14.78 9.19 20.48 7.59 94.31 57.58 1.421.44 13.09 9.19 5.69

24、57.58 1.479.52 78.56 6.65 17.44 27.13 10.01 79.52 66.57 1.511.42 23.80 17.44 20.48 66.57 1.572.87 88.58 4.76 30.73 31.89 13.10 72.87 71.06 1.611.44 29.51 30.73 27.13 71.06 1.668.11 88.56 6.68 42.00 38.57 18.11 68.11 73.88 1.819.31 35.23 42.00 31.89 73.88 1.861.43 80.69 12.64 52.76 51.21 26.66 61.43

25、77.34 244.89 52.76 38.57 77.34 248.79 100.00 >2.0048.79 83.71 100.00 54.50 48.79 83.71 75.60 83.71 51.21 83.71 合 计100.00 54.50 （3）混一原煤可选性曲线混一原煤可选性曲线见图3-3：图3-3由图3-2分析得：当目标灰分为11%时：3.6.2 配煤方案二方案二执行1：2 为90:10的配比。（1）混煤二浮沉表见表3-9：表3-9 混二浮沉表密度/ Kg/L唐矿（90%）384（10%）综合占本级/%占全样/%灰分/%占本级/%占全样/%灰分/%占本级/%占全样/%灰

26、分/%-1.35.00 4.50 3.07 9.60 0.96 4.56 5.46 5.46 3.33 11.04 9.93 8.11 36.00 3.60 11.06 13.53 13.53 8.89 5.08 4.57 16.84 15.60 1.56 18.56 6.13 6.13 17.28 4.23 3.81 31.53 7.80 0.78 28.29 4.59 4.59 30.98 6.06 5.45 43.15 10.20 1.02 38.14 6.47 6.47 42.36 13.66 12.30 52.78 6.81 0.68 52.50 12.98 12.98 52.77

27、>2.0054.93 49.44 84.12 13.99 1.40 74.64 50.84 50.84 83.86 合 计100.00 90.00 59.27 100.00 10.00 27.43 100.00 100.00 56.09 （2）混二浮沉试验综合表见表3-10：表3-10 混二浮沉试验综合表密度 Kg/L产率(%)灰分(%)累计分选密度灰分曲线沉物曲线密度曲线±0.1浮物沉物产率(%)灰分(%)产率(%)灰分(%)密度级产率(%)产率(%)灰分(%)产率(%)灰分(%)密度灰分(%)含量(%)12345678910111213141516-1.35.46 3.33

28、 5.46 3.33 100.00 56.09 1.319.00 2.73 3.33 0.00 56.09 1.394.54 81.00 13.53 8.89 19.00 7.29 94.54 59.14 1.419.66 12.23 8.89 5.46 59.14 1.481.00 80.34 6.13 17.28 25.13 9.73 81.00 67.53 1.510.71 22.06 17.28 19.00 67.53 1.574.87 89.29 4.59 30.98 29.71 13.01 74.87 71.64 1.611.06 27.42 30.98 25.13 71.64 1

29、.670.29 88.94 6.47 42.36 36.18 18.26 70.29 74.30 1.819.45 32.95 42.36 29.71 74.30 1.863.82 80.55 12.98 52.77 49.16 27.37 63.82 77.54 242.67 52.77 36.18 77.54 250.84 100.00 >2.0050.84 83.86 100.00 56.09 50.84 83.86 74.58 83.86 49.16 83.86 合 计100.00 56.09 （3）混二原煤可选性曲线混二原煤可选性曲线见图3-4：图3-4由图3-4分析得：当目标

30、灰分为11%时：3.6.3 配煤方案三方案三执行1：2 为95:5的配比。（1） 混煤三浮沉表见表3-11：表3-11 混三浮沉表密度 Kg/L唐矿（95%）384（5%）综合占本级/%占全样/%灰分/%占本级/%占全样/%灰分/%占本级/%占全样/%灰分/%-1.35.00 4.75 3.07 9.60 0.48 4.56 5.23 5.23 3.21 11.04 10.48 8.11 36.00 1.80 11.06 12.28 12.28 8.54 5.08 4.82 16.84 15.60 0.78 18.56 5.60 5.60 17.08 4.23 4.02 31.53 7.80

31、0.39 28.29 4.41 4.41 31.24 6.06 5.75 43.15 10.20 0.51 38.14 6.26 6.26 42.74 13.66 12.98 52.78 6.81 0.34 52.50 13.32 13.32 52.77 >2.0054.93 52.19 84.12 13.99 0.70 74.64 52.89 52.89 83.99 合 计100.00 95.00 59.27 100.00 5.00 27.43 100.00 100.00 57.68 （2）混三浮沉试验综合表见表3-12：表3-12 混三浮沉试验综合表密度 Kg/L产率(%)灰分(%)

32、累计分选密度灰分曲线沉物曲线密度曲线±0.1浮物沉物产率(%)灰分(%)产率(%)灰分(%)密度级产率(%)产率(%)灰分(%)产率(%)灰分(%)密度灰分(%)含量(%)12345678910111213141516-1.35.23 3.21 5.23 3.21 100.00 57.68 1.317.52 2.62 3.21 0.00 57.68 1.394.77 82.48 12.28 8.54 17.52 6.95 94.77 60.69 1.417.89 11.38 8.54 5.23 60.69 1.482.48 82.11 5.60 17.08 23.12 9.40 82

33、.48 68.46 1.510.01 20.32 17.08 17.52 68.46 1.576.88 89.99 4.41 31.24 27.53 12.90 76.88 72.20 1.610.67 25.33 31.24 23.12 72.20 1.672.47 89.33 6.26 42.74 33.79 18.43 72.47 74.69 1.819.58 30.66 42.74 27.53 74.69 1.866.21 80.42 13.32 52.77 47.11 28.14 66.21 77.71 240.45 52.77 33.79 77.71 252.89 100.00 &

34、gt;2.0052.89 83.99 100.00 57.68 52.89 83.99 73.56 83.99 47.11 83.99 合 计100.00 57.68 （3）混三原煤可选性曲线混三原煤可选性曲线见图3-5：图3-5由图3-5分析得：当目标灰分为11%时：3.6.4 配煤方案分析由图3-3、3-4、3-5可知，在满足目标灰分的情况下，方案一精煤回收率最高；由图3-1、3-2可知，两种原煤的煤质差异较大；由图3-1、3-3可知，配煤入选所得到的精煤回收率远高于唐矿煤单独入洗。综合分析认为，配煤比例选择1：2 为85:15。3.7 产品指标计算分析（1） 唐矿产品指标计算见表3-13

35、：表3-13 唐矿煤产品指标计算密度级/g*cm-3入料精煤第二段入料中煤矸石/%A/%/%A/%/%A/%/%A/%/%A/%-1.30 5.00 3.07 1.00 5.00 3.07 0.00 3.07 1.00 0.00 3.07 0.00 3.07 11.04 8.11 1.00 11.04 8.11 0.00 8.11 1.00 0.00 8.11 0.00 8.11 5.08 16.84 0.96 4.87 16.84 0.21 16.84 1.00 0.21 16.84 0.00 16.84 4.23 31.53 0.42 1.79 31.53 2.44 31.53 1.00

36、2.44 31.53 0.00 31.53 6.06 43.15 0.00 0.01 43.15 6.05 43.15 0.91 5.51 43.15 0.54 43.15 13.66 52.78 0.00 0.00 52.78 13.66 52.78 0.09 1.21 52.78 12.46 52.78 >2.0054.93 84.12 0.00 0.00 84.12 54.93 84.12 0.00 0.19 84.12 54.74 84.12 合 计100.00 59.27 22.70 10.73 77.30 73.53 9.56 41.64 67.73 78.03 （2） 38

37、4煤产品指标计算见表3-14：表3-14 384产品指标计算密度级/g*cm-3入料精煤第二段入料中煤矸石/%A/%/%A/%/%A/%/%A/%/%A/%-1.30 9.60 4.56 1.00 9.60 4.56 0.00 4.56 1.00 0.00 4.56 0.00 4.56 36.00 11.06 0.96 34.69 11.06 1.31 11.06 1.00 1.31 11.06 0.00 11.06 15.60 18.56 0.45 6.96 18.56 8.64 18.56 1.00 8.64 18.56 0.00 18.56 7.80 28.29 0.02 0.15 28.29 7.65 28.29 1.00 7.64 28.29 0.00 28.29 10.20 38.14 0.00 0.00 38.14 10.20 38.14 0.91 9.30 38.14 0.90 38.14 6.81 52.50 0.00 0