城郊選煤廠塊煤再選系統(tǒng)改造實(shí)踐

何茂林，吳 林，姬吉星，劉春龍

(1. 河南能源化工集團(tuán)永煤公司，河南 永城476600； 2．中國中煤能源股份有限公司 山西小回溝煤業(yè)有限公司，山西 清徐030400)

城郊選煤廠原設(shè)計(jì)能力為2.4 Mt/a，采用塊煤斜輪排矸+末煤有壓兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選+TBS粗煤泥分選+浮選的聯(lián)合工藝，產(chǎn)品為洗中塊、洗小塊、粒子煤、末精煤和末原煤[1-2]。該廠于2003年5月竣工投產(chǎn)，2006年7月進(jìn)行末煤系統(tǒng)擴(kuò)建改造，2009年5月增加了TBS粗煤泥分選系統(tǒng)，系統(tǒng)處理能力提升至5.0 Mt/a。該廠入選城郊礦3#無煙煤，隨著礦井開采深度的增加，礦井煤質(zhì)發(fā)生變化，出現(xiàn)大量天然焦的混合煤層，造成塊煤分選不能嚴(yán)格按照密度進(jìn)行分選，塊煤產(chǎn)品中摻入天然焦、煤與天然焦的共生體[3]，嚴(yán)重影響了塊煤產(chǎn)品的質(zhì)量。由于塊煤是無煙煤洗選后產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的重要組成部分，高效的塊煤洗選工藝對(duì)于重介選煤廠意義重大，因此將天然焦和洗塊煤產(chǎn)品進(jìn)行有效分離，保障塊煤產(chǎn)品順利銷售，成為城郊選煤廠亟待解決的問題。

1 存在問題

改造前城郊選煤廠塊煤再選系統(tǒng)原則流程如圖1所示。

該選煤廠主要存在以下問題：

(1)塊煤兩產(chǎn)品分選，中間產(chǎn)物不能有效分離。城郊選煤廠塊煤(110～13 mm粒級(jí))采用斜輪重介質(zhì)分選機(jī)分選出塊精煤和塊矸石。由于天然焦密度接近塊精煤分選密度，分選過程中分選密度不能做到精確調(diào)節(jié)，以致于無法應(yīng)對(duì)礦井煤質(zhì)變化中天然焦含量增加的狀況。當(dāng)降低塊煤分選密度時(shí)，大量的夾矸煤混入矸石，造成塊精煤的損失，不符合最大回收率原則的生產(chǎn)模式；當(dāng)維持原有塊煤分選密度不變[4]時(shí)，大量的天然焦進(jìn)入塊精煤中，造成塊精煤產(chǎn)品灰分超標(biāo)，嚴(yán)重影響精煤產(chǎn)品質(zhì)量和塊煤產(chǎn)品的正常銷售，同時(shí)塊煤積壓，因風(fēng)化、粉碎造成二次損失。通過兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器無法實(shí)現(xiàn)塊煤產(chǎn)品尤其是中間密度級(jí)產(chǎn)物的分選，這一問題制約了選煤廠的正常生產(chǎn)。

圖1 改造前城郊選煤廠塊煤再選系統(tǒng)原則流程圖

(2)煤炭市場波動(dòng)。新形勢(shì)下對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高，以質(zhì)量保生存成為選煤廠競爭的主流趨勢(shì)[5]。大型國有企業(yè)選煤廠只有通過不斷地改進(jìn)各環(huán)節(jié)生產(chǎn)工藝，提升產(chǎn)品質(zhì)量，才能在競爭中立足。城郊選煤廠塊煤產(chǎn)品占入選原煤量的15%左右，但中塊煤中夾雜的天然焦無法通過機(jī)械分選去除，只能通過人工方法揀出，造成勞動(dòng)量增加，但由于人工分選效率較低，塊煤產(chǎn)品中依然存在大量天然焦成分(甚至高達(dá)35%)。塊煤產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定給銷售工作造成嚴(yán)重影響。因此將天然焦從塊煤產(chǎn)品中有效分離成為選煤廠生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)[6]。

(3)持續(xù)產(chǎn)能釋放改造，矸石產(chǎn)品運(yùn)輸矛盾突出。城郊選煤廠原矸石倉儲(chǔ)設(shè)計(jì)能力較低，以汽車銷售為主[7]。由于矸石產(chǎn)品儲(chǔ)存于外運(yùn)裝車火車道北側(cè)工業(yè)廣場，地銷產(chǎn)品的汽車需要從南側(cè)越過火車道到北側(cè)銷售煤場裝車，再經(jīng)過火車道從銷售科大門(東門)駛出。擴(kuò)能改造后，入選原煤量提升，精煤產(chǎn)量有所增加，選煤廠產(chǎn)品裝車系統(tǒng)工作繁忙，增加的外運(yùn)車擋住了矸石汽車運(yùn)輸?shù)耐ǖ溃斐绍囕v擁堵混雜，給工業(yè)廣場管理造成一定困難；而當(dāng)煤炭市場產(chǎn)品滯銷時(shí)，矸石產(chǎn)品的存放空間較小，需向其他臨時(shí)煤場盤運(yùn)[8]，運(yùn)輸車輛也常常阻擋道路，給銷售部門和裝運(yùn)車間的各項(xiàng)工作帶來嚴(yán)重的影響，成為制約安全生產(chǎn)的主要因素之一。

2 天然焦的性質(zhì)特征

城郊選煤廠塊煤產(chǎn)品中存在大量天然焦和天然焦混合物，天然焦為熔巖侵入煤層造成的煤炭不充分燃燒的產(chǎn)物[9]，顏色發(fā)灰，與精煤外觀不同，可直接通過肉眼區(qū)分。天然焦灰分在25%～30%之間，發(fā)熱量為5 MJ/kg，且不能通過調(diào)整生產(chǎn)工藝進(jìn)行有效分離。通過對(duì)>25 mm粒級(jí)原煤進(jìn)行浮沉試驗(yàn)，并對(duì)不同密度級(jí)產(chǎn)物進(jìn)行沖洗、烘干、稱重，得到此粒級(jí)煤與天然焦的分布情況，結(jié)果見表1。

表1 城郊選煤廠>25 mm粒級(jí)原煤浮沉試驗(yàn)表

由表1可以看出：各密度級(jí)浮物進(jìn)行人工分揀后，<1.50 g/cm3密度級(jí)均為塊煤；1.50～1.55 g/cm3密度級(jí)煤與天然焦夾雜，天然焦含量較少，在10%以內(nèi)，該密度級(jí)天然焦對(duì)塊煤外表特征影響甚微，可以摻入塊煤銷售；1.55～1.58 g/cm3密度級(jí)天然焦含量明顯增多，占90%以上，另外1.58～1.60 g/cm3密度級(jí)天然焦含量占95%以上；如果摻入塊煤銷售，影響塊煤外觀特征；1.60～1.65、1.65～1.70 g/cm3密度級(jí)全部為天然焦；>1.70 g/cm3密度級(jí)大部分為矸石，產(chǎn)率占99%以上，夾雜的天然焦含量極少。由表1數(shù)據(jù)繪制的可選性曲線如圖2所示。

由圖2可知：當(dāng)要求塊煤灰分為14%時(shí)，理論分選密度為1.64 g/cm3，δ±0.1含量在6%～7%(≤10%)之間，可選性等級(jí)為易選。實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)分選密度為1.65 g/cm3時(shí)，塊煤與天然焦可分選出來；當(dāng)分選密度為1.70 g/cm3時(shí)，矸石與天然焦可分選出來。因此可以分選出天然焦產(chǎn)品，并對(duì)其單獨(dú)處理。

圖2 城郊選煤廠>25 mm粒級(jí)塊煤可選性曲線

3 改造措施

改造后城郊選煤廠塊煤再選系統(tǒng)原則流程如圖3所示。

為優(yōu)化塊煤生產(chǎn)系統(tǒng)，保持塊煤產(chǎn)品的順暢銷售，城郊選煤廠進(jìn)行了以下方面的技術(shù)改造：

(1)新建塊煤再選車間，塊煤一段兩產(chǎn)品改為兩段三產(chǎn)品重介分選，即一段經(jīng)斜輪重介質(zhì)分選機(jī)先分選出輕產(chǎn)物，二段采用淺槽重介分選機(jī)分選出中煤和矸石產(chǎn)品。將原有矸石倉位置的矸石分級(jí)篩拆除，作為中矸混合物的轉(zhuǎn)載點(diǎn)，在西側(cè)新建塊煤再選車間。若原有斜輪分選密度不變(分選密度為1.70 g/cm3)，矸石經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)載進(jìn)入新增矸石膠帶輸送機(jī)上，直接作為矸石產(chǎn)品[10]；若將主廠房斜輪分選密度降低為1.63 g/cm3左右，可通過轉(zhuǎn)載點(diǎn)翻板使中矸混合物進(jìn)入矸石再選車間，分選出中煤和矸石產(chǎn)品。主廠房斜輪分選出純塊精煤產(chǎn)品，解決了塊精煤中夾帶天然焦及塊精煤產(chǎn)品損失的問題。

圖3 改造后城郊選煤廠塊煤再選系統(tǒng)原則流程圖

(2)保證矸石產(chǎn)品銷售空間增大，車輛進(jìn)出有序，環(huán)保各項(xiàng)要求達(dá)標(biāo)。通過新建兩條跨越外運(yùn)火車道的輸煤棧橋，將矸石產(chǎn)品的分級(jí)和儲(chǔ)存移至廠東南方向儲(chǔ)煤場，由于該地毗鄰礦進(jìn)出口，矸石產(chǎn)品銷售車輛能夠迅速裝車、過磅；新建防噪聲隔音墻，使車輛裝車作業(yè)對(duì)周邊居民的影響降到最低[11]；新建大棚罩面，避免矸石產(chǎn)品的露天堆儲(chǔ)，滿足環(huán)保要求；在車輛進(jìn)出的主要通道上安裝自動(dòng)沖洗設(shè)備，保障進(jìn)出車輛干凈清潔，并在門口排查車輛的覆蓋狀態(tài)，以達(dá)到各項(xiàng)環(huán)保的要求。

(3)塊中煤生產(chǎn)工藝靈活，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品效益最大化。一是分選出的塊中煤，產(chǎn)品發(fā)熱量接近末原煤，適合部分用戶的需求，可以單獨(dú)銷售；二是塊中煤也可經(jīng)過10 mm雙齒輥破碎機(jī)開路破碎后進(jìn)入中煤倉，摻入末原煤中銷售；三是選煤廠結(jié)合市場需求靈活地組織塊中煤的生產(chǎn)，尋求客戶需求與生產(chǎn)銷售的最佳效益點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。

4 效果分析

城郊選煤廠改造后塊煤生產(chǎn)系統(tǒng)更加完善，徹底解決了分級(jí)入選塊煤兩產(chǎn)品分選的弊端，中間產(chǎn)物能夠有效分離[12-13]，進(jìn)而靈活應(yīng)對(duì)礦井煤質(zhì)變化。

(1)雖然剔除出中煤后，塊煤產(chǎn)品產(chǎn)量有所降低，但產(chǎn)品質(zhì)量得到提高，杜絕了塊精煤產(chǎn)品銷售的煤質(zhì)糾紛，提升了整體塊精煤產(chǎn)品價(jià)格；同時(shí)以塊中煤和末原煤市場需求為出發(fā)點(diǎn)，優(yōu)化了塊中煤與末原煤的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，按需尋求最大效益點(diǎn)，合理確定塊中煤產(chǎn)品單獨(dú)銷售與摻入末原煤銷售的產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)了塊中煤產(chǎn)品的靈活生產(chǎn)、銷售，總增收上千萬元。

(2)在塊煤系統(tǒng)生產(chǎn)和銷售都能滿足要求的情況下，取消了人工揀出天然焦等落后的分選工藝[14-15]，大大降低了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

(3)解決了原有矸石產(chǎn)品銷售造成的工業(yè)廣場堵塞問題，保證了地銷系統(tǒng)的有條不紊，為后續(xù)環(huán)保達(dá)標(biāo)改造奠定了基礎(chǔ)。

(4)保障了城郊選煤廠優(yōu)質(zhì)無煙煤在市場上的良好形象[16]，在煤炭形勢(shì)嚴(yán)峻、淘汰落后產(chǎn)能的競爭中有了質(zhì)量優(yōu)勢(shì)。

5 結(jié)語

城郊選煤廠針對(duì)天然焦與塊精煤不能有效分離的問題，根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量效益和改造經(jīng)濟(jì)性的原則，通過新建塊煤再選系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了塊煤斜輪兩產(chǎn)品分選變?yōu)樾陛?淺槽三產(chǎn)品分選的可能，有效地分離了塊精煤中的天然焦，保證了塊煤產(chǎn)品銷售順暢，并為其他選煤廠塊煤生產(chǎn)的改造提供了一定的借鑒作用。需要注意的是，分級(jí)入選的重介質(zhì)選煤廠在應(yīng)對(duì)煤質(zhì)變化和產(chǎn)品指標(biāo)的調(diào)整方面仍存在不足，在相關(guān)設(shè)計(jì)中需考慮周全，確保生產(chǎn)更加靈活。