基于雙系原煤入選的選煤系統(tǒng)介耗優(yōu)化研究與實(shí)踐

王登俊

(大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 大同 037003)

煤炭在我國一次能源結(jié)構(gòu)中處于主體能源地位，煤炭洗選加工是煤炭清潔高效利用的第一個環(huán)節(jié)。原煤經(jīng)過選煤廠洗選加工后，可以將原煤中的矸石和有害雜質(zhì)去除，減少商品煤的硫分，減少燃燒帶來的環(huán)境污染，減少鐵路的無效運(yùn)輸，提高煤炭資源的利用率。

我國煤炭資源豐富，煤種齊全，煤質(zhì)差別大，而重介質(zhì)選煤技術(shù)因其對煤質(zhì)適應(yīng)能力強(qiáng)，成為了主導(dǎo)選煤方法。重介質(zhì)選煤是利用阿基米德原理將精煤與矸石等雜質(zhì)分離。保持介質(zhì)系統(tǒng)穩(wěn)定是保證分選效果的根本，控制介耗是降本增效的最佳途徑[1]。

馬脊梁選煤廠是一座礦井動力煤選煤廠，入選原煤全部來自馬脊梁礦井，于2014年11月試運(yùn)行。馬脊梁選煤廠工藝圖見圖1所示。

圖1 馬脊梁選煤廠工藝圖Fig.1 Process diagram of Majiliang Coal Preparation Plant

設(shè)計年處理能力600 萬t/a，設(shè)計小時處理能力1 136 t/h，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為0～50 mm混精煤。原煤經(jīng)破碎達(dá)到小于150 mm的粒級，150～13 mm塊煤采用重介淺槽分選；13.0～1.5 mm 末煤采用三產(chǎn)品重介旋流器分選；1.50～0.25 mm 粗煤泥采用螺旋分選機(jī)分選；0.25～0 mm細(xì)煤泥采用加壓過濾機(jī)+快開高效壓濾機(jī)聯(lián)合脫水回收。投產(chǎn)以來，2015年至2017年選煤廠年均介耗如表1所示。選煤廠介耗雖然逐年降低，但仍無法達(dá)到預(yù)期效果。

表1 工藝優(yōu)化前歷年平均介耗Table 1 Average medium consumption before process optimization

1 原因分析

馬脊梁選煤廠入選原煤煤質(zhì)復(fù)雜，礦井有石炭紀(jì)和侏羅紀(jì)兩種煤層，存在雙系原煤入洗的問題。同時，由于井下存在斷層、火成巖入侵等地質(zhì)原因，導(dǎo)致選煤廠入洗原煤煤質(zhì)極不穩(wěn)定，進(jìn)而造成分選系統(tǒng)紊亂，跑介現(xiàn)象嚴(yán)重的問題。隨著礦井采煤機(jī)械化程度不斷提高，原煤矸石量驟增,細(xì)粒煤含量變多,泥化現(xiàn)象嚴(yán)重，這些實(shí)際情況增加了原煤煤質(zhì)的復(fù)雜性，嚴(yán)重影響選煤廠的正常生產(chǎn)。馬脊梁選煤廠煤泥水處理工藝圖見圖2所示。

圖2 馬脊梁選煤廠煤泥水處理工藝圖Fig.2 Process diagram of slime water treatment in Majiliang Coal Preparation Plant

依據(jù)設(shè)備參數(shù)和現(xiàn)場實(shí)際可知，由合格介質(zhì)泵打到淺槽的懸浮液量為1 780 m3，由淺槽溢流堰流出的懸浮液量為1 525 m3，即85.67 %的循環(huán)懸浮液進(jìn)入重介質(zhì)淺槽分選機(jī)后隨溢流精煤產(chǎn)品排出，其中14.32 %的懸浮液分配到沉物矸石中。三產(chǎn)品重介旋流器入料懸浮液共1 174 m3，末煤重介旋流器在離心力場作用下，底流的懸浮液密度比工作懸浮液密度高0.3～0.7 g/m3[2]；溢流懸浮液密度比其低0.06～0.17 g/m3。根據(jù)懸浮液的密度差，求得懸浮液在底流及溢流中的分配量，末精煤為70%，中煤為20%，末矸石為10%。結(jié)合設(shè)備實(shí)際情況計算得到設(shè)備的脫介能力如表2所示。

表2 設(shè)備脫介能力Table 2 Removing medium capacity of equipment

1.1 末煤及中煤脫介效果分析

1.5～13.0 mm 的末煤采用三產(chǎn)品重介旋流器分選，產(chǎn)品為末煤、中煤和末矸,末煤和中煤先流入弧形篩，進(jìn)行預(yù)脫介，再流入下游振動篩。雙系煤混合入洗，造成原煤煤質(zhì)的變化頻繁，導(dǎo)致末煤、中煤數(shù)量不斷變化，脫介篩物料層厚度不一，從而產(chǎn)生一系列不良影響。

當(dāng)入洗石炭紀(jì)煤層原煤占比較大時，中煤比例增高，中煤預(yù)脫介弧形篩和中煤振動篩上的物料層過厚,無法有效脫介；當(dāng)侏羅紀(jì)煤層原煤占比較大時，末煤比例增高，末精煤預(yù)脫介弧形篩和末精煤振動篩上的物料層過厚,無法有效脫介[3]。脫介篩無法有效進(jìn)行脫介，會出現(xiàn)欻煤、欻介現(xiàn)象，造成介質(zhì)系統(tǒng)紊亂，導(dǎo)致介質(zhì)隨精煤產(chǎn)品流失，甚至介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)崩潰。

1.2 塊精煤脫介效果分析

13～150 mm塊煤采用重介淺槽分選。由于淺槽入料粒度大，溢流液流量大，85.67 %的溢流進(jìn)入塊精煤脫介篩，導(dǎo)致塊精煤脫介篩物料前沖嚴(yán)重[4]。物料流速過大，導(dǎo)致脫介時間太短，脫介效果差；致使振動篩稀介段物料增加，合介段回收的介質(zhì)減少；容易造成合格介質(zhì)桶位和比重突降，分選系統(tǒng)不穩(wěn)定，甚至崩潰。

1）由運(yùn)行人員將開關(guān)轉(zhuǎn)冷備用，繼保人員將#2接地變保護(hù)裝置的裝置告警信號接線S2JB-110/W134解除后，監(jiān)控后臺的#2接地變告警信號消失；之后再將接線恢復(fù)，#2接地變告警信號在光字牌中又出現(xiàn)，確定接線組別無誤。

1.3 稀介磁選機(jī)回收率分析

由于振動篩稀介段回收量增大，會加大磁選機(jī)的工作負(fù)荷，降低磁選機(jī)的工作效率，致使更多的介質(zhì)從磁選機(jī)尾礦流失。一旦系統(tǒng)打分流，會產(chǎn)生更多介質(zhì)隨著磁選尾礦損失掉，因此，系統(tǒng)不能隨時打分流進(jìn)行調(diào)節(jié)，介質(zhì)系統(tǒng)的工作效率和靈活性受到了嚴(yán)重影響。

1.4 懸浮液黏度和穩(wěn)定性分析

由于原煤細(xì)粒煤含量逐步升高，即使經(jīng)過洗選系統(tǒng)中兩臺原煤分級脫泥篩進(jìn)行分級脫泥，依然會有大量煤泥進(jìn)入淺槽，導(dǎo)致介質(zhì)系統(tǒng)中的煤泥含量增高，進(jìn)而使重介懸浮液的黏度增高。

高黏度的懸浮液會影響介質(zhì)在振動篩上的透篩脫介，造成介質(zhì)隨精煤產(chǎn)品流失。懸浮液黏度過高會影響物料的流動性，物料分層不暢致使分選效率下降。

為此選煤廠只能采取加大分流量的措施，將懸浮液更多地分流到稀介桶，通過磁選機(jī)降低懸浮液的煤泥含量[5]。但是，這樣又會加大磁選機(jī)的工作負(fù)荷，導(dǎo)致更多的介質(zhì)隨尾礦流失。

2 優(yōu)化生產(chǎn)工藝

2.1 生產(chǎn)工藝優(yōu)化

1)旋流器產(chǎn)品脫介工藝優(yōu)化。將末精煤、中煤預(yù)脫介弧形篩改造為預(yù)脫介固定篩。末精煤預(yù)脫介固定篩脫介面積約為10.56 m2，預(yù)脫介弧形篩脫介面積約2.41 m2，脫介面積提升了4.4倍。同理，中煤預(yù)脫介固定篩脫介面積約6.84 m2，預(yù)脫介弧形篩脫介面積約2.41 m2，脫介面積提升2.84倍[6]。同時，增加固定篩配套的入料溜槽和篩下槽進(jìn)的寬度，并且降低篩面角度。如此，物料通過入料槽再流入篩面時能夠更加均勻地分層，緩慢前進(jìn)，高效脫介，大大降低了產(chǎn)品帶走的介質(zhì)。優(yōu)化生產(chǎn)工藝后末煤、中煤脫介篩脫介能力如表3所示。

表3 優(yōu)化生產(chǎn)工藝后末煤、中煤脫介篩脫介能力Table 3 Removing medium capability of sculping screen of final and middle coal after process optimization

由表3可知，優(yōu)化生產(chǎn)工藝后，末煤脫介篩及其預(yù)脫介固定篩單位面積需處理的懸浮液量由75 m3下降到43 m3，降低為改造前的57%；中煤脫介篩及其預(yù)脫介固定篩單位面積需處理懸浮液量由52 m3下降到26 m3，降低為改造前的50%。單位面積脫介負(fù)荷大大下降，加強(qiáng)了介質(zhì)回收，有效解決了末煤、中煤產(chǎn)品帶介高的問題。

2)淺槽溢流優(yōu)化措施。針對淺槽溢流液流量大，塊精煤脫介篩物料前沖嚴(yán)重的情況，在淺槽溢流槽內(nèi)部增加7塊預(yù)脫介固定篩板，篩板尺寸為680 mm×610 mm；在塊精煤脫介篩的入料槽上部增加一部預(yù)脫介固定篩，該固定篩面積約為7.7 m2(2 600 mm×3 025 mm)。如此改造增加了10.6 m2的預(yù)脫介面積，大部分的重介懸浮液流量可以在預(yù)脫介部分進(jìn)行回收，這樣有效降低了物料進(jìn)入振動篩的流速，提高了塊精煤脫介篩的工作效率，穩(wěn)定了介質(zhì)系統(tǒng)。

在預(yù)脫介固定篩出料端加200 m高緩沖擋皮，使物料均勻、緩慢地進(jìn)入塊精煤脫介篩的篩面，從而提高脫介效率，使物料更加緩慢地進(jìn)入脫介篩的第一排篩板上，增加有效脫介面積。同時，在脫介篩板上自制擋壩，進(jìn)一步延緩物料的流速[7]。馬脊梁選煤廠優(yōu)化后工藝流程見圖3所示。優(yōu)化生產(chǎn)工藝后塊精煤脫介篩脫介能力如表4所示。

圖3 馬脊梁選煤廠優(yōu)化后工藝流程圖Fig.3 Process diagram of Majiliang Coal Preparation Plant after optimization

表4 優(yōu)化生產(chǎn)工藝后塊精煤脫介篩脫介能力Table 4 Removing medium capability of block coal sculping screen after optimization

3)脫泥篩優(yōu)化措施。針對原煤細(xì)粒煤含量高、泥化嚴(yán)重引起的懸浮液黏度大的現(xiàn)象，采取了綜合優(yōu)化措施:

a.改善脫泥篩的噴淋水幕，分級脫泥篩每一層都布置有兩段噴淋水，且相隔200 mm；

b.每段噴淋水的鴨嘴式噴頭，緊密排列，噴淋水幕均勻連續(xù)，使噴水形成扇形的攔截面，噴嘴高度控制在300～350 mm左右，噴淋水方向與物料前進(jìn)方向角度約為70°；

c.噴淋水的壓力控制在0.3 MPa左右；

d.噴水濃度采用濃度低于30～50 g/L的循環(huán)水；

e.噴水量依據(jù)系統(tǒng)的負(fù)荷量、脫介篩能力和磁選系統(tǒng)能力確定最大容許量706 m3/h[8]。

改造后的脫泥篩噴水參數(shù)如表5所示。

表5 優(yōu)化改造后脫泥篩噴水參數(shù) Table 5 Water spraying parameters of desliming screen after optimization

4)稀介磁選工藝優(yōu)化。提高磁選機(jī)的回收效率，一是改善稀介磁選機(jī)的噴淋水幕，加密噴頭數(shù)量，加大噴淋水壓力，有效地將磁選滾筒上的介質(zhì)沖刷下來；二是利用停車檢修的空余時間，對磁選機(jī)的給礦管、分選槽、精礦槽進(jìn)行清理，保證入料均勻穩(wěn)定，分選槽液面穩(wěn)定。

2.2 介質(zhì)質(zhì)量管理優(yōu)化

經(jīng)過馬脊梁選煤廠多年的生產(chǎn)實(shí)踐證明,200目粒度含量必須大于90 %，才可以有效減少因煤泥含量大帶來的脫介效率低下和磁選回收效率低下的不良影響；磁性物含量的比例直接影響稀介磁選機(jī)的工作效果，必須保證在95 %以上；介質(zhì)的真密度控制著懸浮液的密度，控制著回收率，因此必須達(dá)到如表6所示指標(biāo)。

表6 入廠介質(zhì)指標(biāo)Table 6 Incoming medium index

3 優(yōu)化結(jié)果分析

采取介耗管控及工藝優(yōu)化后的效果如表7所示，介質(zhì)消耗由1.8 kg/t降低至1.4 kg/t。同時,系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定、流暢，產(chǎn)品質(zhì)量也大大提高。

表7 優(yōu)化生產(chǎn)工藝和加強(qiáng)管控管理后生產(chǎn)指標(biāo)對比Table 7 Comparison of production index after optimizing the production process and strengthening management

4 結(jié)束語

優(yōu)化改造前當(dāng)煤質(zhì)有所變化時，容易導(dǎo)致脫介不及時，造成欻煤、欻介，介質(zhì)系統(tǒng)紊亂，限制了選煤廠的生產(chǎn)能力，時常引發(fā)生產(chǎn)事故。通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝和加強(qiáng)管控管理，有效解決了雙系煤入洗、礦井原煤細(xì)粒級高、原煤泥化嚴(yán)重等難題，穩(wěn)定了重介質(zhì)系統(tǒng)，降低了介耗，提高了原煤入洗量。