保德選煤廠南部區(qū)煉焦配煤工藝改造設(shè)計(jì)優(yōu)化

谷 林, 張 寧, 邢冬松, 賀立明

(神東洗選中心保德選煤廠, 陜西 榆林 719315)

1 選煤廠簡(jiǎn)介

保德選煤廠隸屬于國(guó)能神東煤炭集團(tuán)洗選中心, 位于山西省忻州市保德縣境內(nèi), 是一座大型全重介礦井型選煤廠。 該廠南部區(qū)系統(tǒng)2004 年竣工投產(chǎn), 設(shè)計(jì)處理能力8.0 Mt/a, 主要承擔(dān)保德礦原煤的洗選加工任務(wù)。 該選煤廠南部區(qū)生產(chǎn)工藝為: 150～13/25 mm 塊煤經(jīng)濕法脫泥后, 采用重介淺槽分選機(jī)進(jìn)行分選; 小于13/25 mm 末煤經(jīng)濕法脫泥后, 采用有壓兩產(chǎn)品重介旋流器主再洗工藝分選; 3～0.25 mm 粗煤泥采用螺旋分選機(jī)處理, 小于0.5 mm 煤泥經(jīng)濃縮池沉降后, 利用加壓過(guò)濾機(jī)脫水處理[1]。 塊、 末煤系統(tǒng)分選后產(chǎn)生的精煤、 中煤及煤泥全部混摻入倉(cāng), 發(fā)熱量可達(dá)到20.06 ～22.15 MJ/kg, 作為動(dòng)力煤銷(xiāo)售,矸石采用汽車(chē)外排。

保德煤礦原煤牌號(hào)為氣煤, 原煤經(jīng)洗選加工后, 精煤可作為煉焦煤的配煤原料。 為優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu), 提升經(jīng)濟(jì)效益, 2019 年選煤廠利用末煤系統(tǒng)已具備的有壓兩產(chǎn)品重介旋流器主再洗工藝,經(jīng)過(guò)改造后, 采用一段出煉焦精煤、 二段排矸的分選方式, 試驗(yàn)性生產(chǎn)2.42 萬(wàn)t 合格配焦煤, 具體指標(biāo)如表1 所示。 按照GB/T 397—2009 《 冶金焦用煤技術(shù)條件》 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求, 該廠所生產(chǎn)的精煤灰分小于10%, 精煤產(chǎn)品灰分等級(jí)為10級(jí), 硫分等級(jí)為2 級(jí), 磷等級(jí)為2 級(jí), 粘結(jié)性指數(shù)屬于第二檔(50～80), 水分級(jí)為1 級(jí), 是較好的煉焦用原料煤。

2 煉焦配煤工藝改造設(shè)計(jì)

2.1 主要工藝概述

以試驗(yàn)性生產(chǎn)為實(shí)踐基礎(chǔ), 2020 年保德選煤廠嘗試對(duì)原有系統(tǒng)進(jìn)行工藝改造。 基于生產(chǎn)煉焦配煤及提升混煤發(fā)熱量的主要目標(biāo), 結(jié)合礦井原煤的實(shí)際情況, 考慮采用大型無(wú)壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器作為分選設(shè)備。 具體工藝設(shè)計(jì)為: 原煤采用50 mm 干法分級(jí), 150 ～50 mm 塊煤采用重介淺槽分選, 小于50 mm 原煤采用不脫泥無(wú)壓三產(chǎn)品重介旋流器進(jìn)行分選, 精煤合介段配合煤泥重介旋流器分選, 最大程度生產(chǎn)配焦煤, 末煤系統(tǒng) 0.5～0.125 mm 精煤泥采用弧形篩+煤泥離心機(jī)脫水回收, 小于0.125 mm 煤泥經(jīng)兩段濃縮后可選擇采用沉降過(guò)濾離心機(jī)、 加壓過(guò)濾機(jī)及板框壓濾機(jī)回收, 矸石泥采用板框壓濾機(jī)進(jìn)行回收。 同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)大于50 mm 塊原煤破碎后全部進(jìn)無(wú)壓三產(chǎn)品旋流器工藝。

2.2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

保德選煤廠經(jīng)本次技術(shù)改造后, 主要生產(chǎn)方式及對(duì)應(yīng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如下:

第一種生產(chǎn)方式: 150～50 mm 原煤淺槽分選,小于50 mm 原煤無(wú)壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu): 混煤, 包括淺槽精煤、 旋流器中煤和粗細(xì)煤泥; 精煤, 包括旋流器精煤及煤泥旋流器精煤, 作為配焦煤產(chǎn)品或回?fù)交烀骸?/p>

第二種生產(chǎn)方式: 大于50 mm 塊原煤破碎至50 mm, 全部采用無(wú)壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu): 混煤, 包括旋流器中煤及粗細(xì)煤泥; 精煤, 包括旋流器精煤和煤泥旋流器精煤,作為配焦煤產(chǎn)品或回?fù)交烀骸?/p>

2.3 工藝設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.3.1 無(wú)壓三產(chǎn)品重介旋流器與煤泥重介旋流器的搭配使用

改造設(shè)計(jì)采用無(wú)壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器作為主選設(shè)備, 同時(shí)配合使用煤泥重介質(zhì)旋流器作為精粗煤泥的再選設(shè)備, 在未設(shè)置浮選工藝, 且采用不脫泥入洗工藝的情況下, 一定程度上能夠提升配焦煤的產(chǎn)出比例。 此外, 無(wú)壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器配合不脫泥入洗工藝具有次生煤泥量小的明顯優(yōu)勢(shì)[3], 能夠較好地保持原煤的初始狀態(tài),減少有壓入料對(duì)于分選過(guò)程中原煤性質(zhì)的影響。

2.3.2 直接磁選工藝

工藝改造采用直接磁選工藝進(jìn)行介質(zhì)回收,實(shí)現(xiàn)了介質(zhì)的短流程處理, 可以有效減少介質(zhì)系統(tǒng)的設(shè)備使用量。 考慮到合格介質(zhì)系統(tǒng)中介質(zhì)流量相對(duì)較大, 為了提升介質(zhì)流入磁選機(jī)的穩(wěn)定性, 在脫介篩下方安裝有分流及穩(wěn)流作用的穩(wěn)流緩沖箱[3], 在實(shí)現(xiàn)分流的同時(shí), 也保證了磁選機(jī)入料穩(wěn)定性, 提升磁選機(jī)的介質(zhì)回收效率。

2.3.3 高效濃縮機(jī)與3 種煤泥處理設(shè)備的搭配使用

考慮到工業(yè)廠區(qū)的實(shí)際情況, 工藝改造設(shè)計(jì)有4 臺(tái)高效濃縮機(jī), 與原有2 座耙式濃縮機(jī)搭配使用。 其中2 座直徑15 m 的高效濃縮機(jī)為一段濃縮, 1 座直徑15 m 的高效濃縮機(jī)及原有2 座直徑30 m 的耙式濃縮機(jī)為二段濃縮(一備一用), 另有1 座直徑13.5 m 的高效濃縮機(jī)作為矸石泥濃縮使用。 其中一段濃縮采取不添加沉降藥劑的自然沉降方式, 其底流可選擇利用篩網(wǎng)沉降離心機(jī)、 加壓過(guò)濾機(jī)或板框壓濾機(jī)處理; 二段濃縮添加沉降藥劑, 底流進(jìn)入板框壓濾機(jī)脫水; 矸石濃縮機(jī)底流由3 臺(tái)矸石泥板框壓濾機(jī)進(jìn)行處理。 高效濃縮機(jī)的串聯(lián)使用, 配合篩網(wǎng)沉降離心機(jī)、 加壓過(guò)濾機(jī)及板框壓濾機(jī)等煤泥處理設(shè)備, 可有效提升選煤廠的煤質(zhì)適應(yīng)能力, 充分掌控煤質(zhì)主動(dòng)權(quán)[4]。

2.4 存在的主要問(wèn)題

2.4.1 入洗原煤粒度對(duì)精煤產(chǎn)率的影響

工藝改造設(shè)計(jì)無(wú)壓三產(chǎn)品重介旋流器的分選上限為50 mm, 根據(jù)篩分試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示, 原煤中大于50 mm 物料占比23.2%, 此部分物料經(jīng)過(guò)破碎機(jī)破碎后, 可進(jìn)入塊煤系統(tǒng)利用重介淺槽進(jìn)行分選, 也可與小于50 mm 物料一同進(jìn)入三產(chǎn)品重介旋流器進(jìn)行分選, 但受限于MMD625 加長(zhǎng)型破碎機(jī)的出料粒度限制, 實(shí)際入料上限可達(dá)到80～150 mm, 按照原煤自然級(jí)浮沉試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,200～50 mm 原煤中小于1.4 g/cm3的浮物產(chǎn)率為1.99%, 而將此部分物料破碎至50 mm 以下, 則小于1.4 g/cm3的浮物產(chǎn)率可達(dá)到3.12%, 說(shuō)明塊煤的解離程度對(duì)精煤的產(chǎn)率還是有一定程度影響的, 需要保證合適的解離度, 以提升精煤產(chǎn)率[5]。

2.4.2 不脫泥入洗工藝下的懸浮液穩(wěn)定性問(wèn)題

采用不脫泥入洗工藝可有效控制分選過(guò)程中的次生煤泥產(chǎn)生量, 但大量煤泥進(jìn)入懸浮液當(dāng)中, 可能會(huì)對(duì)懸浮液的穩(wěn)定性造成一定程度的影響。 工藝改造中, 在合格介質(zhì)管道上除了安裝有壓差密度計(jì)以外, 還安裝了磁性物含量計(jì), 用以反算懸浮液中的煤泥含量, 進(jìn)而通過(guò)調(diào)控分流系統(tǒng), 實(shí)現(xiàn)對(duì)煤泥含量的穩(wěn)定控制[6]。 但是設(shè)計(jì)中只有正向分流, 即當(dāng)懸浮液中煤泥含量過(guò)高時(shí),可將合格介質(zhì)分流至磁選機(jī)進(jìn)行分選, 排出非磁性物, 而未設(shè)計(jì)反向分流, 即當(dāng)懸浮液中的煤泥含量過(guò)低時(shí), 能夠及時(shí)補(bǔ)充一定量的煤泥。 此設(shè)計(jì)對(duì)于懸浮液的穩(wěn)定性控制, 存在一定的缺陷。

2.4.3 高效濃縮機(jī)的煤泥緩存功能有限

原煤篩分試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示, 保德選煤廠原煤中小于0.5 mm 煤泥含量為6.89%, 設(shè)計(jì)中采用篩網(wǎng)沉降離心機(jī)、 加壓過(guò)濾機(jī)及板框壓濾機(jī)聯(lián)合處理串聯(lián)濃縮底流煤泥, 且矸石泥系統(tǒng)獨(dú)立, 完全可以滿足系統(tǒng)的正常生產(chǎn)需要, 但是由于設(shè)計(jì)采用的高效濃縮機(jī)與耙式濃縮機(jī)存在明顯區(qū)別, 高效濃縮機(jī)錐角為70°, 煤泥沉降后會(huì)在自重作用下流向錐角處, 由底流泵轉(zhuǎn)排至煤泥處理設(shè)備進(jìn)行脫水處理, 區(qū)別于耙式濃縮機(jī)具有較大的沉降面積, 可通過(guò)調(diào)整耙位起到一定的煤泥存儲(chǔ)緩沖作用, 高效濃縮機(jī)底流泵轉(zhuǎn)排出的煤泥如果不能及時(shí)處理, 則濃縮機(jī)錐角處的煤泥將不斷積聚,最終導(dǎo)致底流堵塞, 因此該工藝設(shè)計(jì)對(duì)煤泥處理設(shè)備的運(yùn)行效率要求相對(duì)較高。

2.4.4 轉(zhuǎn)載工藝設(shè)計(jì)復(fù)雜

初步設(shè)計(jì)中, 由于受場(chǎng)地限制, 篩分破碎車(chē)間設(shè)計(jì)為東西方向長(zhǎng)條形車(chē)間, 共有2 套篩分系統(tǒng), 2 臺(tái)篩機(jī)采用平行布置方式, 但由于塊煤及末煤分選系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立, 因此原煤經(jīng)篩分破碎后, 物料必須經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)載才能到達(dá)主洗車(chē)間, 這就導(dǎo)致在2 臺(tái)原煤分級(jí)篩篩下及篩前布置有3 臺(tái)刮板機(jī)用于物料轉(zhuǎn)載, 其中2 臺(tái)為篩下物轉(zhuǎn)載刮板, 1 臺(tái)為篩上物轉(zhuǎn)載刮板。 過(guò)多的轉(zhuǎn)載刮板機(jī)導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性受到了極大的影響, 任意1 臺(tái)刮板機(jī)出現(xiàn)故障都將導(dǎo)致原煤篩分破碎系統(tǒng)停轉(zhuǎn), 進(jìn)而導(dǎo)致全系統(tǒng)停轉(zhuǎn)。 此設(shè)計(jì)對(duì)于選煤廠的生產(chǎn)運(yùn)行及設(shè)備維護(hù)帶來(lái)諸多負(fù)面影響。

3 工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化及效果

為確保改造后的系統(tǒng)能夠高效平穩(wěn)運(yùn)行, 根據(jù)上述工藝改造設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題, 選煤廠與設(shè)計(jì)單位針對(duì)破碎機(jī)出料粒度、 介質(zhì)分流、 煤泥處理以及轉(zhuǎn)載設(shè)備優(yōu)化等方面進(jìn)行了施工前的工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化。

3.1 破碎機(jī)齒板調(diào)整

改造設(shè)計(jì)使用的MMD625 加長(zhǎng)型破碎機(jī)為英國(guó)進(jìn)口設(shè)備, 為雙齒輥雙向旋轉(zhuǎn)式破碎機(jī), 該型號(hào)破碎機(jī)為齒輥固定式設(shè)計(jì), 無(wú)法通過(guò)調(diào)整兩齒輥間距改變其出料粒度, 可選擇性使用2 種齒板。 1 種為單排5 齒, 其出料粒度為80 ～150 mm, 主要用于破碎大塊物料或含矸量較大的物料; 另1 種為雙排5 齒, 其出料粒度為50 ～80 mm, 主要用于破碎精煤[7]。 為保證解離度, 選煤廠嘗試使用雙排5 齒齒板, 但由于破碎機(jī)入料中, 矸石產(chǎn)率達(dá)到70%, 且伴有大于200 mm 粒級(jí)的大塊矸石進(jìn)入, 該齒型無(wú)法順利破碎物料,導(dǎo)致破碎機(jī)出現(xiàn)堆料情況, 后采用2 種齒板交叉安裝使用, 即單個(gè)齒輥1 周8 排齒板中, 4 排為單排5 齒齒板, 4 排為雙排5 齒齒板。 這樣既能保證大塊矸石順利破碎, 又能一定程度控制出料粒度。

3.2 懸浮液反向分流設(shè)計(jì)

針對(duì)懸浮液中煤泥含量控制存在的問(wèn)題, 原設(shè)計(jì)中只有正向分流, 即當(dāng)懸浮液中煤泥含量過(guò)高時(shí), 可將合格介質(zhì)分流至磁選機(jī)進(jìn)行分選, 排出非磁性物, 而未設(shè)計(jì)反向分流。 經(jīng)過(guò)對(duì)整體工藝流程設(shè)計(jì)進(jìn)行梳理, 對(duì)分流工藝進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化。 將煤泥重介旋流器的溢流管道進(jìn)行改造,使其與原設(shè)計(jì)中的合格介質(zhì)分流箱相連, 采用電控氣動(dòng)閥門(mén)進(jìn)行控制, 正常運(yùn)行過(guò)程中, 煤泥重介質(zhì)旋流器的溢流直接進(jìn)入磁選機(jī)進(jìn)行分選, 當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)合格介質(zhì)中的煤泥含量較低時(shí), 可直接將一部分溢流分流至合格介質(zhì)當(dāng)中, 以穩(wěn)定合格介質(zhì)中的煤泥含量。

3.3 煤泥水系統(tǒng)工藝優(yōu)化

為了有效降低高效濃縮機(jī)的使用對(duì)煤泥水系統(tǒng)的影響, 選煤廠從煤泥水處理設(shè)備的具體適配性考慮, 優(yōu)化濃縮機(jī)底流流向, 確保多通道的煤泥處理工藝。

3.3.1 一段濃縮底流處理

原設(shè)計(jì)中, 一段濃縮使用2 座直徑15 m 的高效濃縮機(jī)處理, 系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中采取不添加沉降藥劑的自由沉降方式, 底流中的粗顆粒含量相對(duì)較高, 因此考慮利用篩網(wǎng)沉降離心機(jī)進(jìn)行處理。 設(shè)計(jì)中共安裝有3 臺(tái)美國(guó)DMI 篩網(wǎng)沉降離心機(jī), 小時(shí)煤泥處理能力為60 t, 正常情況下可以滿足一段濃縮底流的處理, 但考慮到篩網(wǎng)沉降離心機(jī)的離心液處理難度較大, 且其運(yùn)行穩(wěn)定性的問(wèn)題, 即一段底流可選擇進(jìn)入篩網(wǎng)沉降離心機(jī)或者加壓過(guò)濾機(jī)進(jìn)行處理。

3.3.2 二段濃縮底流處理

原設(shè)計(jì)中, 2 座二段濃縮機(jī)中, 1 座為直徑15 m 的高效濃縮機(jī), 另1 座為原系統(tǒng)所使用的直徑30 m 的耙式濃縮機(jī)。 由于一段濃縮自然沉降,二段濃縮底流中的粗顆粒含量將會(huì)較低, 因此考慮使用板框壓濾機(jī)處理二段底流, 但板框壓濾機(jī)最主要的缺陷就在于其無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)入料, 且設(shè)計(jì)中僅有2 兩臺(tái)板框壓濾機(jī)用以處理二段底流,這就要求2 臺(tái)板框壓濾機(jī)必須保持高效運(yùn)行狀態(tài), 即保證1 臺(tái)入料、 1 臺(tái)卸料的交替運(yùn)行狀態(tài)。但現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)過(guò)程中肯定會(huì)出現(xiàn)各類(lèi)運(yùn)行故障, 若不能及時(shí)處理, 就會(huì)導(dǎo)致濃縮池內(nèi)積壓煤泥。 因此將原工藝設(shè)計(jì)中的單獨(dú)流向調(diào)整為可選擇性流向, 同樣以加壓過(guò)濾機(jī)作為備用緩沖設(shè)備, 設(shè)置二段底流進(jìn)入加壓過(guò)濾機(jī)入料桶的通道[8]。 考慮到加壓過(guò)濾機(jī)對(duì)煤泥粒度組成要求相對(duì)較高, 因此在利用加壓過(guò)濾機(jī)處理二段底流時(shí), 需適當(dāng)摻入一段濃縮底流。

3.3.3 矸石泥濃縮底流處理

原設(shè)計(jì)中, 矸石泥由1 臺(tái)直徑13.5 m 的高效濃縮機(jī)進(jìn)行濃縮處理, 底流由3 臺(tái)進(jìn)口安德里茲400 m2板框壓濾機(jī)進(jìn)行脫水處理后, 與系統(tǒng)產(chǎn)生的矸石一并外排。 考慮到上述二段濃縮底流處理難度較大, 且僅有2 臺(tái)板框壓濾機(jī)進(jìn)行處理,將此處用以矸石泥底流處理的3 臺(tái)板框壓濾機(jī)的其中1 臺(tái)設(shè)計(jì)為多通道入料, 既可以用于處理矸石泥, 又可以用于處理二段濃縮底流, 同時(shí)其下方帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)為雙向運(yùn)行。

3.4 篩分系統(tǒng)工藝優(yōu)化

為盡量避免使用刮板機(jī)作為原煤的轉(zhuǎn)載設(shè)備, 提升生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性, 考慮將原設(shè)計(jì)的平行布置優(yōu)化調(diào)整為對(duì)向布置, 即2 套篩分破碎系統(tǒng)沿著入洗帶式輸送機(jī)的運(yùn)行方向進(jìn)行布置, 篩下物料以及篩上經(jīng)破碎后的物料可直接進(jìn)入入洗帶式輸送機(jī), 不需要經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)載設(shè)備。 該設(shè)計(jì)優(yōu)化增加了1 條轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī), 但減少了篩下3 條轉(zhuǎn)載刮板機(jī), 有效地提升了選煤廠系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

3.5 其他工藝優(yōu)化

除上述工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化外, 選煤廠還根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際情況進(jìn)行了若干其他工藝優(yōu)化。 在原煤篩分環(huán)節(jié), 為進(jìn)一步提升篩機(jī)處理能力, 通過(guò)調(diào)整篩機(jī)篩板的孔徑, 使篩機(jī)具備兩段篩分功能, 一段篩分為50 mm 篩孔, 篩下物直接進(jìn)入入洗帶式輸送機(jī), 二段為100 mm 篩孔, 此段篩上及篩下物料均進(jìn)入破碎機(jī), 提前降低了篩機(jī)篩面物料, 使得整臺(tái)篩機(jī)的處理能力明顯增大[9]。 運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示, 通過(guò)分段篩分工藝改造, 單臺(tái)篩機(jī)的處理能力由設(shè)計(jì)能力800 t/h 提升至1 200 ～1 400 t/h。分段篩分工藝同樣應(yīng)用于精煤脫介篩, 精煤脫介篩篩前篩板由1 mm 脫介篩板更換為25 mm 分級(jí)篩板, 25 mm 篩上物料直接進(jìn)入精煤帶式輸送機(jī), 小于25 mm 篩下物料經(jīng)離心機(jī)脫水后進(jìn)入精煤系統(tǒng), 這樣可以降低進(jìn)入離心機(jī)的物料上限(原設(shè)計(jì)50 mm 以下物料進(jìn)入離心機(jī)), 有效延長(zhǎng)了離心機(jī)的使用壽命。

4 結(jié) 語(yǔ)

保德選煤廠原設(shè)計(jì)為將保德礦生產(chǎn)的氣煤加工為動(dòng)力煤產(chǎn)品銷(xiāo)售, 為了合理利用資源, 決定對(duì)現(xiàn)有工藝進(jìn)行改造, 采用不脫泥無(wú)壓三產(chǎn)品重介旋流器+煤泥重介生產(chǎn)10 級(jí)煉焦配煤。 項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)完成后, 選煤廠通過(guò)認(rèn)真分析研究, 對(duì)改造工藝系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。 優(yōu)化內(nèi)容主要有: 合理調(diào)整破碎機(jī)破碎齒的布局, 使入洗煤粒度合格; 優(yōu)化合格介質(zhì)分流, 確保懸浮液穩(wěn)定; 靈活利用煤泥回收設(shè)備, 完善煤泥水處理系統(tǒng); 優(yōu)化轉(zhuǎn)載設(shè)備臺(tái)數(shù), 降低故障點(diǎn)多等, 取得了明顯的優(yōu)化效果, 為選煤廠系統(tǒng)調(diào)試及正常生產(chǎn)打下良好的基礎(chǔ)。