沙坪選煤廠粗煤泥分選工藝優(yōu)化研究

陳劍杰

(山西省晉神能源有限公司磁窯溝煤業(yè)，山西 忻州 036500)

0 引言

山西晉神能源有限公司沙坪洗煤廠始建于2005年12月，2007年10月投產(chǎn)。位于山西省忻州市河曲縣境內(nèi)，是一個年設(shè)計洗選能力為500 Mt/a的大型現(xiàn)代化洗煤廠。在原設(shè)計洗選工藝，沙坪洗煤廠采用的選精煤工藝主要為塊煤13 mm～100 mm采用重介淺槽分選，2 mm～13 mm采用重介旋流器分選，末煤0.15 mm～2 mm采用螺旋分選機分選，0.15 mm以下的煤泥、系統(tǒng)尾礦煤泥水以及清理廠房衛(wèi)生污水全部通過濃縮池沉降后采用板壓車間進行回收。

由于沙坪放頂煤工藝的限制，以及機械自動化技術(shù)的日益革新，對沙坪選煤廠煤泥微粒的含量提出了新的要求。從沙坪選煤廠現(xiàn)有的工藝技術(shù)和設(shè)備分析，2 mm以上和0.15 mm以下的直徑的選煤技術(shù)已達到技術(shù)要求，但是直徑在0.15 mm～2 mm之間的粗煤泥微粒尚未達到領(lǐng)先技術(shù)，而且由于采煤工藝的變更，導(dǎo)致精煤產(chǎn)率大幅度下降。而隨著精煤價格的不斷提高，如何提升精煤產(chǎn)率日益重要，提升的關(guān)鍵在于直徑在0.15 mm～2 mm之間的粗煤泥微粒分選工藝的優(yōu)化[1]，此項工藝技術(shù)的研究對礦山的選煤工藝系統(tǒng)的完善有著重要的現(xiàn)實意義。

TBS粗煤泥分選機是目前解決2 mm直徑以下微粒篩選技術(shù)中主要應(yīng)用的機械設(shè)備之一，它較傳統(tǒng)的螺旋分選機技術(shù)，具有更低的EP值，可以達到重介分選的效果；分選密度自動控制系統(tǒng)自適應(yīng)性強，降低了工人的操作難度和勞動強度；回收率遠高于螺旋分選機；TBS設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，潛在故障率極低[2]。國內(nèi)學(xué)者在TBS粗煤泥分選機應(yīng)用上展開了大量的研究，如朱海龍，李先芳[3]在選煤技術(shù)中闡述分析了了TBS分選機的應(yīng)用；陳子彤等[4]分析了TBS分選機的工作原理，對分選工藝進行了理論研究，對于洗煤廠分選工藝的提升有理論指導(dǎo)作用；劉文軒[5]利用TBS分選機置換螺旋分選機，取得了很好的應(yīng)用成果。對此，作者嘗試將TBS分選機應(yīng)用于沙坪洗煤廠。

1 TBS分選機

TBS具有精密的密度控制系統(tǒng)，可調(diào)節(jié)的分選密度，確保了分選密度的精確性，對煤質(zhì)自適應(yīng)性強，分選密度范圍更大，為1.4～1.9，在分選密度范圍內(nèi)，精煤灰分較低[6]。

1.1 分選機結(jié)構(gòu)

分選機機體、執(zhí)行系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、進料和出料系統(tǒng)等構(gòu)成了分選機的工作系統(tǒng)，主要構(gòu)件為錐形閥、監(jiān)控探測器、紊流器以及干擾床（見圖1）。

圖1 TBS分選機結(jié)構(gòu)

1.2 工作流程

煤泥由礦漿入料口進入TBS分選機中，水泵將水注入位于底部的流體分布器，流體分布器使分選機內(nèi)產(chǎn)生上升水流，煤泥分選密度數(shù)量級的微粒沉降速度與上升水流的流速保持一致，此時，會分離出一層具有一定密度的懸浮液；上升水流速決定分選機分選密度，利用分布器使上升水均勻分布，確保上升水流不會對穩(wěn)定分選層產(chǎn)生影響。一定時間后，分選機內(nèi)達到穩(wěn)態(tài)，礦泥中上升水流速高于沉降速度的微粒，通過溢流閥分離出精煤，另一方面，上升水流速低于沉降速度的微粒，通過分選層成為尾礦煤泥水，完成分選工藝[7]。

1.3 工作原理

TBS分選機的工作原理基于沉降理論，此沉降理論主要針對固定直徑和密度的微粒在流體中的沉降應(yīng)用。干擾沉降原理核心思想為根據(jù)流體密度，沉降微粒密度和直徑，沉降速度的關(guān)系，式中：V代表沉降速度；ρ代表微粒密度；Δ代表介質(zhì)密度；d代表微粒直徑[9]。所以由于微粒的密度、直徑數(shù)量級的差異，沉降速度在相同流體條件下存在差異，較集中的粗微粒沉降速度更大，較離散的細微粒沉降速度偏低，因此當(dāng)TBS分選機內(nèi)存在流體速度在集中粗微粒和離散細微粒沉降速度之間的特定上升流體，實現(xiàn)條件，此時不同微粒會根據(jù)密度和直徑的差異進行篩分，集中粗微粒由于沉降速度大，沉降至上升流體下方；相反，離散細微粒上浮至上升流體上方，完成分離。因此利用上述理論，TBS分選機可以使煤泥中不同直徑的實現(xiàn)高效率篩分[8]。

2 優(yōu)化工藝對比

沙坪選煤廠優(yōu)化前后工藝流程如圖2、圖3所示。通過TBS分選機置換螺旋分選機，實現(xiàn)分選工藝優(yōu)化。煤泥通過脫水弧形篩進入料桶，水泵提供能量通過分級旋流器，通過溢流閥進入壓縮機，底部水流進入緩沖料桶，隨后煤泥進入TBS分選機；篩分后的低灰精煤通過精煤運輸皮帶輸送，篩分后尾煤通過尾煤集運輸送帶輸送[9]。

圖2 沙坪洗煤廠優(yōu)化前工藝流程

圖3 沙坪洗煤廠優(yōu)化后工藝流程

3 優(yōu)化工藝結(jié)果

因為缺乏相應(yīng)的評定標(biāo)準(zhǔn)，因此優(yōu)化改造后的選煤工藝應(yīng)從實用效果以及產(chǎn)生的經(jīng)濟效益進行評定。

3.1 實用效果

因為煤泥直徑集中在0.15 mm～2 mm之間，主要考慮分選密度對分選效果的影響，利用二產(chǎn)品平衡法，并且參照GB15715-1995，進行TBS分選機浮沉實驗，并且計算煤泥組成密度和分配比例[9]。實驗結(jié)果及計算結(jié)果見表1。

表1 TBS分選浮沉實驗結(jié)果

表2 計算煤泥組成密度及分配比例

由表1和表2浮沉實驗結(jié)果，分配比例及煤泥組成密度可知，在煤泥低密度條件下，溢流和底流產(chǎn)生了較明顯的分配效應(yīng)，大大降低了錯配率；在煤泥高密度條件下，微粒并沒有按照分配效應(yīng)分配。較低分選密度的粗煤泥適合運用TBS分選機，故此將煤泥分選密度定為1.25 g/cm3～1.35 g/cm3，并根據(jù)設(shè)計手冊將頂水壓力設(shè)置為95 L/min[8]，進行TBS分選，實驗結(jié)果見表3。

表3 TBS分選實驗結(jié)果

由表3可知，在此密度和頂水壓力下，TBS分選效應(yīng)最佳，系統(tǒng)運行穩(wěn)定；精煤平均灰分12.47%，對比優(yōu)化前精煤平均灰分15.20%，灰分降低了2.73%，根據(jù)沙坪選煤廠客戶要求精煤灰分12%～13%，可以通過產(chǎn)品調(diào)配滿足要求。

3.2 經(jīng)濟效益

由于干擾床分選機的遠高于螺旋分選機，沙坪選煤廠采用TBS分選機置換螺旋分選機，原采煤工藝下0.15 mm～2 mm粗煤泥占產(chǎn)量的5%左右，優(yōu)化了選煤工藝后，沙坪選煤廠低灰精煤產(chǎn)率提高了2.2%；沙坪選煤廠原每年洗選原煤5 Mt，現(xiàn)采取TBS分選機提升低灰精煤產(chǎn)率后，現(xiàn)選煤廠每月精煤產(chǎn)量增加0.11 Mt，目前國內(nèi)市場中精煤與原煤的價格差價為650～800元/t,取平均值725元，計算可知，優(yōu)化后的選煤廠年利潤增7 975萬元；除了精煤產(chǎn)量上升帶來的經(jīng)濟效益外，由于精煤產(chǎn)量增加，減少了由于煤泥集聚造成的介質(zhì)損耗，減輕了機器的工作負擔(dān)，維護成本降低[9]。

4 結(jié)論

通過對沙坪選煤廠洗煤工藝的優(yōu)化研究，TBS分選機的應(yīng)用對完善沙坪選煤廠系統(tǒng)和提升低灰精煤產(chǎn)率起到了極大的促進作用，對相同情況選煤廠洗選工藝的改良有較高的借鑒價值。在TBS應(yīng)用生產(chǎn)中，圓筒中煤泥一旦沒有及時清理，筒體內(nèi)水流會形成“翻花”，影響分選效果；煤泥排出過多又會導(dǎo)致機器失穩(wěn)，不能按照密度分選，因此控制排料尤為重要。