小回溝選煤廠的工藝選擇

王建軍

（1.太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，太原 030024；2.小回溝煤業(yè)有限公司，山西 清徐 030400）

山西小回溝選煤廠的原煤是以貧煤、貧瘦煤為主，其產(chǎn)品定位為煉焦配煤為主，還可生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)低灰的高爐噴吹用煤及優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤，年入選能力3.0 Mt。選煤工藝直接關(guān)系著產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。本文分析兩種工藝方案的優(yōu)缺點(diǎn)。方案一：+50 mm原煤采用動(dòng)篩跳汰機(jī)預(yù)排矸，50～1 mm原煤采用脫泥有壓二產(chǎn)品重介旋流器主、再選，1～0.25 mm原煤采用干擾床(TBS)分選機(jī)分選，-0.25 mm煤泥采用浮選，浮選精煤采用加壓過濾機(jī)脫水回收，浮選尾煤濃縮后采用快開隔膜壓濾機(jī)脫水回收。方案二：50～0.5 mm原煤采用無壓三產(chǎn)品重介旋流器分選，粗煤泥采用煤泥重介旋流器分選，0.5～0 mm煤泥浮選，加壓過濾回收浮選精煤，煤泥濃縮壓濾脫水回收。

1 原煤資料分析

1）篩分資料分析：從校正后的原煤篩分組成中知：原煤灰分23.88%～28.20%，屬于中灰分煤，無論作為煉焦精煤還是高爐噴吹用煤，都要經(jīng)分選加工。灰分隨著粒度的減小而減小，說明煤質(zhì)較脆、矸石較硬。+50 mm塊煤灰分48.17%～51.96%（比原煤灰分高）；塊煤中矸石含量較高（8.22%～8.76%）。

2）浮沉資料分析：從校正后的原煤浮沉組成中知：主導(dǎo)密度級1.3~1.4 kg/L，占本級的31.25%～34.01%，灰分7.59%～7.93%。+1.80 kg/L密度級的含量占本級為21.66%～26.98%，灰分72.57%～73.06%。中間密度級1.5～1.8 kg/L含量為15.77%～18.43%，灰分34.99%～35.79%，中間密度物含量較少。浮沉煤泥的含量較高，6.93%～7.16%，灰分16.35%～20.97%，比原煤灰分低。

3）可選性：50～0.5 mm入選原煤的可選性為：當(dāng)精煤灰分Ad=10%時(shí)，理論精煤產(chǎn)率71.69%，理論分選密度1.653 kg/L，δp±0.1含量8.60%，扣除+2.00 kg/L沉矸后9.96%，為易選煤。當(dāng)精煤灰分Ad=9%時(shí)，理論精煤產(chǎn)率69.32%，理論分選密度1.599 kg/L，δp±0.1含量為8.72%，扣除+2.00 kg/L沉矸后10.10%，為中等可選煤。當(dāng)精煤灰分Ad=8%時(shí)，理論精煤產(chǎn)率66.24%，理論分選密度1.532 kg/L，δp±0.1含量9.53%，扣除+2.00 kg/L沉矸后11.04%，為中等可選煤。

2 選煤工藝選擇

1）精煤：粒度 50～0 mm，Ad=8%～10%，Mt≤12.00%，煉焦配煤、高爐噴吹用煤。中煤：粒度50～0 mm，Qnet.ar>4000 kcal/kg，一般動(dòng)力煤。劣質(zhì)煤：粒度 50～0 mm，Qnet.ar>3 000 kcal/kg，矸石電廠。煤泥：粒度0.5～0mm，Ad≤45%，地銷或摻入中煤。矸石：粒度 0～300 mm，Ad≥65%，填溝、修路、制磚、以及綜合利用。

2）選煤工藝選擇：方案一和方案二的主要區(qū)別是：方案二中+50mm塊原煤沒有采用動(dòng)篩跳汰機(jī)預(yù)排矸。方案一主選設(shè)備采用兩產(chǎn)品重介旋流器主、再選(可按生產(chǎn)情況決定是否開車)，方案二采用無壓三產(chǎn)品重介旋流器分選。方案一中粗煤泥采用干擾床（TBS）分選機(jī)分選，方案二采用煤泥重介分選。

3 各環(huán)節(jié)的工藝系統(tǒng)分析

1）+50 mm塊煤預(yù)先排矸工藝具有如下優(yōu)點(diǎn)。減少了大塊矸石破碎產(chǎn)生的粉矸量，減少了主廠房分選系統(tǒng)入料中的矸石量，減少了后續(xù)分選系統(tǒng)的磨損，提高了后續(xù)系統(tǒng)的可靠性。根據(jù)處理能力大，生產(chǎn)成本低，分選精度高的原則，結(jié)合我國近年選煤技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，塊原煤預(yù)排矸對動(dòng)篩跳汰機(jī)和重介淺槽分選工藝進(jìn)行比選。①動(dòng)篩跳汰機(jī)：單段排矸、工藝簡單；用水量少，單臺動(dòng)篩跳汰機(jī)循環(huán)水用量只有50 m3/h；用于大塊煤排矸時(shí)，無需脫水設(shè)備，系統(tǒng)簡單，生產(chǎn)成本低；入料上限高，可達(dá)300 mm；分選時(shí)間短，特別適合矸石易泥化煤的預(yù)先排矸，減少后續(xù)煤泥水系統(tǒng)的負(fù)荷，有利于整體系統(tǒng)的管理；處理能力大，每平方米處理75～85 t。動(dòng)篩跳汰機(jī)的缺點(diǎn)是：有效分選深度和精度不如重介淺槽。②重介淺槽分選機(jī)是專門用于處理塊煤的高效分選設(shè)備，近年廣泛用于各類動(dòng)力、化工用煤選煤廠的塊煤分選作業(yè)。但其相對于本廠煤質(zhì)工藝的缺點(diǎn)是：分選上限最大200 mm，+200 mm必須破碎，勢必增加大塊矸石的破碎，增加能耗；淺槽排矸屬于高密度分選，介質(zhì)管路和介質(zhì)泵磨損較快；分選后的輕、重產(chǎn)物需有脫介環(huán)節(jié)，用水量大，功耗高；要有單獨(dú)的介質(zhì)循環(huán)及回收系統(tǒng)，投資、生產(chǎn)成本均高于動(dòng)篩跳汰機(jī)排矸。③根據(jù)以上分析及別廠實(shí)際用況，結(jié)合本廠塊原煤處理量及預(yù)排矸作業(yè)性能要求，推薦+50 mm塊原煤采用動(dòng)篩跳汰機(jī)預(yù)排矸，替代人工手選。

2）重介選和跳汰選的比較分析。目前國內(nèi)不分級洗選50～0 mm原煤，較為成熟的方法主要是重介選煤和跳汰選煤。根據(jù)煤質(zhì)資料分析可知，當(dāng)原煤分選密度-1.40 kg/L時(shí)原煤可選性為極難選；當(dāng)分選密度為1.50 kg/L時(shí)為中等可選，說明必須采用分選精度高的選煤方法，以保證精煤回收率和產(chǎn)品質(zhì)量，本次設(shè)計(jì)推薦采用重介選煤，其優(yōu)勢如下：分選精度高，精煤產(chǎn)率高，避免了跳汰透篩。雖增加了介質(zhì)回收系統(tǒng)，生產(chǎn)成本略高于跳汰，但綜合效益要好些；重介選煤工藝對煤質(zhì)和市場的變化適應(yīng)性強(qiáng)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)余地大，可增強(qiáng)企業(yè)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力；重介工藝自動(dòng)化水平高，可實(shí)現(xiàn)無人值守，大大降低管理難度；重介工藝環(huán)節(jié)的簡化及設(shè)備的大型化，減少了廠房占地面積，降低了基建投資。

3）重介選工藝的比選方案。根據(jù)本選煤廠入選原煤的煤質(zhì)特征，對重介分選工藝進(jìn)行了多方案的比選。①選前脫泥與不脫泥比較：選前脫泥還是不脫泥，近年來受到選煤界關(guān)注。選前脫泥就是原煤進(jìn)入分選設(shè)備前，脫除原煤內(nèi)粒度較細(xì)的煤泥，其目的是減少進(jìn)入重介分選系統(tǒng)的物料量，也是為了減少煤泥對介質(zhì)系統(tǒng)的影響。選前不脫泥就是原煤全部進(jìn)入分選設(shè)備。選前脫泥的優(yōu)勢在于：可減少進(jìn)入重介系統(tǒng)的原煤量，容易穩(wěn)定分選密度，達(dá)到有效分離目的，提高精煤產(chǎn)率；可降低懸浮液的粘度、適合較細(xì)粒級物料的分選；可提高脫介篩的脫介效果，減少了脫介篩的脫介面積；合格介質(zhì)分流量少，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，可減少介質(zhì)回收系統(tǒng)的設(shè)備，提高介質(zhì)回收設(shè)備的效率，降低介耗，介耗可降低1.0~1.5 kg/t原煤，生產(chǎn)管理方便；可減少煤泥在介質(zhì)中的浸泡時(shí)間，有利于煤泥的浮選。其缺點(diǎn)是：工藝系統(tǒng)相對復(fù)雜，設(shè)備臺數(shù)較多，功耗較高，脫泥篩篩下水需單獨(dú)處理。綜上所述，本次設(shè)計(jì)推薦采用脫泥工藝。②采用無壓入料和有壓入料的比較：無壓入料是煤和介質(zhì)分別從兩個(gè)入料口給入重介旋流器，原煤靠自重進(jìn)入重介旋流器，工作介質(zhì)用泵以較高壓力給入重介旋流器。有壓重介旋流器是原煤與重介懸浮液在混料桶混合均勻后，由泵的壓力給入旋流器。從兩者的處理能力、所需介質(zhì)循環(huán)量、旋流器的入料壓力分析時(shí)，在旋流器直徑大小相同的情況下，有壓入料方式的處理能力高10%左右，有壓入料所需介質(zhì)循環(huán)量較少，有壓入料所需入料壓力較低一些。從工藝布置分析，無壓入料廠房高度較高，有壓入料的廠房高度較低。綜上所述，本次設(shè)計(jì)推薦采用有壓入料。

4）粗煤泥分選方案分析。目前廣泛采用的粗煤泥分選設(shè)備主要有：螺旋分選機(jī)、水介質(zhì)旋流器、煤泥重介旋流器、干擾床分選機(jī)。①螺旋分選機(jī)是國外動(dòng)力煤選煤廠較多采用的一種無動(dòng)力煤泥分選設(shè)備。它的有效分選粒度范圍較寬，一般在3～0.074 mm，最佳分選粒度2～0.15mm。它的主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，本身無須動(dòng)力；廣泛用于煤炭工業(yè)的粉原煤分選，可以滿足煤泥深度分選的要求；適宜于高密度分選（≥1.7kg/L密度級）。其缺點(diǎn)是：處理能力較小；當(dāng)分選密度小于1.60 kg/L時(shí)，很難操作，且分選精度降低，機(jī)械誤差偏高。由于本廠粗煤泥分選密度1.40 kg/l左右，不在其最佳分選密度范圍內(nèi)，故不適合本選煤廠的粗煤泥分選。②水介質(zhì)旋流器分選系統(tǒng)較復(fù)雜，要用泵加壓、穩(wěn)壓，分選精度較低，國內(nèi)選煤廠很少使用。本次設(shè)計(jì)也不推薦其分選粗粒煤泥。③煤泥重介旋流器是與選前不脫泥重介旋流器分選工藝配套使用的，其分選物料來自精煤脫介弧形篩下的合格介質(zhì)分流部分，經(jīng)過主選旋流器的初步分選，但灰分還達(dá)不到要求的粗煤泥；分選介質(zhì)利用主洗旋流器對介質(zhì)的分級作用形成的極細(xì)粒磁鐵礦粉，而無需特制極細(xì)介質(zhì)；并使灰分還不合格的粗煤泥在煤泥重介旋流器中再進(jìn)一步得到有效分選。主要缺點(diǎn)是：煤泥重介的分選介質(zhì)來自脫介篩的合格介質(zhì)，工藝環(huán)節(jié)較復(fù)雜，入料壓力高達(dá)50～60 Pa，功耗高；分選精度較低，降灰幅度一般為1%~2%，而且只能對部分粗煤泥進(jìn)行分選（精煤合格介質(zhì)分流部分）；對介質(zhì)的粒度要求非常嚴(yán)格。④干擾床(TBS)分選機(jī)是新型的煤泥分選設(shè)備，利用上升水流在槽內(nèi)產(chǎn)生紊流的干擾沉降原理分選。它的優(yōu)點(diǎn)是：入料粒度在3~0.15 mm范圍內(nèi)有較好分選效果；有效分選密度1.4~1.7 kg/L，可出低灰精煤；分選密度全自動(dòng)控制可調(diào)；自流切線，無需復(fù)雜的入料分配系統(tǒng)，對入料煤質(zhì)變化的適應(yīng)性較強(qiáng)；由于粉原煤比表面積大，該部分物料若用TBS分選、不用重介分選，可大幅降低重介質(zhì)消耗。其缺點(diǎn)為：分選密度會隨入料煤泥含量波動(dòng)而變化；每班停車后，必須放空筒體內(nèi)的煤泥，以便清洗底板的布料孔(10 mm)，每次清洗時(shí)間45～60 min。通過以上分析，本次設(shè)計(jì)推薦采用粗煤泥TBS分選。

5）細(xì)煤泥浮選工藝分析。本次設(shè)計(jì)采用浮選工藝分選細(xì)煤泥。目前，國內(nèi)選煤廠仍以常規(guī)機(jī)械攪拌式浮選機(jī)為主，浮選柱(床)、噴射式浮選機(jī)也在應(yīng)用。①機(jī)械攪拌式浮選機(jī)是煤泥浮選的傳統(tǒng)設(shè)備，特別適合處理難浮煤泥，對入浮粒度及可浮性適應(yīng)性強(qiáng)，可得到較好的產(chǎn)品指標(biāo)。②浮選柱(床)在國內(nèi)也較廣泛，其優(yōu)點(diǎn)是：對細(xì)粒煤泥分選效果優(yōu)于普通浮選機(jī)；其缺點(diǎn)是：因浮選時(shí)間短，對0.25 mm以上的粗煤泥分選效果差，且適應(yīng)性較差，單臺處理能力較小，在大型選煤廠使用臺數(shù)將會很多，造成系統(tǒng)復(fù)雜，工藝布置困難。③噴射式浮選機(jī)的工藝指標(biāo)均優(yōu)于機(jī)械攪拌式浮選機(jī)，分選選擇性好，處理能力大，電耗低，尤其適合于低濃度、大流量的浮選入料；結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、制造和維修方便。通過以上分析，本次設(shè)計(jì)推薦使用噴射式浮選機(jī)。

6）浮選精煤回收方式分析：目前，浮選精煤回收主要有四種方式。①盤式加壓過濾機(jī)的特點(diǎn)是：單臺設(shè)備處理能力大，作業(yè)過程連續(xù)；產(chǎn)品水分低(產(chǎn)品外在水分一般16%～18%左右)；產(chǎn)品為松散狀，易于摻混。在國內(nèi)大型煉焦煤選煤廠得到廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn)是：故障率較高，設(shè)備維護(hù)量較大；能耗較高，生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用高。②快開式隔膜壓濾機(jī)的特點(diǎn)是：單臺處理能力較大，對物料性質(zhì)變化不敏感；入料速度快，能耗低，生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用低。缺點(diǎn)是：產(chǎn)品水分稍高（外水一般在20%～24%之間），產(chǎn)品成餅狀，摻混困難；快開隔膜壓濾機(jī)是間斷排料。③盤式真空過濾機(jī)的特點(diǎn)是：連續(xù)作業(yè)。缺點(diǎn)是：產(chǎn)品水分高（外水一般25%～28%之間），濾餅容易成團(tuán)，不易摻混；能耗較高，生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用較高。④臥式沉降過濾離心機(jī)+快開式隔膜壓濾機(jī)聯(lián)合回收的特點(diǎn)是：處理能力大，產(chǎn)品水分低。缺點(diǎn)是：系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備臺數(shù)多，能耗高，可靠性低；細(xì)粒級離心液用快速隔膜壓濾機(jī)回收其產(chǎn)品灰分高，易污染精煤，對穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量不利。綜上所述，本次設(shè)計(jì)浮選精煤采用盤式加壓過濾機(jī)脫水回收。

7）浮選尾煤回收方式分析?？扉_式隔膜壓濾機(jī)具有單臺處理能力較大，對物料性質(zhì)變化不敏感，入料速度快，能耗低，產(chǎn)品水分較低，生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。

8）分級粒度的確定分析。①脫泥分級粒度(重介系統(tǒng)與粗煤泥分選系統(tǒng)的分級粒度)定為1 mm。理由如下：1mm可實(shí)現(xiàn)較高脫泥效率。TBS分選機(jī)的最佳入料粒度上限可達(dá)1 mm。按重介選煤工藝，1 mm分級可簡化工藝、降低介耗及生產(chǎn)成本、提高工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性。1 mm分級時(shí)，重介分選和粗煤泥分選的入料粒級都處于最佳分選范圍，而且兩種設(shè)備的有效分選粒級都有合理交叉，可以滿足煤質(zhì)變化和波動(dòng)的需要。②粗煤泥分選系統(tǒng)、浮選系統(tǒng)的分級粒度定為0.25 mm。理由如下：TBS分選機(jī)的最佳入料粒度下限為0.25 mm；浮選工藝的有效分選上限達(dá)0.5 mm。0.25 mm分級時(shí)，粗煤泥分選、浮選兩種工藝的入料粒級都處于最佳分選范圍，而且兩種設(shè)備的有效分選粒級都有合理交叉，可以滿足煤質(zhì)變化和波動(dòng)的需要。

4 結(jié)論

經(jīng)對選煤方法的分析，結(jié)合本廠煤質(zhì)特征，本次設(shè)計(jì)推薦工藝流程為：+50 mm原煤采用動(dòng)篩跳汰機(jī)分選預(yù)排矸；50~1mm原煤采用脫泥有壓二產(chǎn)品重介旋流器主、再選；1~0.25 mm原煤采用干擾床(TBS)分選機(jī)分選；-0.25 mm煤泥采用浮選；浮選精煤采用加壓過濾機(jī)脫水回收；浮選尾煤濃縮后采用快開隔膜壓濾機(jī)脫水回收。