陽泉一礦選煤廠主洗系統(tǒng)改造方案研究

劉國(guó)慶

(陽泉煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000)

陽泉一礦選煤廠主洗系統(tǒng)改造方案研究

劉國(guó)慶

(陽泉煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000)

針對(duì)陽泉一礦選煤廠產(chǎn)品硫分偏高、產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力較弱的問題，擬對(duì)現(xiàn)有工藝流程進(jìn)行改造，具體措施為：用無壓給料三產(chǎn)品重介旋流器代替末煤跳汰系統(tǒng)；降低原煤入洗粒度上限至50 mm；改進(jìn)煤泥水系統(tǒng)，設(shè)置末精煤離心機(jī)和煤泥離心機(jī)。預(yù)計(jì)改造后，每年可多回收末精煤1.40～1.70 Mt，增加利潤(rùn)約8 000萬元，并提高了產(chǎn)品質(zhì)量，可將末精煤硫分控制在1.75%以內(nèi)。

主洗系統(tǒng)；重介旋流器；脫硫；煤泥離心機(jī)；末精煤

陽泉一礦選煤廠隸屬于陽泉煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，是一座設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為7.50 Mt/a的礦井型選煤廠，主要采用淺槽重介+跳汰選煤工藝,其中>13 mm塊煤用淺槽重介分選,<13 mm末原煤部分粒級(jí)進(jìn)入三產(chǎn)品跳汰機(jī)分選，入選一礦15#原煤，主要產(chǎn)品為選中塊、選小塊、1#噴粉煤、2#噴粉煤、3#噴粉煤、粒級(jí)煤、末煤。經(jīng)過地質(zhì)勘探，15#煤的平均硫分約為2.2%，已知的煤層硫分上限高達(dá)3.02%；同時(shí)，由于原煤可選性的逐步惡化，產(chǎn)品煤灰分也有上升趨勢(shì)。此外，隨著煤炭應(yīng)用過程中環(huán)保壓力的日益加重，煤炭用戶對(duì)產(chǎn)品硫分的要求越來越嚴(yán)格[1,2]，使高硫煤在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的壓力越來越大。因此，對(duì)洗選系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，穩(wěn)定并改善產(chǎn)品煤質(zhì)量，成為當(dāng)前選煤廠需要認(rèn)真對(duì)待的課題。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀分析

目前，選煤廠主洗系統(tǒng)生產(chǎn)工藝為重介+跳汰工藝，具體流程為：>13 mm粒級(jí)由重介淺槽分選機(jī)分選，13～9 mm粒級(jí)由三產(chǎn)品跳汰機(jī)分選，<9 mm粒級(jí)直接作為產(chǎn)品煤出售，主要產(chǎn)品有洗中塊、洗小塊、洗末煤、篩末煤和煤泥，其中末煤產(chǎn)品和煤泥會(huì)根據(jù)實(shí)際情況作配煤使用。近年來，由于生產(chǎn)規(guī)模的調(diào)整和煤炭市場(chǎng)的變動(dòng)，跳汰系統(tǒng)處于間歇生產(chǎn)狀態(tài)，既可將13～9 mm粒級(jí)入跳汰系統(tǒng)分選出洗末煤產(chǎn)品(圖1)，也可以將<13 mm粒級(jí)原煤直接作為產(chǎn)品出售(圖2)。

圖1 陽泉一礦選煤廠跳汰工藝流程圖

圖2 陽泉一礦選煤廠重介系統(tǒng)工藝流程圖

目前，陽泉一礦選煤廠主要面臨的問題在于：

(1)隨著開采機(jī)械化程度的提高，原煤中末煤比例逐漸變大，末煤篩分系統(tǒng)工作壓力加重。

(2)末原煤硫分偏高，篩末煤產(chǎn)品的硫分達(dá)到了2.7%～2.8%，并且由于末煤在原煤中的比例增大，為后續(xù)配煤降硫造成了越來越大的壓力。

(3)跳汰機(jī)分選精度較差，矸石帶煤現(xiàn)象比較嚴(yán)重。

(4)重介與跳汰系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致管線布置較為復(fù)雜，洗水控制難度較大，不利于生產(chǎn)的自動(dòng)化控制。

2 煤質(zhì)分析

2.1 粒度組成分析

為了解原煤的粒度特性，對(duì)入選原煤進(jìn)行了篩分分析，并對(duì)各粒級(jí)的產(chǎn)率、灰分、全硫進(jìn)行了分析，具體數(shù)據(jù)見表1。

根據(jù)表1中灰分、硫分?jǐn)?shù)據(jù)繪制原煤質(zhì)量指標(biāo)變化圖(圖3)，可以看出：

(1)隨著粒度的減小，原煤灰分呈現(xiàn)先升高再降低的變化，但整體上的波動(dòng)范圍較小。這說明原煤中的夾矸含量較低，同時(shí)嵌布粒度較小，且分布均勻，解離難度小，因而在洗選過程中適當(dāng)降低入洗粒度對(duì)產(chǎn)品脫灰效果影響不大。

表1 原煤篩分試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Screen analysis of raw coal %

圖3 原煤主要質(zhì)量指標(biāo)隨粒度變化圖

(2)硫分在各粒度級(jí)中的分布較為均勻，硫分隨粒度的變化規(guī)律與灰分基本一致。

如果僅憑粒度分析，可得到的結(jié)論為：在塊煤洗選時(shí)，大幅度降低入選粒度對(duì)脫灰降硫意義不明顯。此外，<13 mm粒度級(jí)的產(chǎn)率高達(dá)53.12%，如將這部分原煤直接作為產(chǎn)品時(shí)，硫分和灰分均較高，市場(chǎng)價(jià)格低，競(jìng)爭(zhēng)力小[3,4]，宜通過洗選進(jìn)行質(zhì)量?jī)?yōu)化，提高競(jìng)爭(zhēng)力。

為了解原煤中硫的分布情況，對(duì)各粒度級(jí)原煤進(jìn)行了形態(tài)硫分析，結(jié)果見表2。

表2 原煤各粒級(jí)形態(tài)硫數(shù)據(jù)表Table 2 Sulfur analysis of different size fractionsof raw coal %

由表2可見，各粒級(jí)原煤的硫分中均含有較高比例的硫鐵礦硫，并且隨著粒度的減小，硫鐵礦硫的含量有減小的趨勢(shì)。這說明，雖然原煤中硫鐵礦與煤的嵌布粒度較小，但在各粒度級(jí)中的分布非常均勻。雖然從整體上看灰分和硫分隨粒度的變化均較小，但適當(dāng)降低入選粒度還是有利于硫鐵礦與煤的解離，進(jìn)而通過重選手段脫除硫鐵礦[5]，同時(shí)達(dá)到脫灰和降硫的目的。

2.2 樣品浮沉試驗(yàn)分析

由于本次主要是針對(duì)目前不進(jìn)行洗選的末原煤制定洗選方案，并綜合考慮目前的主要洗選設(shè)備(如跳汰機(jī)、重介旋流器等)的入料粒度下限不宜過低，因此只對(duì)13～3 mm粒級(jí)原煤進(jìn)行浮沉試驗(yàn)分析，結(jié)果如表3所示。

表3 13～3 mm原煤浮沉試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Float-and-sink analysis of 13～3 mm raw coal %

根據(jù)表3數(shù)據(jù)繪制可選性曲線，如圖4所示。由圖4中的λ曲線可見，13～3 mm粒級(jí)原煤的可選性較好，從分選密度±0.1含量曲線來看，當(dāng)分選密度介于1.7～1.8 g/cm3之間時(shí)，13～3 mm粒級(jí)原煤屬于易選煤。

對(duì)13～3 mm粒級(jí)末原煤進(jìn)行分粒級(jí)浮沉試驗(yàn)，并統(tǒng)計(jì)硫分變化情況，結(jié)果如圖5、圖6所示。

由圖5和圖6可見，<13 mm粒級(jí)原煤各粒度級(jí)中硫分分布相對(duì)集中，具體情況如下：

(1)密度在1.7g/cm3以下的各粒度級(jí)硫分均在2%以下，并且隨著密度升高，硫分有略微下降的趨勢(shì)。

圖4 13～3 mm末原煤灰分可選性曲線

圖5 <13 mm粒級(jí)末原煤各粒度級(jí)全硫隨密度變化曲線Fig.5 Variation of total sulfur of different size fractions of minus 13 mm raw coal with density

圖6 <13 mm粒級(jí)末原煤各粒度級(jí)浮物累積硫分變化曲線

(2)密度介于1.7～1.8 g/cm3的各粒級(jí)硫分均有升高趨勢(shì)。

(3)各粒級(jí)樣品的浮物累積全硫在分選密度>1.8 g/cm3時(shí)出現(xiàn)劇烈升高，各粒級(jí)在分選密度為1.8 g/cm3時(shí)的浮物累積全硫均在1.9%以下；而當(dāng)分選密度>1.8 g/cm3時(shí)，浮物累積全硫急劇升高至2.0%以上。

(4)當(dāng)密度>1.8 g/cm3以后，各粒度級(jí)硫分大幅度升高，均超過了5%。

綜上分析可知，在建議的分選密度下，粒度的減小有助于進(jìn)一步降低產(chǎn)品硫分。但考慮到粒度過小時(shí)對(duì)主洗設(shè)備的適應(yīng)性會(huì)降低，因此入選粒度上限不宜過小。

3 改造措施

根據(jù)煤質(zhì)分析結(jié)果，結(jié)合當(dāng)前選煤技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和市場(chǎng)要求[3,4]，建議對(duì)主洗系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，采用重介洗選工藝，實(shí)現(xiàn)末煤入選，從而達(dá)到提高洗選精度，脫硫降灰，降本增效的目的。

3.1 原煤準(zhǔn)備系統(tǒng)

拆除現(xiàn)有的末煤篩分系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)末煤入選。由前述粒度分析可知，原煤中夾矸分布較為均勻，各粒度級(jí)的灰分和硫分波動(dòng)范圍較小，但由于硫鐵礦在煤中的嵌布粒度較小，并且可通過重選手段脫除，因此從改善精煤質(zhì)量、提高洗選效率的角度考慮，應(yīng)適當(dāng)降低原煤的入選粒度[7]。同時(shí)，考慮客戶對(duì)產(chǎn)品煤粒度的要求，建議將入選粒度上限定為50 mm。對(duì)于<13 mm粒級(jí)的末原煤，為了最大限度地通過重介環(huán)節(jié)脫灰、降硫，并且保證分選粒度與重介旋流器的處理粒度范圍相適應(yīng)，建議在入選前增加3 mm的脫粉篩，即末原煤先經(jīng)3 mm脫粉篩，篩上物直接入選，篩下物作為產(chǎn)品直接出售或用于末煤產(chǎn)品混配。

3.2 主洗系統(tǒng)

主洗系統(tǒng)的末煤入選改造是本次改造的重點(diǎn)。改造主要內(nèi)容為：在取消末煤篩分車間的同時(shí)，逐步淘汰三產(chǎn)品跳汰機(jī)，原有洗選任務(wù)由三產(chǎn)品重介旋流器承擔(dān)。建議以13 mm和3 mm為分選界限，>13 mm粒級(jí)原煤由重介淺槽分選，13～3 mm粒級(jí)原煤由三產(chǎn)品重介旋流器分選，<3 mm粒級(jí)不洗選。

相對(duì)于有壓給料而言，無壓三產(chǎn)品重介旋流器洗選過程中產(chǎn)生的次生煤泥量少[6]，泥化現(xiàn)象較小，因此確定重介旋流器的入料方式為無壓給料。由煤質(zhì)分析可知，末原煤中的無機(jī)硫主要集中在>1.8 g/cm3密度級(jí)，各粒級(jí)中>1.8 g/cm3密度級(jí)的全硫均>2%；<1.8 g/cm3各密度級(jí)的硫分指標(biāo)變化幅度較小，各粒度級(jí)中1.6～1.7 g/cm3密度級(jí)全硫最低。經(jīng)過前述分析可知，15#煤的末煤部分屬于易選煤，合理的分選密度也在1.6～1.7 g/cm3之間。因此，建議將三產(chǎn)品重介旋流器的分選密度定在1.6～1.7 g/cm3之間。

為適應(yīng)重介系統(tǒng)的改造，還需新增磁選機(jī)及分流系統(tǒng)以應(yīng)對(duì)改造后新增的介質(zhì)回收壓力。改造后的末煤洗選工藝流程如圖7所示。

圖7 改造后末煤洗選工藝流程圖

3.3 煤泥水系統(tǒng)

由于末原煤中的煤泥含量較大(為23.39%)，實(shí)現(xiàn)末煤入選后煤泥水系統(tǒng)的壓力必然增加，現(xiàn)有的斗子撈坑不足以滿足煤泥脫水處理需求，同時(shí)產(chǎn)出的末精煤也需要進(jìn)行脫水，因此建議增加離心機(jī)承擔(dān)末精煤和煤泥的脫水任務(wù)。淺槽重介產(chǎn)生的煤泥水經(jīng)脫介后進(jìn)入斗子撈坑進(jìn)行煤泥沉淀脫水；三產(chǎn)品重介旋流器產(chǎn)生的煤泥水脫介后，先經(jīng)由弧形篩預(yù)脫水，再由煤泥離心機(jī)脫水，濾液作為循環(huán)水返回主洗系統(tǒng)，脫水后的煤泥作為配煤產(chǎn)品使用或直接出售。

3.4 主要設(shè)備選型

通過工藝設(shè)備并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，需要對(duì)前述分析中涉及到的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行替換并選型，具體見表4。

表4 主要設(shè)備選型表Table 4 Selection of main equipment

表4中的原有設(shè)備是指在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上更換篩網(wǎng)，或調(diào)整設(shè)備使用參數(shù)的適應(yīng)性改造。這主要是出于降低改造成本，減小改造難度的考慮。

4 預(yù)期效果

實(shí)現(xiàn)末煤入選后，由于取消末煤分級(jí)系統(tǒng)與跳汰系統(tǒng)，可使主洗系統(tǒng)整體上更加規(guī)整，介質(zhì)回收系統(tǒng)可進(jìn)行整體規(guī)劃，管路設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)潔，便于提高系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。

實(shí)現(xiàn)末煤入選后，>3 mm粒級(jí)末精煤產(chǎn)品的硫分可控制在1.75%以下，每年多產(chǎn)出末精煤1.4～1.7 Mt，扣除生產(chǎn)成本后，保守估計(jì)每年為企業(yè)增加利潤(rùn)可達(dá)8 000萬元。

5 結(jié)語

選煤廠在生產(chǎn)實(shí)踐中，由于煤質(zhì)不斷變化，客戶及國(guó)家政策對(duì)于產(chǎn)品煤的質(zhì)量要求也不斷提高，因此洗選系統(tǒng)也要不斷更新、優(yōu)化。本文針對(duì)陽泉一礦選煤廠產(chǎn)品煤硫分偏高，洗選精度較低的現(xiàn)狀，對(duì)洗選系統(tǒng)的改造提出了幾點(diǎn)合理化建議，不僅可以提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，也將為高硫煤的合理、清潔利用提供有益參考。

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Study on renovation scheme of main separation system at No.1Yangquan Mine Coal Preparation Plant

LIU Guo-qing

(Yangquan Coal (Group) Co., Ltd., Yangquan, Shanxi 045000, China)

Considerably high sulfur of coal product is the problem confronted by No.1 Yangquan Mine Coal Preparation Plant, which has had the product in a weak competitive position. To tackle this problem, a study on renovation scheme is made on the existing coal washing circuit through adding small clean coal centrifuge and coal slime centrifuge in coal slurry treatment process, as well as the use of gravity-fed 3-product dense medium cyclone instead of small coal jigging system, leading to top size of raw coal to be washed up to 50mm. It is expected after the renovation that there will be an increase of the recovery of the clean coal by 14-17 million tons each year, an increase of profits by CNY 80 million or so, as well as an enhancement of both product quality and sulfur of clean coal controlled within 1.75 percentage points.

main separation system; dense medium cyclone; sulfur removal; coal slime centrifuge; small clean coal

1001-3571(2016)06-0090-05

TD94

B

2016-08-25

10.16447/j.cnki.cpt.2016.06.017

劉國(guó)慶(1967—)，男，山西省平定縣人，工程師，從事選煤技術(shù)管理工作。

E-mail：893917430@qq.com Tel：0353-7071659

劉國(guó)慶.陽泉一礦選煤廠主洗系統(tǒng)改造方案研究[J].選煤技術(shù)，2016(6)：90-94.