跳汰工藝在轉(zhuǎn)龍灣選煤廠的應(yīng)用

朱得華

(大地工程開(kāi)發(fā)(集團(tuán))有限公司 天津分公司，天津300000)

跳汰選煤是較為傳統(tǒng)的選煤方法，近十年新建選煤廠很少采用跳汰工藝，大部分采用重介工藝；重介選煤在處理泥化嚴(yán)重的高灰原煤時(shí)，若分選密度>1.8 g/cm3，不僅高密度懸浮液難以配制，其粘度也難以控制，導(dǎo)致重介旋流器很難實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定分選。

轉(zhuǎn)龍灣礦井動(dòng)力煤選煤廠于2015年初投產(chǎn)，設(shè)計(jì)能力為5.0 Mt/a(實(shí)際入選能力為8.0 Mt/a)，主選系統(tǒng)采用3臺(tái)單段跳汰機(jī)。跳汰工藝具有生產(chǎn)成本低、處理量大、分選下限低、事故率低、系統(tǒng)檢修維護(hù)量少等優(yōu)點(diǎn)，適合高密度排矸作業(yè)，排矸密度高達(dá)2.0 g/cm3以上，且設(shè)備通過(guò)能力較大，對(duì)煤質(zhì)波動(dòng)適應(yīng)性較好。然而在礦井過(guò)斷層時(shí)，原煤灰分急劇增加，各系統(tǒng)處理能力稍有不足，需要對(duì)原煤入料量進(jìn)行控制。

1 礦井及選煤廠概況

轉(zhuǎn)龍灣煤礦礦井采用斜井開(kāi)拓，長(zhǎng)壁后退式采煤方法，綜合機(jī)械化一次采全高采煤工作面，全部冒落法管理頂板，主斜井帶式輸送機(jī)最大提升能力為2 350 t/h。井田含煤地層為侏羅紀(jì)中下統(tǒng)延安組，可采煤層10層，礦井前20年主要開(kāi)采Ⅱ-3煤層。礦井范圍內(nèi)Ⅱ-3煤層厚度變化大，斷層多，其中233、234采區(qū)勘探程度低，平均煤厚3.0 m左右，煤層薄，各煤層一般含1-3 層夾矸或不含夾矸，頂板、底板多為泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖。

轉(zhuǎn)龍灣動(dòng)力煤選煤廠是礦井型選煤廠，主要入選轉(zhuǎn)龍灣礦井原煤。選煤廠設(shè)計(jì)能力為5.0 Mt/a，工作制度為：一年生產(chǎn)330 d，一天生產(chǎn)16 h，兩班生產(chǎn)，一班檢修；年工作5 280 h。

選煤廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以生產(chǎn)動(dòng)力煤和化工用煤為主。其中包含100～30 mm粒級(jí)的洗混塊，灰分<10%，硫分<1%，發(fā)熱量>22.60 MJ/kg，主要供化工造氣、工業(yè)鍋爐用煤等；30～13 mm粒級(jí)的洗小塊,灰分<10%，硫分<1%，發(fā)熱量>22.60 MJ/kg，主要供煤化工項(xiàng)目；<13 mm粒級(jí)的洗末煤，灰分<10%，硫分<1%，發(fā)熱量>18.83 MJ/kg，主要作為發(fā)電用煤[1]。

2 選煤廠分選工藝

井田各煤層均為不粘煤，具有特低灰-低灰、低硫-中硫、特低磷-低磷、高-特高熱值、中揮發(fā)分、低-中等水分、較高熱穩(wěn)定性和化學(xué)反應(yīng)性強(qiáng)、焦油產(chǎn)率及揮發(fā)分產(chǎn)率均較高等特點(diǎn)，是優(yōu)質(zhì)的動(dòng)力用煤和工業(yè)氣化用煤，也可以煉制鐵合金焦。原煤性質(zhì)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 原煤性質(zhì)結(jié)果Table 1 Analysis of raw coal property %

表2為100～0.5 mm原煤浮沉試驗(yàn)結(jié)果。由表2可知，<1.40 g/cm3的低密度和>2.0 g/cm3的高密度含量比較高，呈現(xiàn)兩頭高、中間低的分布規(guī)律，而中間產(chǎn)物含量較低。當(dāng)分選密度>1.6 g/cm3時(shí)，可選性等級(jí)為易選，可采用分選密度>1.8 g/cm3高密度排矸的方法，用來(lái)得到灰分<10%的精煤。但是對(duì)于重介選煤，如果排矸密度>1.8 g/cm3，難以配制高密度懸浮液，因此不建議采用重介質(zhì)分選工藝，而采用單段跳汰工藝來(lái)生產(chǎn)低灰精煤[2]。

表2 100～0.5 mm原煤浮沉試驗(yàn)結(jié)果

跳汰選煤可用于塊煤、混煤和末煤的洗選，90年代國(guó)內(nèi)一些大型選煤廠使用了德國(guó)巴達(dá)克跳汰機(jī)，效果較好，有效分選粒級(jí)為100～0.5 mm。其工作原理是通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)和水，使煤在脈動(dòng)的水流中動(dòng)態(tài)形成近似按密度分層，并通過(guò)排矸系統(tǒng)將沉于下層的重產(chǎn)品(矸石)排出，完成分選的過(guò)程。跳汰選煤的主要優(yōu)點(diǎn)在于其適合高密度排矸作業(yè)，排矸密度可在2.0 g/cm3以上，設(shè)備通過(guò)能力較大，對(duì)煤質(zhì)波動(dòng)適應(yīng)性較好[3]。

根據(jù)選煤廠煤質(zhì)資料和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的要求，最終確定分選工藝為：100～0.5 mm粒級(jí)跳汰混合入選(或100～13 mm粒級(jí)塊煤入選)；1.5～0.25 mm粒級(jí)粗煤泥采用分級(jí)旋流器+煤泥離心機(jī)回收；<0.25 mm粒級(jí)細(xì)煤泥采用濃縮機(jī)+快開(kāi)隔膜壓濾機(jī)脫水回收。

3 生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行情況

3.1 跳汰系統(tǒng)

選煤廠選用三臺(tái)跳汰機(jī)(跳汰室寬度為5 400 mm，長(zhǎng)度為3 500 mm)，跳汰面積為18.9 m2，近三年單機(jī)生產(chǎn)能力可達(dá)100 t/(m·h)[4]。

混煤跳汰機(jī)有效分選上限為100 mm，下限為0.5 mm，跳汰機(jī)選前要保證入料粒度，入選粒度過(guò)寬或粒度超限，都會(huì)導(dǎo)致分選精度下降。

選煤廠選用3臺(tái)T50100型矸石斗式提升機(jī)，單臺(tái)最大處理能力為100～150 t/h，正常情況下(原煤灰分≤25%)斗式提升機(jī)能力可滿足選煤廠生產(chǎn)要求，但是在礦井過(guò)斷層過(guò)程中，原煤灰分急劇升高，原煤矸石含量迅速增加，其中>50 mm矸石量高達(dá)37.6%，原煤綜合矸石含量為57.49%。原煤篩分試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3、原煤篩分試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。斗式提升機(jī)能力不足，如果原煤處理能力維持不變，系統(tǒng)會(huì)因矸石量超過(guò)斗式提升機(jī)提升能力而出現(xiàn)事故，影響選煤廠及礦井正常生產(chǎn)。目前，大型礦井可對(duì)矸石斗式提升機(jī)進(jìn)行提能改造(斗子提速并更換驅(qū)動(dòng)電機(jī))，同時(shí)減少選煤廠系統(tǒng)處理量來(lái)消化礦井額外增加的矸石。

表3 原煤篩分試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Screen analysis of raw coal %

表4 原煤浮沉試驗(yàn)結(jié)果

礦井過(guò)斷層時(shí)間一般持續(xù)一兩個(gè)月，過(guò)斷層原煤灰分基本在50%～60%之間，因此矸石斗式提升機(jī)提升能力嚴(yán)重制約礦井生產(chǎn)。在礦井過(guò)斷層過(guò)程中，需按選煤廠矸石斗式提升機(jī)實(shí)際提升能力進(jìn)行核算，針對(duì)不同的原煤灰分來(lái)調(diào)整系統(tǒng)的最大通過(guò)能力。實(shí)際生產(chǎn)中根據(jù)灰分情況調(diào)整跳汰機(jī)入料量，具體核算結(jié)果見(jiàn)表5。

跳汰系統(tǒng)目前的主要問(wèn)題是在保證精煤灰分<8%(平均精煤灰分為6.5%)的前提下，矸石段產(chǎn)品灰分和帶煤量無(wú)法進(jìn)行有效控制。矸石提升系統(tǒng)在礦井過(guò)斷層時(shí)易出現(xiàn)能力不足和壓斗子事故。

表5 不同原煤灰分跳汰機(jī)入料量核算

3.2 粗煤泥系統(tǒng)

選煤廠選用3臺(tái)φ1 200 mm立式煤泥離心機(jī)，單臺(tái)處理能力在30～50 t/h之間，正常情況下能滿足選煤廠粗煤泥回收任務(wù)。

通過(guò)選煤廠301原煤皮帶秤數(shù)據(jù)和粗煤泥離心機(jī)處理數(shù)據(jù)可知，過(guò)斷層時(shí)泥巖增多，原生煤泥量可達(dá)到14%，綜合煤泥產(chǎn)率約為20%，此時(shí)離心機(jī)篩籃易被堵塞，粗煤泥回收系統(tǒng)壓力較大，易出現(xiàn)處理能力不足和產(chǎn)品水分超標(biāo)的問(wèn)題。

正常情況下原煤采用混合入選方式，粗煤泥回收系統(tǒng)是可以滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求的。但在礦井過(guò)斷層過(guò)程中，必須通過(guò)調(diào)整生產(chǎn)方式來(lái)解決粗煤泥回收的問(wèn)題，通過(guò)降低原煤小時(shí)入選量或原煤分級(jí)后塊煤?jiǎn)为?dú)入選的方式來(lái)緩解粗煤泥回收系統(tǒng)的壓力。

3.3 濃縮系統(tǒng)

選煤廠采用2臺(tái)φ45 m濃縮機(jī)處理煤泥水(其中一臺(tái)備用)，正常煤質(zhì)情況下濃縮機(jī)的溢流循環(huán)水濃度在5 g/L左右，入料濃度在80 g/L左右。但當(dāng)?shù)V井過(guò)斷層時(shí)，泥巖較多，煤泥難以沉淀，煤泥水水質(zhì)急劇惡化，濃縮機(jī)入料濃度達(dá)到200 g/L以上，溢流循環(huán)水濃度在130 g/L左右，甚至高達(dá)160 g/L，跳汰機(jī)洗選效果極不穩(wěn)定，對(duì)精煤灰分影響較大。

選煤廠在煤質(zhì)正常時(shí)可采用跳汰混合入選或原煤分級(jí)后塊煤?jiǎn)为?dú)入選的方式，在過(guò)斷層時(shí)可采用原煤分級(jí)后塊煤?jiǎn)为?dú)入選或調(diào)整原煤入選量來(lái)緩解濃縮系統(tǒng)的壓力。

對(duì)于大型跳汰選煤廠的濃縮系統(tǒng)一定要考慮煤泥水系統(tǒng)的處理能力，同規(guī)模的跳汰選煤廠是重介選煤廠煤泥水負(fù)荷的2倍。煤泥水量的急劇增加直接影響濃縮機(jī)入料系統(tǒng)的穩(wěn)定，可在濃縮機(jī)入料前設(shè)置小型緩沖水池(容積>100 m3)來(lái)降低入料速度，常規(guī)采用的φ3 m緩沖水箱已無(wú)法滿足水量緩沖及降速的要求[5]。

4 工藝選擇分析

轉(zhuǎn)龍灣選煤廠如果采用重介分選工藝，一般選取塊煤淺槽重介分選機(jī)+末煤重介質(zhì)旋流器進(jìn)行分選，根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和煤質(zhì)資料分析，排矸密度>1.8 g/cm3，不但高密度懸浮液難以配制，而且在過(guò)斷層時(shí)產(chǎn)生泥巖較多，高密度分選致使介質(zhì)粘度太大，重介質(zhì)旋流器很難實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定分選。

動(dòng)力煤選煤廠處理高灰原煤，如淮南礦區(qū)張集一礦選煤廠采用德國(guó)進(jìn)口巴達(dá)克跳汰機(jī)，張集二礦選煤廠采用國(guó)產(chǎn)埃凱X型跳汰機(jī)，目前仍在穩(wěn)定運(yùn)行。兗州礦區(qū)與淮南礦區(qū)由于部分煤種可作為煉焦配煤，部分選煤廠在改造或者新建過(guò)程中將跳汰系統(tǒng)改為重介系統(tǒng)，這也是適應(yīng)市場(chǎng)的需求，并不代表跳汰系統(tǒng)不適用于動(dòng)力煤選煤廠。而對(duì)于鄂爾多斯礦區(qū)的不黏煤種僅作為化工用煤或者動(dòng)力煤時(shí)，采用跳汰工藝也是一種選擇[6-7]。

跳汰工藝可實(shí)現(xiàn)排矸密度>2.0 g/cm3，跳汰機(jī)的通過(guò)能力也優(yōu)于重介旋流器，因此轉(zhuǎn)龍灣選煤廠選用跳汰工藝是合理的。

5 結(jié)語(yǔ)

在選煤行業(yè)前十年發(fā)展中，新建選煤廠多采用重介質(zhì)選煤設(shè)備。此外，在最近幾年的選煤廠技改潮中，重介質(zhì)選煤替換跳汰工藝尤為突出。雖然重介工藝可提高煤炭分選精度，但在煤炭行情低迷時(shí)期，其運(yùn)營(yíng)成本高的問(wèn)題也逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。同等規(guī)模的重介質(zhì)工藝，投資費(fèi)用比跳汰工藝高出10%～20%。而且重介系統(tǒng)不僅工藝復(fù)雜、設(shè)備眾多、電耗高，還需要消耗一些磁鐵礦粉，運(yùn)行費(fèi)用高。但對(duì)于部分重介工藝的動(dòng)力煤選煤廠，最終分選出來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量高于客戶需求時(shí)，還需配以煤泥、中煤、矸石來(lái)調(diào)整發(fā)熱量。

而跳汰工藝在大型動(dòng)力煤選煤廠應(yīng)用良好。對(duì)于部分動(dòng)力煤選煤廠，跳汰工藝一次性洗選即可滿足客戶要求，減少配煤環(huán)節(jié)，降低運(yùn)營(yíng)成本。其完全能滿足生產(chǎn)要求，不必追求分選精度高，而應(yīng)以滿足市場(chǎng)要求，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化為原則。故選煤廠工藝的選擇需要綜合考慮煤質(zhì)情況、市場(chǎng)需求、選煤廠投資及運(yùn)行成本，選擇最優(yōu)方案。