金鳳洗煤廠工藝升級改造實踐

董衛(wèi)黨，朱金波

(安徽理工大學 材料科學與工程學院，安徽 淮南 232001)

煤炭是我國的主要能源，隨著煤炭開采程度的加大，煤質越來越差，直接使用會造成嚴重的環(huán)境污染，因此煤炭的洗選加工十分重要[1-5]。金鳳洗煤廠是一座群礦型選煤廠，位于寧夏回族自治區(qū)吳忠市，隸屬于神華寧夏煤業(yè)集團選配煤中心，設計能力為8.00 Mt/a，主要入選金鳳礦井和金家渠礦井原煤，煤質具有特低灰或低灰、低硫、中高揮發(fā)分、高熱值、不具粘結性等主要特征，是良好的動力、氣化、間接液化、噴吹配煤等用煤。該廠一期系統(tǒng)設計能力為4.00 Mt/a，于2014年3月投入使用，入選金鳳礦井原煤。文章對金鳳洗煤廠一期分選系統(tǒng)運行情況進行了介紹，分析存在的問題，并對二期系統(tǒng)的分選工藝提出設計建議。

1 現(xiàn)有工藝系統(tǒng)

在金鳳洗煤廠一期生產(chǎn)系統(tǒng)中，200～25 mm粒級塊煤采用淺槽重介分選機分選，25～1.5 mm粒級末煤采用有壓兩產(chǎn)品重介質旋流器分選，1.5～0.1 mm粒級粗煤泥采用螺旋分選機分選，0.1～0 mm粒級煤泥采用三段濃縮回收(兩段串聯(lián)濃縮和一段凈化濃縮，即沉降過濾式離心機和快開壓濾機聯(lián)合回收的工藝)，主要產(chǎn)品為：>25 mm粒級塊精煤，灰分低于10%，地銷民用；<25 mm粒級洗混煤，灰分低于17%,可作為煤制油原料煤；<25 mm粒級不入選的混煤，發(fā)熱量高于18.84 MJ/kg，可供電廠；<25 mm粒級全入選的洗末煤，灰分低于8%，作為高爐噴吹用煤；煤泥晾干后地銷民用。

1.1 原煤篩分系統(tǒng)

入選原煤在分選前破碎至200 mm以下，破碎后的原煤采用兩臺博后篩進行25 mm分級，其中>25 mm粒級進入塊煤分選系統(tǒng)而<25 mm粒級處理方式為：生產(chǎn)噴吹煤時，<25 mm粒級煤不脫粉全部進入末煤分選系統(tǒng)；生產(chǎn)動力煤或化工用煤時，<25 mm粒級經(jīng)過6(3) mm脫粉后，25～6(3) mm粒級進入末煤分選系統(tǒng)，<6(3) mm粒級粉煤直接作為混煤產(chǎn)品；當生產(chǎn)動力煤時，<25 mm粒級末煤也可以不經(jīng)脫粉直接作為混煤產(chǎn)品。

1.2 塊煤分選系統(tǒng)

>25 mm粒級塊煤分選時，采用篩孔為6 mm的濕法脫泥篩預先脫泥，篩上物進入淺槽重介分選機分選，選后精煤分別經(jīng)脫介、脫水、分級，分成200～25 mm粒級和25～0 mm粒級兩種產(chǎn)品：200～25 mm粒級大塊精煤再經(jīng)50 mm、25 mm分級，分成200～50 mm粒級洗大塊、50～25 mm粒級洗中塊和<25 mm粒級的末煤；25～0 mm粒級末精煤進入末煤離心機二次脫水后作為最終產(chǎn)品。脫泥篩篩下物經(jīng)振動弧形篩、直線振動篩預脫水，再經(jīng)末煤離心機二次脫水后摻入混煤產(chǎn)品，弧形篩篩下水、直線振動篩篩下水、離心液進入一段濃縮機；濃縮機底流可經(jīng)篩網(wǎng)沉降離心機脫水后摻入混煤產(chǎn)品，也可經(jīng)脫泥篩脫泥后進入末煤分選系統(tǒng)。

1.3 末煤分選系統(tǒng)

25～0 mm粒級末煤分選時，首先經(jīng)孔徑為1.5 mm的脫泥篩脫泥，脫泥后的末原煤采用兩產(chǎn)品重介質旋流器分選，旋流器溢流經(jīng)過脫介脫水后成為末精煤；旋流器底流經(jīng)過脫介脫水后成為矸石。

末原煤脫泥篩下1.5～0 mm粒級煤泥水經(jīng)分級旋流器組濃縮分級后，溢流至濃縮車間，底流進入煤泥螺旋分選機分選；螺旋分選機輕產(chǎn)物經(jīng)過振動弧形篩、煤泥離心機脫水后成為粗精煤，摻入末精煤中，尾煤經(jīng)高頻篩脫水后成為矸石產(chǎn)品，摻入矸石中；振動弧形篩篩下水、離心機離心液、高頻篩篩下水進入螺旋分選機尾煤桶。

1.4 煤泥水處理系統(tǒng)

煤泥水系統(tǒng)采用兩段串聯(lián)濃縮、第三段凈化濃縮的處理方式，一段底流采用沉降過濾式離心機回收，濾餅直接進入末精煤，濾液同一段溢流進二段濃縮機；二段濃縮機底流采用快開隔膜壓濾機回收，二段濃縮機的部分溢流做循環(huán)水，另一部分溢流進入三段濃縮機凈化；三段底流進快開壓濾機，溢流凈化水作為冷卻水或循環(huán)水使用，壓濾機濾液返回二段濃縮機。二、三段壓濾機濾餅作為煤泥產(chǎn)品，既能摻入末精煤，也能單獨作為煤泥產(chǎn)品。

1.5 介質回收系統(tǒng)

在塊煤、末煤介質回收系統(tǒng)中，脫介篩合格介質與分流的合格介質一起直接進入合格介質桶循環(huán)使用。脫介篩的稀介質與分流出的部分合格介質進入稀介桶，經(jīng)泵輸送至磁選機回收介質，磁選精礦進入合格介質桶；塊煤磁選尾礦作為塊煤脫泥篩噴水，末煤磁選尾礦進入末煤煤泥水桶，通過泵送至末煤分選系統(tǒng)的粗煤泥分選系統(tǒng)。合格的磁鐵礦粉通過介質添加系統(tǒng)的濃介泵補加至合格介質桶。

1.6 存在問題

金家渠礦井所產(chǎn)原煤灰分高、質量不穩(wěn)定，需要進行洗選，以滿足產(chǎn)品質量要求和國家相關產(chǎn)業(yè)政策。金鳳洗煤廠一期系統(tǒng)分選能力為4.00 Mt/a，僅能滿足先期建成的金鳳的礦井煤炭分選，分選能力不足。

金家渠礦井和金鳳礦井生產(chǎn)煤質不完全相同，當煤質差別較大時，兩礦的塊煤產(chǎn)品需要單獨銷售，因此要求金鳳洗煤廠生產(chǎn)工藝適應金家渠礦井和金鳳礦井原煤，既可以實現(xiàn)配煤入選，也可以實現(xiàn)分時輪選。

2 二期系統(tǒng)工藝設計

2.1 二期煤質資料分析

2.1.1 篩分資料分析

金鳳選煤廠入選原煤粒度組成見表1。由表1可知：原煤灰分為23.00%，屬中灰分煤；原煤中>50 mm粒級中的矸石產(chǎn)率為4.18%，屬中等含矸率；<0.5 mm粒級灰分顯著高于其他粒級灰分，說明矸石易碎。

2.1.2 浮沉試驗資料分析

金鳳選煤廠入選原煤200～25mm粒級和25～6 mm粒級的浮沉試驗結果見表2和表3。

表1 原煤篩分試驗表

由表2和表3可知：200～6 mm粒級原煤中<1.5 g/cm3的低密度物綜合產(chǎn)率高達75.19%、綜合灰分僅為5.48%；1.5～1.8 g/cm3中間密度物綜合產(chǎn)率僅為4.08%；>1.8 g/cm3高密度物產(chǎn)率較高，綜合產(chǎn)率為20.73%，綜合灰分為80.07%。可見，入選原煤中低密度物含量多，灰分低；高密度物含量次之，灰分較高；中間密度物含量非常少。當分選密度在1.50～1.80 g/cm3之間時，原煤的可選性為易選或中等可選。

2.1.3 可選性評定

金鳳選煤廠入選原煤200～25 mm粒級和25～6 mm粒級的可選性曲線如圖1和圖2所示。

由表2和圖1中可知：當理論分選密度為1.70 g/cm3和1.80 g/cm3時，δ±0.1含量分別為12.93%和13.79%，可選性等級為中等可選；當理論分選密度為1.90 g/cm3時，δ±0.1含量<10%，可選性屬易選。由表3和圖2中可知：當理論分選密度分別為1.70 g/cm3、1.80 g/cm3和1.90 g/cm3時，δ±0.1含量均小于10%，可選性屬易選。

表2 200～25 mm入選原煤浮沉試驗綜合表

表3 25～6 mm入選原煤浮沉試驗綜合表

圖1 200～25 mm粒級塊原煤可選性曲線

圖2 25～6 mm粒級塊原煤可選性曲線

2.2 二期選煤方法比選

根據(jù)煤質資料分析和產(chǎn)品粒度、灰分要求，針對金鳳洗煤廠二期系統(tǒng)擬定兩種選煤方案進行比較：

方案一：二期原煤經(jīng)25 mm分級后200～25 mm粒級塊煤采用淺槽重介分選機分選，25～6(3) mm粒級末煤采用有壓兩產(chǎn)品重介質旋流器分選，粗煤泥采用螺旋分選機分選，煤泥水采用現(xiàn)有三段濃縮(即兩段串聯(lián)濃縮+凈化濃縮)回收工藝。

方案二：二期原煤經(jīng)25 mm分級后200～25 mm粒級塊煤采用淺槽重介分選機分選，25～6(3)mm粒級末煤采用無壓三產(chǎn)品重介質旋流器分選，粗煤泥采用螺旋分選機分選，煤泥水采用現(xiàn)有三段濃縮(即兩段串聯(lián)濃縮+凈化濃縮)回收工藝。

方案一和方案二的比選也就是有壓兩產(chǎn)品重介質旋流器與無壓三產(chǎn)品重介質旋流器的比選。根據(jù)現(xiàn)場條件，廠外系統(tǒng)不具備出中煤的條件，因此，無壓三產(chǎn)品重介質旋流器只能當兩產(chǎn)品重介質旋流器使用[6-9]。無壓三品重介質旋流器雖然可以以較低的分選密度實現(xiàn)高密度排矸，但缺點是懸浮液循環(huán)量大、所需壓力高、廠房高度高[10-13]。

在有壓兩產(chǎn)品重介質旋流器分選工藝中，循環(huán)懸浮液量少、所需壓力低、廠房高度低。因原煤的中間密度級產(chǎn)物含量很少，其不出中煤的情況下能夠保證精煤的指標和矸石的純度。缺點是混料泵對煤有一定的破碎作用、對管道磨損大[14-16]。

根據(jù)流程計算，得出方案一和方案二的最終產(chǎn)品對比結果見表4。由表4可以看出，兩種方案最終產(chǎn)品指標相差不大，其中方案一產(chǎn)率和灰分稍高。

表4 二期不同方案最終產(chǎn)品對比

綜上所述，兩種方案各有優(yōu)缺點，兩者最終產(chǎn)品、投資、電耗都相差不大。由一期工程的生產(chǎn)實踐可知，一期現(xiàn)有選煤方法較好地滿足了實際生產(chǎn)需要。根據(jù)方案對比結果，并結合系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性和維修保障兼容性等因素，確定方案一為二期選煤工藝。

2.3 二期工藝分選下限

由表1可知：原煤中<6 mm粒級含量為39.03%，粉煤含量高，因煤泥灰分較高，可知矸石易泥化，因此在滿足產(chǎn)品質量要求的前提下，應盡量減少原煤水洗的數(shù)量。而脫粉粒度的選擇對入選量的影響十分明顯，且隨著脫粉粒度的降低，篩分設備的單位面積處理能力和篩分效率都將有所下降。脫粉粒度的降低將提高入選量，增大矸石排放量，降低洗混煤的灰分，同時會增大煤泥量和洗混煤水分。

對優(yōu)選方案的最終產(chǎn)品進行產(chǎn)品質量預測分析，結果見表5。

表5 二期系統(tǒng)不同分選下限的洗混煤產(chǎn)品灰分、發(fā)熱量對照

由表5可知，二期分選下限為6 mm時可滿足集團煤化工(煤制油)原料煤17%最低灰分要求；二期分選下限為3 mm時可滿足集團煤化工(煤制油)原料煤12%～15%的最佳灰分要求；二期分選下限為6 mm時生產(chǎn)的洗混煤和一期分選下限3 mm、螺旋分選機運轉時的洗混煤混合后產(chǎn)品灰分為14.55%可滿足集團煤化工(煤制油)原料煤12%～15%最佳灰分要求。

綜上所述，二期分選下限推薦為6 mm，并結合具體煤質和產(chǎn)品要求靈活調(diào)整，在滿足產(chǎn)品質量要求的情況下盡可能的降低入選粉煤量和煤泥量，減小煤泥水系統(tǒng)壓力。

2.4 二期設備選型

為提高對煤質的適應性，二期系統(tǒng)按照3 mm脫粉來進行設備選型。金鳳選煤廠一、二期主要設備的選型見表6。從表6可以看出：此次選型主要依據(jù)工藝流程的特點、煤質波動區(qū)間及現(xiàn)場使用效果等方面進行設備選型。在充分的煤質分析和工藝流程計算的基礎上，整個分選系統(tǒng)設備具有以下特點：

表6 主要設備選型

(1)技術先進，處理量大，而且具有很強的煤質適應性和整體配套性。塊煤重介分選系統(tǒng)能夠滿足>13 mm粒級塊煤全部入選的需要，末煤分選系統(tǒng)能夠滿足3 mm脫粉入選的需要。

(2)設備質量的可靠性高、穩(wěn)定性好、適應性強，適應客觀條件變化的能力強。

(3)一期25 mm原煤分級篩選擇的是博后篩，日常檢修維護工作量大，能耗高；二期25 mm原煤分級篩選擇雙層馳張篩，上層固定篩板分級，下層弛張篩板脫粉，可增加篩分面積，提高脫粉效率，減小設備占地面積，降低煤泥水系統(tǒng)負荷。

(4)一期壓濾機選擇的是500 m2快開式壓濾機，處理能力低；二期選擇800 m2快開壓濾機，處理量增大。

3 改造后工藝系統(tǒng)

3.1 原煤準備系統(tǒng)

二期系統(tǒng)新增3個10 000 t原煤倉，倉上設2條配倉刮板輸送機，可實現(xiàn)新老原煤倉內(nèi)原煤靈活配入一、二期系統(tǒng)，不僅實現(xiàn)了金鳳礦井原煤和金家渠礦井原煤都可以進入一、二期洗選系統(tǒng)，還能根據(jù)煤質情況實現(xiàn)配煤入選。

3.2 原煤篩分系統(tǒng)

二期主廠房內(nèi)設一套原煤分級系統(tǒng)和脫粉系統(tǒng)。原煤經(jīng)除鐵、25 mm分級后，>25 mm粒級塊煤進入淺槽重介分選系統(tǒng)；<25 mm經(jīng)過脫粉后，25～6(3) mm進入末煤分選系統(tǒng)，<6(3) mm粉原煤直接作為末煤產(chǎn)品；<25 mm末煤不分選時直接作為末煤產(chǎn)品。

根據(jù)金鳳洗煤廠建成以來的噴吹煤銷量分析，噴吹煤產(chǎn)品一般年銷售量30萬t左右，最高不超過70萬t，一期系統(tǒng)采用錯時開車方式就能夠滿足生產(chǎn)需要。

3.3 分選系統(tǒng)

當二期分選系統(tǒng)中的塊煤不分選時可通過50 mm、25 mm分級，最終產(chǎn)出200～50 mm粒級大塊、50～25 mm粒級中塊和<25 mm粒級末煤三種產(chǎn)品。當>25mm粒級塊煤需要分選時，采用6 mm脫泥篩濕法脫泥，篩上物進入淺槽重介分選機分選， 6～0 mm粒級經(jīng)振動弧形篩、直線篩預脫水，再經(jīng)末煤離心機二次脫水后摻入混煤產(chǎn)品；弧形篩篩下水、直線篩篩下水、離心液進入分級旋流器，分級旋流器溢流進入一段濃縮機，底流經(jīng)篩網(wǎng)沉降離心機脫水后摻入混煤產(chǎn)品。

塊煤經(jīng)淺槽重介分選機分選后，精煤分別經(jīng)脫介脫水和分級，分成200～25 mm粒級和25～0 mm粒級兩個產(chǎn)品，其中：200～25 mm粒級大塊精煤在塊煤裝車點經(jīng)80 mm、50 mm、25 mm分級，分成200～80 mm粒級精大塊、80～50 mm粒級精中塊、50～25 mm粒級精小塊和<25 mm粒級限下末煤；也可以在塊煤倉經(jīng)50 mm、25 mm分級，分成200～50mm粒級混大塊、50～25 mm粒級精小塊和<25 mm粒級末煤。

3.4 產(chǎn)品存儲

新增塊煤裝車點，設塊精煤分級篩，塊精煤分級后直接裝車，減少塊精煤破碎。與原有的塊煤倉裝車相比，利用新增塊煤直裝點裝車，跌落次數(shù)減少1次，跌落高度減降低5 m，且省去配倉刮板輸送機，可減少塊煤損失。

延長原有一期塊煤、混煤、矸石帶式輸送機機尾至二期主廠房，二期不分選的末原煤或脫粉脫下來的粉煤由新增的粉(末)原煤刮板輸送機收集后，進入現(xiàn)有的末原煤轉載刮板輸送機，不僅實現(xiàn)了既可利用塊煤汽車裝車倉分倉存儲，還可利用塊煤直裝點直接裝車運至儲煤場分儲。

4 結語

金鳳洗煤廠通過二期系統(tǒng)的升級改造，既滿足了金家渠礦井生產(chǎn)入選需求，又可靈活調(diào)整洗煤廠的生產(chǎn)方式，生產(chǎn)出的產(chǎn)品不僅指標穩(wěn)定，且符合產(chǎn)品質量要求。