曹君杰，劉令云，侯寶宏

(1.安徽理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 淮南 232001；2.國能集團(tuán)寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司選配煤中心 靈新選煤廠，寧夏 寧東 750411)

靈新選煤廠位于寧夏回族自治區(qū)靈武市，是一座隸屬于國家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)集團(tuán)公司選配煤中心的礦井型動(dòng)力煤選煤廠。該選煤廠始建于1996年，原設(shè)計(jì)能力為2.40 Mt/a，經(jīng)過多次改造后，生產(chǎn)能力增至3.60 Mt/a[1]。原來的選煤工藝為：>120 mm粒級(jí)塊原煤手選，150～40 mm粒級(jí)塊煤采用跳汰機(jī)排矸，<40 mm粒級(jí)末煤不洗選。主要產(chǎn)品有>50 mm粒級(jí)塊精煤、50～40 mm粒級(jí)精煤、<40 mm粒級(jí)末精煤；其中，>50 mm粒級(jí)塊精煤作為民用燃料，50～40 mm精煤作為化工原料和燃料，<40 mm粒級(jí)末精煤主要作為火力發(fā)電廠發(fā)電原料。

該選煤廠原來選用單段跳汰機(jī)對(duì)塊煤進(jìn)行分選，矸石帶煤率不穩(wěn)定，精煤損失嚴(yán)重，矸石帶煤率在4%～6%之間[2]。此外，跳汰機(jī)操作參數(shù)均由人工控制，自動(dòng)化程度、全員效率較低。生產(chǎn)過程中洗水系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)洗水閉路循環(huán)，大量煤泥水外排，不但浪費(fèi)大量水資源，而且不能滿足環(huán)保要求[3-4]。為此，2017年11月該選煤廠采用TDS24-305智能干選機(jī)代替跳汰機(jī)，對(duì)塊煤進(jìn)行分選。

1 存在問題

該選煤廠原塊煤分選系統(tǒng)原則流程為：120～40 mm粒級(jí)塊煤通過301帶式輸送機(jī)輸送至主選車間，經(jīng)跳汰機(jī)分選后產(chǎn)出精煤和矸石；矸石經(jīng)304、305兩臺(tái)斗式提升機(jī)轉(zhuǎn)載至220刮板輸送機(jī)，落地后裝車外運(yùn)；精煤經(jīng)306脫水篩脫水后進(jìn)入307刮板輸送機(jī)，經(jīng)刮板輸送機(jī)轉(zhuǎn)載和308分級(jí)篩分級(jí)后裝車銷售；306脫水篩的篩下水進(jìn)入401濃縮機(jī)，濃縮機(jī)底流外排至煤泥晾干場，其被晾干后單獨(dú)銷售。原塊煤分選系統(tǒng)原則流程如圖1所示。

圖1 原塊煤分選系統(tǒng)原則流程

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，該選煤廠存在以下問題：

(1)跳汰機(jī)選用單段跳汰機(jī)，跳汰機(jī)的篩板篩孔為13 mm，塊煤進(jìn)入跳汰機(jī)后在吸啜作用下，<13 mm粒級(jí)末煤透篩進(jìn)入矸石系統(tǒng)；加之跳汰司機(jī)控制水平存在差異，導(dǎo)致矸石帶煤指標(biāo)不穩(wěn)定，矸石帶煤率在4%～6%之間，精煤損失嚴(yán)重。

(2)跳汰生產(chǎn)一般根據(jù)產(chǎn)品指標(biāo)調(diào)整入料量、風(fēng)閥周期等參數(shù)，但該選煤廠這些參數(shù)均通過人工控制，自動(dòng)化程度較低，導(dǎo)致全員效率較低。

(3)煤泥水處理設(shè)備一直處于停運(yùn)狀態(tài)，煤泥水采用底流大排放方式，導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)洗水閉路循環(huán)。煤泥水濃縮后由底流泵打到室外沉淀池沉淀、晾曬，煤泥晾干后回收。大量煤泥水外排，造成水資源大量浪費(fèi)，且不滿足環(huán)保要求。

2 TDS24-305智能干選機(jī)

2.1 結(jié)構(gòu)組成

TDS24-305智能干選機(jī)主要由給料系統(tǒng)、布料膠帶、識(shí)別裝置、電磁閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)、供風(fēng)系統(tǒng)、除塵裝置、配電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成[5]，如圖2所示。

該機(jī)給料系統(tǒng)采用一臺(tái)2436型振動(dòng)篩，振動(dòng)篩溜槽與布料膠帶之間布置有梳齒和擋簾，目的是使塊煤排列均勻；布料膠帶上安裝有變頻調(diào)速器，可在0～50 Hz之間調(diào)整，膠帶最高速度為2.70 m/s；識(shí)別裝置由X射線發(fā)射裝置和線陣接受裝置組成；電磁閥執(zhí)行裝置由大小兩排高頻電磁閥組成，電磁閥最大頻率約為20次/s；除塵裝置主要由風(fēng)機(jī)、除塵管道、空氣濾芯等組成[6]。

圖2 TDS24-305智能干選機(jī)工作原理示意圖

2.2 工作原理

在TDS智能干選機(jī)運(yùn)行時(shí)，物料(含有塊煤、矸石等)通過布料篩均勻排列在布料膠帶上；塊煤和矸石經(jīng)過X射線識(shí)別裝置時(shí)，采用智能識(shí)別方法，針對(duì)不同煤質(zhì)特征建立與之相適應(yīng)的分析模型，并通過大數(shù)據(jù)分析對(duì)煤與矸石進(jìn)行數(shù)字化識(shí)別；物料通過分選室時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)分析識(shí)別結(jié)果，開啟對(duì)應(yīng)的高頻電磁閥，通過噴吹識(shí)別出其中的矸石；在高壓風(fēng)作用下，矸石運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生變化，最終進(jìn)入矸石溜槽[7-8]；該機(jī)除塵裝置采用負(fù)壓原理，對(duì)運(yùn)行時(shí)分選室高壓風(fēng)產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行收集。

2.3 技術(shù)參數(shù)

TDS24-305智能干選機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下：

布料膠帶功率/kW

30

帶寬/m

2.40

帶速/(m·s-1)

2.00～2.70

處理能力/(t·h-1)

220～240

分選粒級(jí)/mm

40～200

運(yùn)行風(fēng)壓/MPa

0.65～0.80

外形尺寸/(mm×mm×mm)

12 000×4 300×3 900

2.4 技術(shù)特點(diǎn)

TDS24-305智能干選機(jī)具有以下技術(shù)特點(diǎn)：

(1)容易實(shí)現(xiàn)智能控制，故障可以自動(dòng)檢測，設(shè)備智能化水平高。

(2)設(shè)備占地面積小，工藝系統(tǒng)簡單；無需清水和其他介質(zhì)，不會(huì)產(chǎn)生煤泥，也沒有煤泥水處理環(huán)節(jié)。

(3)適用于>25 mm粒級(jí)塊煤的分選，煤帶矸石率和矸石帶煤率都較低，均在1%～3%之間。

(4)適用于缺水地區(qū)煤炭、褐煤的分選，或井下和露天礦塊煤排矸，有效分選上限達(dá)到300 mm，分選下限已突破至15 mm[9]。

3 改造后的塊煤生產(chǎn)系統(tǒng)原則流程

改造后的塊煤生產(chǎn)系統(tǒng)原則流程如圖3所示。改造后，在原煤準(zhǔn)備車間準(zhǔn)備好的200～40 mm粒級(jí)塊煤經(jīng)301帶式輸送機(jī)運(yùn)至主廠房后，采用302振動(dòng)篩(用于布料)處理；篩上物采用TDS智能干選機(jī)分選，TDS精煤進(jìn)入307刮板輸送機(jī)，TDS矸石經(jīng)304帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載給213帶式輸送機(jī)，并由其將矸石運(yùn)到主廠房外；篩下物進(jìn)入502帶式輸送機(jī)，再對(duì)其進(jìn)行必要的處理。此外，精煤溜槽和矸石溜槽為雙向可切換溜槽，在原煤矸石含量超過60%時(shí)，可一鍵切換為“打煤”工藝，由吹矸石轉(zhuǎn)為吹煤。

圖3 改造后的塊煤生產(chǎn)系統(tǒng)原則流程

4 應(yīng)用效果

4.1 生產(chǎn)效果

2018年1月TDS24-305智能干選機(jī)安裝成功，通過一段時(shí)間的調(diào)試后，生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行正常，生產(chǎn)指標(biāo)趨于穩(wěn)定。在TDS24-305智能干選機(jī)運(yùn)行正常時(shí)，對(duì)其物料進(jìn)行取樣化驗(yàn)，計(jì)算出矸石帶煤率，并將其與跳汰機(jī)的矸石帶煤率指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比[10]。通過兩種分選機(jī)的矸石帶煤率(表1)可以看出：采用跳汰機(jī)分選時(shí)，月均矸石帶煤率比較穩(wěn)定，但指標(biāo)相對(duì)較高；采用TDS24-305智能干選機(jī)分選時(shí)，月均矸石帶煤率明顯降低。

表1 跳汰機(jī)和TDS智能干選機(jī)的矸石帶煤率

通過TDS24-305智能干選機(jī)的精煤帶矸率數(shù)據(jù)(表2)可以看出：精煤帶矸率穩(wěn)定在2%左右，50～40 mm粒級(jí)精煤中的矸石含量相對(duì)較高。

表2 TDS智能干選機(jī)的精煤帶矸率

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

(1)在正常生產(chǎn)時(shí)，TDS24-305智能干選機(jī)系統(tǒng)比跳汰機(jī)系統(tǒng)的總能耗低148 kW·h，按照目前的生產(chǎn)能力3.60 Mt/a、TDS24-305智能干選機(jī)每天運(yùn)行16 h、每年運(yùn)行330 d計(jì)算，預(yù)計(jì)每年可節(jié)約電能781 440 kW·h，電價(jià)按照0.46元/(kW·h)計(jì)算，預(yù)計(jì)每年可節(jié)約電費(fèi)35.95萬元。

(2) 采用跳汰機(jī)分選塊煤時(shí)，需要大量水作為介質(zhì)，除礦井復(fù)用水外，每月還需約2 500 m3清水。采用TDS24-305智能干選機(jī)分選塊煤時(shí)無需清水，按照每噸清水采購價(jià)格4.80元計(jì)算，在TDS24-305智能干選機(jī)運(yùn)行后，預(yù)計(jì)每年可節(jié)約水費(fèi)約14.40萬元。

(3) 按照2017年的原煤產(chǎn)量3.67 Mt、矸石產(chǎn)量15.24萬t計(jì)算，在TDS24-305智能干選機(jī)運(yùn)行后，預(yù)計(jì)每年可多回收精煤4 100 t；精煤銷售價(jià)格按照480元/t計(jì)算，預(yù)計(jì)每年可增加銷售收入196.78萬元。

(4) 跳汰機(jī)分選塊煤時(shí)會(huì)產(chǎn)生次生煤泥，而TDS24-305智能干選機(jī)不會(huì)產(chǎn)生次生煤泥，除矸石外全部作為產(chǎn)品。2017年跳汰機(jī)系統(tǒng)的煤泥含量為1.07%，產(chǎn)量約為3.20萬t，按照精煤與煤泥的銷售差價(jià)300元/t計(jì)算，預(yù)計(jì)每年可創(chuàng)收960萬元。

此外，靈新選煤廠的全員效率得到提高。該選煤廠處理能力為3.60 Mt/a，>40 mm粒級(jí)塊煤的占比為19.50%，即其產(chǎn)量為0.702 Mt/a。原來跳汰機(jī)系統(tǒng)每班需要3人，每天共需12人參加生產(chǎn)，全員效率為177.27 t/(工·日)；現(xiàn)在每班只需要1人，每天共需4人參加生產(chǎn)，全員效率為531.82 t/(工·日)，可見全員效率大幅提高。同時(shí)，TDS24-305智能干選機(jī)無需水，也不產(chǎn)生煤泥，不再向室外煤泥沉淀池排放煤泥水，在減少企業(yè)水資源使用量的同時(shí)，避免了對(duì)環(huán)境造成污染。

5 結(jié)語

為了解決塊煤生產(chǎn)系統(tǒng)存在的問題，靈新選煤廠采用TDS24-305智能干選機(jī)代替跳汰機(jī)，對(duì)200～40 mm粒級(jí)塊煤進(jìn)行分選。在TDS24-305智能干選機(jī)運(yùn)行后，生產(chǎn)系統(tǒng)連續(xù)而穩(wěn)定，產(chǎn)品指標(biāo)持續(xù)穩(wěn)定。根據(jù)現(xiàn)場使用情況來看，TDS24-305智能干選機(jī)能夠創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益，并帶來一定的環(huán)境效益，同時(shí)全員效率得到大幅提升。