張國(guó)祥，吳朝蕩，程翔銳

(1.淮北礦業(yè)集團(tuán)運(yùn)銷分公司，安徽 淮北 235000；2.北京國(guó)華科技集團(tuán)有限公司，北京 101300)

1 選煤廠概況

淮北礦業(yè)集團(tuán)臨渙選煤廠座落在安徽省淮北市濉溪縣境內(nèi)，分為東區(qū)和西區(qū)，東區(qū)于1990年6月建成投產(chǎn)，原設(shè)計(jì)年入選原煤能力為300萬(wàn)t，主要分選設(shè)備為2臺(tái)3GHMC1200/850型三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器。2004年?yáng)|區(qū)擴(kuò)能，增加一套新系統(tǒng)，新系統(tǒng)的主要分選設(shè)備為1臺(tái)3GHMC1300/920型三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器，至此東區(qū)年設(shè)計(jì)處理能力增至450萬(wàn)t。西區(qū)于2010建成投產(chǎn)，年設(shè)計(jì)處理能力800萬(wàn)t，由3個(gè)系統(tǒng)組成，在每個(gè)系統(tǒng)中，由2臺(tái)3GHMC1300/920型三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器作為主要分選設(shè)備。隨著西區(qū)的全面投產(chǎn)，臨渙選煤廠實(shí)際年入選能力達(dá)到1 600萬(wàn)t，成為亞洲最大的集中型煉焦煤選煤廠，實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)，帶動(dòng)了淮北礦業(yè)集團(tuán)煤基多元化產(chǎn)業(yè)鏈中焦化、鹽化、電化等產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展。

近年來，該廠入選原煤煤質(zhì)及可選性波動(dòng)較大，原有三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器出現(xiàn)了入料粒度上限小，高含矸量時(shí)排矸能力不足、重懸浮液入口壓力高、功耗高等問題，已不能滿足生產(chǎn)及節(jié)能降耗的要求。為適應(yīng)臨渙選煤廠工藝需求，2018年1月，將選煤廠西區(qū)1號(hào)系統(tǒng)2臺(tái)3GHMC1300/920型無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器更換為1臺(tái)S-3GHMC870/410新型原煤重介質(zhì)旋流器。

2 改造方案

2.1 現(xiàn)狀分析

臨渙選煤廠東、西區(qū)現(xiàn)有系統(tǒng)實(shí)際生產(chǎn)能力核定如表1所示。

當(dāng)入選優(yōu)質(zhì)煤時(shí)，精煤產(chǎn)率高，精煤處理環(huán)節(jié)成為提高入選量的瓶頸，東、西區(qū)系統(tǒng)當(dāng)前精煤脫介篩最大處理能力均為480 t/h，按精煤產(chǎn)率折算原煤最大處理能力可達(dá)到685 t/h。

當(dāng)入選中等質(zhì)量煤時(shí)，矸石產(chǎn)率高，煤泥量大，矸石及煤泥處理能力成為提高入選量的瓶頸。東區(qū)系統(tǒng)的當(dāng)前矸石脫介篩最大可處理能力300 t/h；西區(qū)系統(tǒng)的矸石脫介篩最大處理能力360 t/h，但均受限于精煤泥離心機(jī)處理能力(其最大可處理80 t/h粗精煤泥)，折算原煤最大入選能力697 t/h。

表1 選煤廠現(xiàn)有系統(tǒng)生產(chǎn)能力核定(原煤重介質(zhì)旋流器因素除外)

注：東區(qū)、西區(qū)優(yōu)質(zhì)煤生產(chǎn)能力均受限于精煤(水平直線)脫介篩(東區(qū)4臺(tái)3673，西區(qū)4臺(tái)3661)的處理能力；東區(qū)、西區(qū)中質(zhì)煤生產(chǎn)能力均受限于2臺(tái)φ1 200 mm立式精煤泥離心機(jī)的處理能力。

2.2 改造方案分析

本著節(jié)省投資，同時(shí)充分利用現(xiàn)有設(shè)備，盡量少增加或不增加設(shè)備，最大限度提高系統(tǒng)處理能力的原則，提出如下改造方案：

(1)東區(qū)將2臺(tái)3GHMC1200/850型重介質(zhì)旋流器更換為1臺(tái)S-3GHMC870/340(最大處理能力/最大排矸能力)新型原煤重介質(zhì)旋流器，西區(qū)車間可將2臺(tái)3GHMC1300/920重介質(zhì)旋流器更換為1臺(tái)S-3GHMC870/410新型原煤重介質(zhì)旋流器，可使分選環(huán)節(jié)滿足原料煤入洗能力800 t/h的要求；

(2)恢復(fù)(或增加)煤泥重介系統(tǒng)；

(3)停開水力分級(jí)旋流器，增加4臺(tái)3.6 m寬精煤泥弧形篩和1臺(tái)直徑1.2 m的精煤泥離心機(jī)，使精煤泥離心機(jī)的處理能力能滿足原煤入洗能力800 t/h的要求。

根據(jù)上述改造方案，重新核定原煤的入選能力，如表2所示。

當(dāng)精煤產(chǎn)率在60%～70%時(shí)，根據(jù)現(xiàn)有脫介篩的處理能力，東區(qū)原煤入選量可調(diào)整為750～685 t/h，西區(qū)原煤入選量可調(diào)整為800～685 t/h。

表2 按改造方案核定的選煤廠生產(chǎn)能力

當(dāng)精煤產(chǎn)率不大于60%時(shí)，西區(qū)現(xiàn)有脫介篩均能滿足原煤入選能力800 t/h的要求；東區(qū)如矸石產(chǎn)率不大于37.5%時(shí)，現(xiàn)有脫介篩均能滿足原煤入選能力800 t/h的要求，如矸石產(chǎn)率在37.5%～40%時(shí)，由于矸石脫介篩的最大處理能力為300 t/h，原煤入選量可能需調(diào)整為800～750 t/h。

2.3 方案確定

綜合考慮，最終確定將臨渙選煤廠西區(qū)1號(hào)系統(tǒng)的2臺(tái)3GHMC1300/920重介質(zhì)旋流器更換為1臺(tái)S-3GHMC870/410新型原煤重介質(zhì)旋流器。

3 新型旋流器簡(jiǎn)介

3.1 結(jié)構(gòu)特征

新型原煤重介質(zhì)旋流器由一段圓筒形和二段圓筒—圓錐形旋流器串聯(lián)而成，重懸浮液以一定的壓力沿一段旋流器切線方向給入，原料煤則依靠自重(位能)由一段旋流器頂部中心處給入，以單一低密度重懸浮液一次分選出輕產(chǎn)物、中間密度產(chǎn)物和矸石3種產(chǎn)品。新型原煤重介質(zhì)旋流器的結(jié)構(gòu)示意見圖1。

圖1 新型原煤重介質(zhì)旋流器結(jié)構(gòu)示意

3.2 工作原理

重介質(zhì)懸浮液以一定的壓力沿一段旋流器切線方向給入；原料煤靠重力由一段旋流器頂部中心處給入。在離心力作用下，物料按密度分層，重物料向旋流器壁移動(dòng)，在外螺旋的軸向速度作用下，由底流口進(jìn)入第二段旋流器，輕物料則移向中心空氣柱并隨著中心內(nèi)螺旋流排出，即為輕產(chǎn)品。由于進(jìn)入第二段旋流器的懸浮液在一段旋流器內(nèi)受離心力場(chǎng)作用而密度增加，使得二段旋流器的分離密度更高，從而分選出中間密度產(chǎn)物和矸石。

3.3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

(1)處理能力大。通過對(duì)結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化，加大了旋流器內(nèi)的剪切力以降低結(jié)構(gòu)性粘度，打破了一般重介質(zhì)旋流器處理能力與直徑D2.2的比值k為200的傳統(tǒng)，也突破了國(guó)華科技重介質(zhì)旋流器處理能力與D2.4的比值k為220的局限，將k值提高到440，達(dá)到同規(guī)格重介質(zhì)旋流器的2倍。

T=kD2.4

式中：T為處理能力， t/h；D為旋流器圓筒段直徑，m；k為系數(shù)。

(2)分選精度高。通過大量實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和半工業(yè)性試驗(yàn)，不斷改進(jìn)結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)參數(shù)和工藝參數(shù)，并利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬、反饋，最終確保對(duì)0.5 mm以上粒級(jí)的一、二段分選可能偏差分別達(dá)到0.02～0.03 kg/L和0.03～0.04 kg/L，對(duì)0.5～0.25 mm粒級(jí)的分選可能偏差不大于0.10 kg/L，有效分選下限不大于0.25 mm。

(3)高排矸量的適應(yīng)性。通過試驗(yàn)研究，對(duì)旋流器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整，大幅度調(diào)整了一二段的直徑比和二段錐比；取消了二段密度在線調(diào)節(jié)裝置，在不影響分選精度的同時(shí)簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，增大了二段分選密度的調(diào)節(jié)幅度。排矸能力達(dá)到了原料煤量的70%，大大提高了對(duì)各種煤質(zhì)的適應(yīng)能力。

(4)節(jié)能降耗明顯。由于新型原煤重介質(zhì)旋流器在相同處理能力和分選精度的情況下，入料壓力大幅降低，噸煤電耗比同規(guī)格的三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器降低了20%～40%。

4 入洗原料煤性質(zhì)

4.1 粒度組成

入洗原料煤粒度組成見表3。

表3 原煤粒度組成

由表3可知，原煤中原生煤泥含量為24.90%；6～0.5 mm粒級(jí)含量為36.22%；小于6 mm末煤量為61.12%，粒度較細(xì)，增加了旋流器分選難度。

4.2 密度組成

計(jì)算入料的密度組成見表4。由表4可知：

(1)原料煤中小于1.3 kg/L密度級(jí)的灰分低，僅為2.70%；小于1.50 kg/L密度級(jí)的產(chǎn)率僅為48.24%，加權(quán)平均灰分為8.84%。

(2)原料煤中1.50～1.80 kg/L中間密度級(jí)產(chǎn)率僅為10.97 %。

(3)原料煤中大于1.80 kg/L密度級(jí)產(chǎn)率為40.97%。

綜上所述，選煤廠入選原料煤屬高灰分、高含矸煤，純矸石灰分較高，中間物含量相對(duì)較少，對(duì)重介質(zhì)分選有利。根據(jù)表2繪制的可選性曲線見圖2。當(dāng)重介質(zhì)選精煤灰分為9.22%時(shí)，產(chǎn)品的理論產(chǎn)率為49.38%，理論分選密度為1.513 kg/L，δ±0.1含量為10.99%。根據(jù)GB/T16417《煤炭可選性評(píng)價(jià)方法》，扣除原料煤中大于2.00 kg/L矸石產(chǎn)率后δ±0.1含量為21.72%(扣沉矸)，屬于較難選煤等級(jí)。

圖2 原料煤可選性曲線

表4 計(jì)算原料煤密度組成

5 工藝指標(biāo)分析

5.1 可能偏差

可能偏差是由各密度物分配率繪制而成的分配曲線上求得的。依據(jù)GB/T15715《煤用重選設(shè)備工藝性能評(píng)定方法》對(duì)S-3GHMC870/410型旋流器進(jìn)行單機(jī)檢測(cè)，并對(duì)精煤、中煤、矸石進(jìn)行產(chǎn)率計(jì)算，得到了計(jì)算入料的密度組成，旋流器一、二段分配率，并以此繪制分配曲線，分別見表5和圖3。

表5 原料煤及各產(chǎn)物分配率計(jì)算結(jié)果

圖3 分配曲線

通過單機(jī)試驗(yàn)得出可能偏差Ep指標(biāo)：一段可能偏差Ep1為0.033 kg/L，二段可能偏差Ep2為0.027 kg/L。

由圖3所示，兩條分配曲線中間段趨近于垂線，這表明該設(shè)備的分選精度很高。由圖3查得一段實(shí)際分選密度1.504 kg/L，由圖2查得的理論分選密度為1.513 kg/L，相差0.009 kg/L，表明該設(shè)備分選精度極高。二段實(shí)際分選密度為1.943 kg/L，表明二段是在高密度介質(zhì)條件下排矸，且選出的矸石灰分較高。

5.2 數(shù)量效率

數(shù)量效率ηc是相同灰分條件下精煤實(shí)際產(chǎn)率與理論產(chǎn)率的比值。本次試驗(yàn)的原料煤δ±0.1含量(扣除沉矸)為21.7%，屬較難選煤，ηc為98.74%。而2008年8月測(cè)定3GHMC1300/920型重介質(zhì)旋流器時(shí)，原料煤δ±0.1含量(扣除沉矸)為19.5%，屬中等可選性煤，ηc為98.15%。前者的數(shù)量效率比后者高0.59個(gè)百分點(diǎn)。

5.3 指標(biāo)對(duì)比

單機(jī)檢查指標(biāo)表明(見表6)，臨渙選煤廠用1臺(tái)S-3GHMC870/410型重介質(zhì)旋流器取代原有的2臺(tái)3GHMC1300/920型無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的技改項(xiàng)目是成功的。

6 經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益分析

6.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

(1)處理能力。新型旋流器實(shí)測(cè)原料煤處理量達(dá)800 t/h，而原有3GDMC1300/920型重介質(zhì)旋流器處理量為335 t/h，前者是后者的2.38倍。

(2)噸煤電耗。重介質(zhì)旋流器的原動(dòng)力來自合格介質(zhì)泵，泵的電動(dòng)機(jī)軸功率P按下式計(jì)算：

式中：實(shí)測(cè)電壓U=6 kV，實(shí)測(cè)電流I=94 A，電動(dòng)機(jī)銘牌功率因數(shù)cosφ=0.80，實(shí)測(cè)軸功率P=781.5 kW。

表6 改造前后重介旋流器指標(biāo)對(duì)比

得到新型旋流器噸煤電耗781.5/810=0.96 kW·h；而3GDMC1300/920A型旋流器噸煤電耗為1.37 kW·h，兩者相比，前者節(jié)電29.20%，節(jié)能效果可觀。

(3)排矸能力增強(qiáng)。排矸能力是設(shè)備的排矸量和入料粒度上限的綜合表現(xiàn)。S-3GHMC870/410重介質(zhì)旋流器最大排矸量為410 t/h，入料粒度上限達(dá)150 mm。設(shè)備排矸能力大大提高，尤其是增加了一、二段旋流器連接部位的橫截面積，杜絕了旋流器堵塞事故的發(fā)生。

(4)效益測(cè)算。新型原煤重介質(zhì)旋流器系統(tǒng)投入使用后，提高了系統(tǒng)原煤小時(shí)處理量，降低了噸煤電耗，節(jié)約了噸煤加工成本；用一套新型原煤重介質(zhì)旋流器系統(tǒng)替換了原有的兩套重介質(zhì)旋流器系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高了分選系統(tǒng)整體的分選精度，提高了精煤產(chǎn)率，使選煤廠獲得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

入選原煤價(jià)格413.65元/t；銷售精煤價(jià)格930.98元/t；銷售中煤價(jià)格267.07元/t；改造后噸煤加工費(fèi)27.91元/t；改造前噸煤加工費(fèi)30.53元/t。根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，改造前處理量為644.41 t/h，改造后處理量為729.93 t/h。根據(jù)原料煤價(jià)格、分選后產(chǎn)品價(jià)格、噸煤加工費(fèi)及生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算可知，改造后每入選1 t原料煤可獲稅前利潤(rùn)55.13元。按每年生產(chǎn)330 d，每天生產(chǎn)16 h計(jì)算，改造后每年可增加入選原料煤量45.15萬(wàn)t。項(xiàng)目實(shí)施后原料煤入洗量增加帶來的稅前利潤(rùn)為2 489.1萬(wàn)元。

6.2 社會(huì)效益分析

臨渙選煤廠成功應(yīng)用新型原煤重介質(zhì)旋流器，在提高原料煤入洗量的同時(shí)，也提高了精煤產(chǎn)率，節(jié)約了資源，降低了噸煤電耗，節(jié)約了加工成本，符合國(guó)家“節(jié)能降耗”的方針政策，對(duì)淮北礦業(yè)集團(tuán)乃至全國(guó)起到了示范作用，也對(duì)選煤技術(shù)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。

7 結(jié) 語(yǔ)

臨渙選煤廠用1臺(tái)S-3GHMC870/410型新型原煤重介質(zhì)旋流器置換2臺(tái)3GDMC1300/920A型旋流器的技改項(xiàng)目取得了成功。試驗(yàn)表明，新型原煤重介質(zhì)旋流器具有處理能力大、電耗低、入料上限高、排矸能力強(qiáng)、堵塞串接口極少等特點(diǎn)，同時(shí)具有分選可能偏差小、數(shù)量效率高的優(yōu)良工藝效果。目前，淮北礦區(qū)煉焦煤選煤廠正在積極推廣這種新型原煤重介質(zhì)旋流器，其中臨渙選煤廠其余生產(chǎn)系統(tǒng)與渦北選煤廠均已啟動(dòng)了新型原煤重介質(zhì)旋流器的技術(shù)改造。