張惠林

(中赟國際工程有限公司，河南 鄭州 450007)

趙固二礦選煤廠位于河南省新鄉(xiāng)市輝縣，為礦井型選煤廠，主要分選趙固二礦開采的原煤。該廠2010年6月建成投產(chǎn)，設計處理能力350萬t/a[1，2]，主要采用“80～0mm三產(chǎn)品跳汰分選+粗煤泥分選+煤泥浮選+尾煤壓濾干燥”的聯(lián)合工藝。該廠原煤屬于低灰、特低硫、低磷、較高軟化溫度、較高熱穩(wěn)定性、高強度、弱結渣性、特高發(fā)熱量的二號優(yōu)質無煙煤，可作為化工、高爐噴吹和動力用煤[3-5]。

趙固二礦位于焦作煤田的東部，主要可采煤層為二1層煤。在該煤層中，存在一種厚度不均的夾矸煤，主要由煤與各種礦物相互夾雜、伴生而成。此夾矸煤的量一般占原煤質量的2%～5%，灰分一般為22.00%～35.00%；經(jīng)洗選加工后成為塊中煤，在當?shù)厮追Q為“介石”，密度在1.65～1.85kg/L之間，且硬度高，不易破碎。此類塊中煤，若在選煤廠的塊精煤產(chǎn)品中的含量超過一定比例，會導致塊精煤的灰熔點降低、產(chǎn)氣率下降和氣化效果變差。因此，塊精煤產(chǎn)品的用戶一般要求塊中煤質量占比小于等于3%[6-8]。

1 存在的問題

該廠建成投產(chǎn)三年后，隨著井下開采條件變化，入選原煤中的夾矸煤的比例逐年增加，最大占比可達6%以上，且一直居高不下；原煤的可選性也由建廠時的易選，變?yōu)檩^難選，進而導致了產(chǎn)品質量不穩(wěn)定，塊精煤產(chǎn)品中的塊中煤含量急劇升高至5%以上，產(chǎn)品質量不合格，質量糾紛不斷，產(chǎn)品售價降低，企業(yè)的經(jīng)濟效益大幅下滑。

雖然該廠為了降低塊精煤產(chǎn)品中的塊中煤含量，提高產(chǎn)品質量，進行了局部工藝調整，采用“大排中煤、保塊精煤”的措施，以適應煤質的變化。但此類措施也導致了塊精煤產(chǎn)量降低和經(jīng)濟效益的降低，無法從根本上徹底解決問題。因此，為了提高產(chǎn)品質量和企業(yè)經(jīng)濟效益，必須對現(xiàn)有的跳汰分選工藝進行徹底的改造。

2 工藝改造設計

2.1 改造前主選工藝

該廠改造前主選工藝為單一的三產(chǎn)品跳汰分選工藝，主要采用2臺27.5m2的三產(chǎn)品跳汰機，對粒度小于80mm的原煤進行分選，得到精煤、中煤和矸石。跳汰精煤經(jīng)雙層脫水直線篩(上層篩孔?1=10mm，下層篩孔?2=1.0mm)脫水，得到塊煤(80～10mm)和末煤(-10mm)，其中末煤(-10mm)進入離心脫水機繼續(xù)脫水，得到最終的洗末煤(-10mm)產(chǎn)品。跳汰中煤經(jīng)中煤斗提機提升、脫水后，落入中煤脫水篩(篩孔1.0mm)進行二次脫水，得到中煤產(chǎn)品；當不需要生產(chǎn)中煤時，中煤也可以通過水沖溜槽，返回跳汰機再選。跳汰選出的矸石經(jīng)矸石斗提機提升、脫水后，落入矸石脫水篩(篩孔1.0mm)進行二次脫水，得到矸石產(chǎn)品。各個產(chǎn)品脫水篩的篩下煤泥水和末煤離心機的離心液，通過管道自流進入煤泥水系統(tǒng)進行處理，如圖1所示。

圖1 改造前跳汰工藝流程

2.2 跳汰、重介淺槽工藝比選

為了徹底解決塊煤(80～10mm)中的塊中煤含量超標的問題，必須對跳汰塊煤進行再選，從而得到高質量的塊煤和塊中煤產(chǎn)品。目前，對于塊煤產(chǎn)品進行再選的工藝有跳汰工藝、重介淺槽工藝兩種，兩者的優(yōu)缺點對比見表1[9-12]。

該廠跳汰塊煤產(chǎn)品的可選性為較難選，結合表1可知，跳汰工藝對于難選煤的分選精度較差，因此該項目優(yōu)先考慮采用分選精度較高的重介淺槽分選的工藝，對跳汰塊煤產(chǎn)品進行再選。

表1 跳汰、重介淺槽優(yōu)缺點對比表

2.3 重介淺槽再選工藝設計

在跳汰產(chǎn)品脫水篩的出料端，新增2套塊煤重介淺槽再選系統(tǒng)，對跳汰塊煤(80～10mm)產(chǎn)品進行再選，降低塊中煤含量，得到高質量的塊精煤和塊中煤產(chǎn)品，具體流程設計如下：

跳汰塊煤(80～10mm)經(jīng)脫水篩脫水、分級后，直接進入2臺新增的重介質淺槽分選機進行再選。其中分選出的重介塊煤(80～10mm)，通過溜槽進入2臺新增的重介產(chǎn)品雙層直線脫介篩(篩上篩孔?1=10mm，篩下篩孔?2=1.0mm)進行脫介、分級，得到的篩上塊煤(80～10mm)產(chǎn)品落至原813#塊煤輸送帶，并運至塊煤倉上的雙層分級篩。倉上的雙層分級篩對重介塊煤產(chǎn)品進行分級后，得到特優(yōu)塊煤(60～80mm)、2#中塊煤(30～60mm)、洗小塊煤(13～30mm)、洗粒煤(10～13mm)等產(chǎn)品。重介產(chǎn)品雙層直線脫介篩得到的洗末煤(10～1.0mm)，直接摻入原系統(tǒng)的洗末煤產(chǎn)品。

重介淺槽分選出的重產(chǎn)物(塊中煤)，采用刮板機輸送至塊中煤脫介直線篩(上層篩孔?1=30mm，下層篩孔?2=1.0mm)進行脫介、分級，得到的篩上的大塊物料(80～30mm)，進入分級破碎機，破碎至-30mm，然后返回重介系統(tǒng)再選。塊中煤脫介直線篩篩出的中間物料(30～1.0mm)，進入一臺分級破碎機，破碎至-10mm，然后摻入洗末煤。改造后的工藝流程如圖2所示。

2.4 主要設備選型

依據(jù)《煤炭洗選工程設計規(guī)范》(GB 50359—2016)的標準，該項目分選系統(tǒng)不均衡系數(shù)取1.15，煤泥水和重介質懸浮液系統(tǒng)不均衡系數(shù)取1.25。主要設備選型計算結果，見表2。

3 工藝布置

工藝設備布置需充分考慮現(xiàn)場實際情況，在已有空間內(nèi)，合理布局，優(yōu)化設計，既要實現(xiàn)功能，又能留夠檢修空間[13-16]。該項目進行改造設計時，雖多處受到空間限制，但新增系統(tǒng)依然能夠與原有系統(tǒng)實現(xiàn)靈活、有機的銜接，具體介紹如下：

圖2 新增重介再選工藝流程

表2 主要工藝設備選型計算表

3.1 重介質淺槽再選系統(tǒng)

將兩臺AFX8/54型淺槽分選機布置在主廠房9.30m層，分別與兩臺原跳汰塊煤脫水篩串聯(lián)布置。原跳汰塊煤脫水篩的篩上物料(80～10mm)通過溜槽進入重介淺槽分選機再選，得到重介塊精煤和塊中煤產(chǎn)品。淺槽分選系統(tǒng)設備布置如圖3、圖4所示。

圖3 主廠房9.3m、塊中煤處理車間6.8m平面圖

圖4 主廠房剖面圖

系統(tǒng)設計時考慮了選擇跳汰塊煤是否進入重介淺槽再選的靈活性。但由于現(xiàn)場空間受限，為了實現(xiàn)此功能，需取消淺槽分選機自帶的水平流給料箱，將重介淺槽分選機水平流的介質管道布置在淺槽分選機入料溜槽上方，使入料溜槽同時具備了給料、供介的功能，具體做法如圖5所示。

圖5 重介淺槽入料溜槽示意

圖6 重介淺槽溢流溜槽示意

在重介淺槽入料溜槽下方，設置有2個特制的液壓平板閘門，當1#平板閘門開啟，2#平板閘門關閉時，跳汰塊煤進入重介淺槽分選機再選。當1#平板閘門關閉，2#平板閘門開啟時，跳汰塊煤進入原塊煤產(chǎn)品輸送帶，直接作為產(chǎn)品入倉。此功能能夠保證工藝靈活性，且當淺槽系統(tǒng)故障檢修時，原系統(tǒng)也能夠維持生產(chǎn)。

重介淺槽分選出的塊煤，進入雙層直線振動脫介篩，進行脫介和分級。由于該項目為改造項目，現(xiàn)場空間十分狹小，為提高塊精煤脫介效率、減少塊煤的破碎率，重介淺槽的溢流溜槽采用了折返式設計，其上部設置了固定脫介篩，中部設置了L型“煤砸煤”式防破碎拐段，如圖6所示。溜槽上的固定篩篩孔為1.0mm，其篩下的合格介質通過管道，除一部分合格介質分流至稀介質桶外，其余均回流至合格介質桶。

重介雙層直線振動脫介篩布置在重介淺槽的下層樓板，即主廠房4.20m層。為了保證脫介效率，雙層脫介篩的上層設置三道噴水，下層設置一道噴水，如圖7所示。

每臺直線脫介篩的篩下溜槽分為兩段，入料端為合格介質段，出料端為稀介質段，其中合格介質段約占篩長的1/3，稀介質段約占篩長的2/3。合介段的合介回流至合介桶，稀介段的稀介質自流至稀介桶。

圖7 雙層脫介篩噴水管道示意(mm)

3.2 塊中煤脫介、破碎系統(tǒng)

受空間限制，塊中煤脫介篩無法布置在主廠房內(nèi)。因此在緊鄰主廠房的南側，建設一座塊中煤處理車間。將新增的365#雙層重介塊中煤脫介篩布置在該車間的6.80m層，369#小塊中煤(-30mm)破碎機布置脫介篩的下層，即4.70m層。兩臺重介淺槽分選出的塊中煤，通過新增的372#密封刮板輸送機，輸送至塊中煤脫介篩，進行脫介和分級。脫介后的大塊中煤(80～30mm)，通過390#轉載輸送帶，轉運至391#大塊中煤破碎機，然后破碎至-30mm。破碎后的中煤，通過斗提機轉載至淺槽分選系統(tǒng)再選。365#脫介篩得到的小塊中煤(30～1.0mm)，通過溜槽進入369#小塊中煤破碎機，破碎至-10mm，后落至原814#篩末煤輸送帶，直接摻入篩末煤產(chǎn)品，如圖8所示。

圖8 塊中煤處理車間剖面圖

4 磁鐵礦粉回收系統(tǒng)

將兩臺磁選機布置在主廠房的9.3m層，即與重介淺槽布置在同一層。為了提高磁選機精礦的脫除效率，兩臺磁選機的滾筒上均設置噴水。噴水管道上設置手動閥門，可對噴水量進行調節(jié)。磁選機的精礦通過管道輸送至合介桶。磁選尾礦進入煤泥水池或濃縮池。

5 改造效果

5.1 塊煤產(chǎn)品中的塊中煤含量日常檢查結果

該項目2016年完成了技術改造，并一次性試車成功，各項指標良好，噸煤磁鐵礦粉耗量低于0.49kg。根據(jù)2017年1月的日常產(chǎn)品質量檢查結果，繪制了改造前后塊精煤(80～10mm)中的塊中煤含量趨勢圖(圖9)。

圖9 改造前后塊精煤中的塊中煤 含量日常檢查結果趨勢圖

從圖9可知，改造前塊精煤中的塊中煤含量均值在6%左右，產(chǎn)品質量不合格；改造后塊精煤中的塊中煤含量均值在2.50%左右，小于3.00%，產(chǎn)品質量合格。

5.2 經(jīng)濟效益

按照年入洗350萬t原煤，特優(yōu)中塊產(chǎn)率為6.08%，2#中塊產(chǎn)率為13.87%，洗小塊產(chǎn)率為17.46%，粒煤產(chǎn)率為4.19%，塊煤綜合產(chǎn)率為41.6%，矸石產(chǎn)率為16.71%進行測算。噸入洗塊煤的磁鐵礦粉耗量為0.49kg，磁鐵礦粉價格為1700元/t，折算出成噸原煤介耗成本為0.347元。重介系統(tǒng)電耗約0.68(kW·h)/t，電價0.72元/(kW·h)，折算成噸原煤成本為0.20元。重介系統(tǒng)總投資2287.22萬元，其中土建286.64萬元，設備費1321.66萬元，安裝費419.59萬元，每年折舊費為145.63萬元，折算成噸原煤成本為0.416元。其他材料費折算成噸原煤為0.343元，人工費增加0.137元/t。因此，重介質淺槽再選系統(tǒng)投產(chǎn)后，入洗原煤成本共增加1.443元/t。

技術改造前、后原煤的綜合售價分別為510.32元/t、518.01元/t，改造后噸原煤綜合售價增加7.69元。因此，改造后入洗一噸原煤的收入增加6.247元，每年可增加收入2186.45萬元。項目總投資為2287.22萬元，項目投資回收期為1.05a。因此，該項目的經(jīng)濟效益十分顯著。

6 結 論

1)改造完成后，塊精煤中的塊中煤產(chǎn)率均值由6%降至2.50%左右，小于3.0%，滿足產(chǎn)品質量要求。

2)改造后選煤廠每年增加收入2186.45萬元，投資回收期為1.05a，經(jīng)濟效益十分顯著。

3)塊精煤重介淺槽再選工藝能夠徹底解決該廠塊煤產(chǎn)品中的塊中煤含量超標的問題，并能夠取得了良好的經(jīng)濟效益。為焦作礦區(qū)的其他跳汰選煤廠在降低塊煤中的塊中煤含量方面提供了借鑒。