白 龍，白小軍，朱子祺，張佳彬，周瑞通

(國能神東煤炭集團有限責任公司石圪臺選煤廠，陜西 神木 719315)

0 引言

隨著環(huán)保要求越來越高、資源越來越緊張，對煤炭開采提出了更高的要求，要求更高的資源回收率、更低的生產成本、更少的資源浪費[1-3]。在這種形勢下，僅依靠提高產量來提高經濟效益已經行不通；煤礦企業(yè)的管理趨于正規(guī)化，礦井年處理能力不變的情況下，向產品質量要效益顯得越來越重要，選煤廠商品煤的提質已成為增加效益的主要途徑，而影響動力煤煤質的2個主要因素分別是灰分和水分，所以商品煤提質的主要途徑是增加入洗量排出矸石同時控制產品水分。

石圪臺選煤廠設計采用原煤13 mm分級塊煤重介淺槽分選機、末煤兩產品重介旋流器分選、粗煤泥螺旋分選機分選、細煤泥加壓過濾機板框壓濾機聯(lián)合回收的工藝。

1 制約因素

針對日益迫切的提高產品質量的需求，石圪臺選煤廠對原有生產系統(tǒng)進行了研究，分析制約提質的主要因素。

1.1 入洗率未達到設計要求

石圪臺選煤廠設計原煤13 mm分級、塊煤系統(tǒng)設計處理量1 200 t/h，由于原煤煤質水分較設計用原煤煤質增加，粒度組成發(fā)生變化，并且出現(xiàn)泥化現(xiàn)象，導致原煤13 mm分級效果差，大量的粉煤進入塊煤系統(tǒng)，導致塊煤系統(tǒng)煤泥含量增加，進入介質系統(tǒng)后導致介質系統(tǒng)穩(wěn)定性差、分選效果降低、脫介效果變差，最終影響商品煤的發(fā)熱量，故根據現(xiàn)場實際煤質情況采用25 mm分級，提高原煤分級效果。采用25 mm原煤分級之后，進入塊煤系統(tǒng)的原煤量降低，僅為900 t/h，對此需采用更高效率的分級方式降低分級粒度、保證分級效果[4-6]。

塊煤分選系統(tǒng)的精煤設計采用雙層精煤篩實現(xiàn)脫水、脫介和產品分級，上層分級采用13 mm分級，下層采用1.5 mm脫介，上層產品作為塊精煤既可以單獨作為最終產品銷售，也可以經過塊精煤破碎機破碎之后作為末精煤或者摻入混煤銷售，下層產品作為末精煤產品進一步離心脫水之后摻入混煤銷售。經過前期探索實踐，通過增加原煤小時量的方式檢測塊煤系統(tǒng)的整體過煤量時，作為塊煤分選系統(tǒng)的下游設備，出現(xiàn)塊精煤破碎機過負荷和末精煤去往離心機的溜槽防堵頻繁動作的問題。

1.2 細煤泥產品水分高

石圪臺選煤廠原煤細煤泥含量占原煤的10%，原有的生產組織方式為塊煤全入洗，末煤部分入洗，整體入洗率77%，細煤泥小時量120 t，采用3臺型號為GPJ120的加壓過濾和3臺過濾面積為800 m2的快開隔膜式壓濾機脫水處理，整體水分在33%以上，分析原因主要是超細粒級含量太多導致，細煤泥粒度組成表明<0.074 mm的物料占50%以上，特殊時期能達到70%，這部分物料極易堵塞濾布空隙，造成透水困難，導致煤泥產品水分高[7-9]。

1.3 煤泥系統(tǒng)處理能力不足

煤泥處理時，入洗塊原煤和末原煤經過1.5 mm脫泥之后煤泥水集中進入原生煤泥桶，用泵輸送至原生煤泥分級旋流器，溢流進入濃縮池沉降濃縮，底流進入螺旋分選機進行分選，螺旋精礦由精礦桶收集。通過精礦泵輸送至精煤分級旋流器，精煤旋流器的溢流進入濃縮池沉降濃縮，底流進入精煤弧形篩進行脫水，精煤弧形篩的篩下物返回精礦桶進行循環(huán)，精煤弧形篩篩上物進入離心機進一步脫水，離心液泵送至精礦桶進行循環(huán)，離心機脫水后的產物摻入混煤銷售。螺旋尾礦主要是矸石泥，由矸石桶收集，通過矸石泵輸送至矸石分級旋流器，溢流進入濃縮池，底流經過弧形篩+高頻篩脫水，篩下物返回原生煤泥桶循環(huán)處理，篩上物外排。存在的主要問題是粉矸石在系統(tǒng)的浸泡時間長、多次內部大循環(huán)、多次泵送造成過粉碎、泥化嚴重，這部分矸石泥粉碎泥化后表面性質發(fā)生變化，難凝聚、難沉降、難過濾，導致濃縮池內煤泥沉降困難、煤泥脫水設備脫水難度大、脫水效率低下，煤泥排不出去，造成循環(huán)水發(fā)黑、濃縮池扭矩持續(xù)增大，限制了入洗量進一步提升，在煤質穩(wěn)定的情況下塊煤入洗量900 t/h，末煤入洗量僅僅達到660 t/h(設計900 t/h)。同時，這部分粉矸石灰分高，泥化之后無法通過螺旋分選機有效進行分選排出，最終隨著細煤泥進入了細煤泥處理系統(tǒng)摻入混煤銷售，影響混煤的灰分[10-11]。

2 前期改造

2.1 主要改造內容

板框壓濾機使用效果提升：主要通過提高崗位操作技能、加強設備維護和管理、加強濾布的清洗工作和通過二次旋流器向板框壓濾機入料摻粗從而改變板框壓濾機入料粒度組成，產品水分由33.26%降低到了31.48%，效率提高了20%，單臺處理能力由120 t/班提高到了144 t/班。

砂水分離器應用：針對矸石泥進入煤泥水系統(tǒng)影響煤泥系統(tǒng)處理效率同時造成煤泥灰分增加的問題，自主設計制造了砂水分離器，首次采用污水處理行業(yè)的砂水分離器，直接用于螺旋分選機矸石產品脫泥、脫水高頻篩篩下高灰矸石泥的預處理，將高頻篩篩下易泥化的高灰矸石泥盡快排出，減輕煤泥水系統(tǒng)負荷的同時提高了煤泥產品的發(fā)熱量，節(jié)約了煤泥系統(tǒng)的生產成本，混煤發(fā)熱量可以提高102.6 kJ，全年可節(jié)約藥劑成本和電費成本63.8萬元。

助濾劑添加和入料摻粗：針對加壓過濾機排料時間長和產品水分高的問題，選煤廠采用了助濾劑添加工藝和入料摻粗工藝。助濾劑添加工藝主要是向加壓過濾機的入料桶添加陽離子(聚合氯化鋁)，改變煤泥表面化學性質，減少煤泥表面的親水性，便于煤泥凝聚成團的同時更加有利于水分的脫除。入料摻粗工藝主要是針對入料細粒級含量高的問題，通過摻粗的方式增加濾餅的透氣率，更有利于壓縮空氣穿過濾餅進入濾腔內將水分脫除，同時增加了濾餅的厚度，提高了加壓過濾機的處理能力。加壓過濾的排料時間縮短了350 s，由800 s降低至450 s，處理能力提高了40%以上。

煤泥干燥：針對細煤泥產品水分高、入洗量越大煤泥水分對指標的影響越大的問題，石圪臺選煤廠引進了煤泥干燥工藝，將通過加壓過濾機和板框壓濾機的產品經過煤泥干燥系統(tǒng)進行干燥，產品水分從平均33%降低到了18%以下，煤泥發(fā)熱量提高2 775.3 kJ，摻入混煤之后，混煤整體發(fā)熱量提高了167.44 kJ。

收口角度和排料口直徑改造：針對塊煤系統(tǒng)末精煤去往離心機的溜槽防堵頻繁動作的問題，通過對設備選型以及現(xiàn)場使員工情況分析，單臺實際過煤量為150 t/h，單臺離心機設計處理能力為250 t/h，符合生產要求?，F(xiàn)場分析發(fā)現(xiàn)離心機產品水分、運行電流、設備振動等均在設計范圍之內，無明顯過負荷，初步預測是因為離心機入料溜槽結構不合理，通過對收口角度和排料口直徑進行改造，解決了塊煤系統(tǒng)末精煤去往離心機的溜槽防堵頻繁動作的問題。

2.2 入洗率未達到設計要求

通過前期改造有效解決了細煤泥水分高、煤泥處理設備效率低、矸石泥灰分導致混煤灰分升高、塊煤系統(tǒng)末精煤去往離心機的溜槽防堵頻繁動作的問題，使得末煤系統(tǒng)處理能力基本達到設計值900 t/h，但對于塊煤系統(tǒng)能力最大化以及應對矸石泥化嚴重的問題無明顯改善。針對塊煤系統(tǒng)能力最大化和矸石泥化對分選系統(tǒng)的加量的影響，需要從篩分效率的提升、煤泥系統(tǒng)的增量、加藥系統(tǒng)的優(yōu)化、塊煤精煤瓶頸設備改造、人員管理等方面，開展進一步優(yōu)化改造。

3 優(yōu)化改造實踐

3.1 高效篩板的應用

應用方式：原煤分級篩原設計采用市場常見的不銹鋼沖孔篩板、編織篩版和普通聚氨酯篩板，使用過程中發(fā)現(xiàn)13 mm分級效率低，大量的末煤進入塊煤系統(tǒng)影響塊煤系統(tǒng)正常運行，特別是原煤水分增大的時候、泥化更加嚴重，導致篩板堵塞現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，只能減量生產，對選煤廠的正常生產造成極大的影響，故采用25 mm對原煤進行分級。石圪臺選煤廠經過前期探索和研究，認為鋼的材質性能決定鋼質篩板很難實現(xiàn)將振動篩的激振力二次疊加傳導給物料，普通聚氨酯篩板雖然材質較軟，但目前大部分聚氨酯篩板均沒有能力根據振動篩的激振形式、激振力和物料工況設計能夠最佳傳導激振能力的參數，故通過對現(xiàn)場振動篩的振動參數和物料參數的采集與分析，結合新型材料和工藝方法，進行新型篩板設計，通過試用以及有針對性的改進，達到改善分級篩分尤其是細粒級物料篩分效果和提高脫水脫介效果的目的。

使用效果：入料端的篩板在保證良好的抗沖擊性能同時，能夠以最佳的傳導激振力形成拋擲方向，實現(xiàn)自身的自振系數和激振力形成二次隨振，使物料獲得最佳的翻滾軌跡，避免堵孔或致盲，提高過孔效率。后段篩板能夠穩(wěn)定物料的速度，在速度穩(wěn)定的前提下物料才能獲得有效的拋擲軌跡，既保證了物料保持好的透篩效果，又能避免堵孔的發(fā)生。使用效果表明，新型篩板采用13 mm分級時，篩分效率高達82%以上，篩板堵孔率小于6.1%，效率同原有篩板25 mm分級效率相近，并且塊煤系統(tǒng)入洗量達到了1 200 t/h，基本達到設計值，基本能夠滿足塊煤系統(tǒng)入洗量提升的要求。

3.2 塊精煤刮板篩的應用

應用方式：針對塊煤系統(tǒng)入洗量增大，塊精煤破碎機處理能力不足問題更加嚴重的情況，通過對破碎機的入料性質、入料量、破碎機的各項參數進行分析發(fā)現(xiàn)，破碎機破碎粒度為50 mm，而破碎機入料為塊精煤脫節(jié)篩的上層物料，由于原煤采用25 mm分級，塊精煤上層篩采用13 mm分級，物料中含有大量粒度小于50 mm的物料，進入破碎機之后造成冗余負荷，在原煤煤質較好的情況下，破碎機總入料量為830 t/h，其中<50 mm物料含量為260 t/h，前期實踐表明破碎機在處理量為600 t/h的情況下，很少出現(xiàn)過負荷問題，故需要考慮將這部分粒度符合要求的物料提前分離。

使用效果：通過對現(xiàn)場的生產工藝和設備安裝情況進行考察，最終提出了對塊精煤破碎機的入料刮板機進行改造。改造方式是將塊精煤刮板機的底板更換為孔徑50 mm的沖孔不銹鋼板，塊精煤在刮板機內運輸的過程中粒度小于50 mm的部分物料會透過底板落入下方的收集溜槽，摻入混煤，使得運輸至掛機機頭的物料中<50 mm比例降低，從而降低塊精煤破碎機的負荷。改造實踐表明，透篩量達到了200 t/h，能將<50 mm中的70%以上的物料提前處理，使得塊精煤破碎機的負荷降低到了630 t/h，維持在了塊精煤破碎機的處理范圍之內，從而解決了塊精煤破碎機處理能力不足的問題。

3.3 增加煤泥處理設備

針對塊煤系統(tǒng)和末煤系統(tǒng)的實際處理能力到達設計能力的現(xiàn)狀，煤泥產量大幅度增加，由原來的100 t/h增加到了150 t/h，原有煤泥處理設備雖然通過改造提高了處理效率，但是處理能力僅僅為120 t/h，不能滿足實際生產需求。為了解決這一問題，新增了4臺型號為HMZGFQ550/2000-U的景津壓濾機，單臺處理能力達到了27 t/h，合計增加處理能力約100 t/h，極大地緩解了入洗量增加帶來的煤泥系統(tǒng)過負荷的問題。同時，由于新增板框壓機處理能力富余，在煤質正常、煤泥量不會突然增加、煤泥特性不會突變、煤泥處理難度穩(wěn)定的情況下，原有3臺板框壓濾機小時處理能力合計達到60 t/h，原有3臺加壓過濾排料時間按照450 s計算，則小時處理能力合計48 t/h。結合數據分析可知，采用3臺原有板框壓濾機和新增的4臺板框壓濾機處理能力達到了160 t/h，基本能夠滿足入洗量增加后的煤泥處理需求。反觀加壓過濾機需要空氣壓縮機提供罐體內的壓力、3臺加壓過濾機配8臺150 kW的空氣壓縮機，造成電耗增加，因此在煤質穩(wěn)定的情況下，采用停用加壓過濾機的方式組織生產，還能起到節(jié)約電耗的作用。在煤質變差的情況下開啟加壓過濾機，可增加煤泥系統(tǒng)的處理能力，保證原煤的整體入洗率。

3.4 加藥系統(tǒng)改造

改造方式：石圪臺選煤廠正常生產過程中采用聚合氯化鋁作為凝聚劑，聚丙烯酰胺作為絮凝劑。分別采用2套自動制藥系統(tǒng)，由崗位現(xiàn)場觀察濃縮池溢流，并通過煤泥沉降試驗確定加藥比例和加藥量。聚合氯化鋁的加藥點為緩沖池入料管和緩沖池內，聚丙烯酰胺的加藥點為濃縮池穩(wěn)流桶，該加藥制度落后，應對煤泥變化的效能太差，而且人為影響因素較大，特別是原煤泥化加劇的情況下，煤泥特性發(fā)生較大變化，粒度組成變細、表面電性增強、煤泥量明顯增加，導致煤泥難沉降、難過濾。

具體措施：采用高效絮凝劑聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺共聚物，用分子量2 000萬以上代替1 200萬的原有聚丙烯酰胺，分子鏈加長絮凝效果顯著。原煤泥化加劇的情況下，煤泥特性發(fā)生變化，需要大量的聚合氯化鋁中和煤泥表面電性，用量為平時的2～3倍，此時原有的加藥系統(tǒng)不能滿足要求，所以新增了一套加藥系統(tǒng)，專門用于特殊時期的聚合氯化鋁的添加，同時將加藥點選擇在主廠房內去往濃縮池的管道上。將加藥點提前了30 m，更有利于藥劑與煤泥表面的接觸和反應。

注意事項：在煤泥泥化的情況下切勿添加過量的聚丙烯酰胺，盲目加入大量絮凝劑，極易導致陽離子來不及中和煤泥表面的電荷，煤泥就已經絮團形成空間結構，陽離子無法進入絮團內部導致絮團蓬松，與水分子作用極易懸浮在濃縮池內，形成難以沉降的懸浮層，此時容易造成藥劑量不足的表觀現(xiàn)象，如果繼續(xù)加大絮凝劑用量，絮團就會越來越大、越來越難以沉降，累積到一定程度之后突然沉降造成壓耙事故。所以在煤泥泥化的時候需要加大凝聚劑的用量，根據沉降試驗添加一定量的絮凝劑。另外還需根據泥化煤泥的礦物組成進行分析，以蒙脫石為例，主要為層狀結構，層間距小于鋁離子的直徑，導致鋁離子無法進入內部，煤泥壓不實，形成懸浮層，影響煤泥沉降，面對這種情況石圪臺選煤廠采用了工業(yè)鹽作為凝聚劑，利用鈉離子直徑小的特點，容易進入絮團內部，中和內部煤泥表面的電荷，便于進一步壓縮、沉降。

4 結語

通過一系列的改造末煤系統(tǒng)和塊煤系統(tǒng)的入洗量分別都達到了設計值，整體入洗率由77%提高到了82%，提質幅度由1 900 kJ提高到了2 134.9 kJ，但是仍然有部分末煤沒有經過分選系統(tǒng)直接作為商品煤銷售，選煤廠的提質作用仍需進一步發(fā)掘。針對這一情況，對生產系統(tǒng)進行數量分析發(fā)現(xiàn)，原煤小時量2 300 t/h，塊煤系統(tǒng)入洗量1 200 t/h，末煤系統(tǒng)入洗量900 t/h，還有200 t/h的原煤量未經過分選。而原煤的粒度組成顯示有10%的煤泥含量，即原煤中有230 t/h的煤泥，可以采用原煤預先脫粉的方式將細煤泥提前脫除不進入分選系統(tǒng)，既能實現(xiàn)非煤泥部分的物料的全部分選，同時減少了煤泥量、從而有效提高商品煤發(fā)熱量、控制煤泥處理成本。