劉軍伶，吉英華，苑金朝，耿 浩，任盼力

(1.河南能源化工集團(tuán)能源管理公司生產(chǎn)部，河南 鄭州 450000；2.河南能源化工集團(tuán)永煤公司 新橋煤礦，河南 永城 476600；3.北京國(guó)華科技集團(tuán)有限公司，北京 101300)

1 概 述

新橋煤礦選煤廠隸屬于河南能源化工集團(tuán)永煤公司，位于河南省永城市南郊，是與新橋煤礦相配套建設(shè)的礦井型選煤廠。始建于2005年10月，2007年12月26日正式投產(chǎn)，設(shè)計(jì)入洗能力1.20 Mt/a，采用跳汰+浮選聯(lián)合分選工藝。礦井煤質(zhì)優(yōu)良，為低—中灰、特低硫、特低磷、高發(fā)熱量、高熔灰分、抗碎強(qiáng)度較高、熱穩(wěn)定性好的優(yōu)質(zhì)無(wú)煙煤。銷(xiāo)售精煤為洗中塊、洗小塊、洗末精煤和篩末煤，附屬產(chǎn)品為中煤和煤泥。其中洗中塊和洗小塊是國(guó)內(nèi)稀缺的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，洗末精煤是優(yōu)質(zhì)的高爐噴吹用煤，篩末煤發(fā)熱量可根據(jù)市場(chǎng)需求調(diào)整銷(xiāo)售，用于化工原料煤和動(dòng)力煤。近幾年，隨著井下生產(chǎn)系統(tǒng)的升級(jí)改造，選煤廠跳汰機(jī)處理能力大幅提升，2018年核定產(chǎn)能為2.10 Mt/a，為原設(shè)計(jì)的1.75倍。尤其是2015年之后，井下煤質(zhì)發(fā)生極大變化，塊煤含量大幅下降，且酥軟易碎，煤泥濕黏，小于0.5 mm粒級(jí)產(chǎn)率劇增，洗選系統(tǒng)的煤泥量由8%左右提高到25%以上，原有的包括煤漿預(yù)處理工序在內(nèi)的浮選生產(chǎn)系統(tǒng)早已不堪重負(fù)，又加之機(jī)械設(shè)備老化，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。因此升級(jí)改造工程迫在眉睫。

本次技改的主要內(nèi)容，除了用2臺(tái)GTFMC20-4(s)型機(jī)械攪拌式浮選機(jī)取代陳舊的老設(shè)備，浮選機(jī)總?cè)莘e增加了32 m3外，并設(shè)置1臺(tái)FCA-2500型霧化跌落式煤漿預(yù)處理器取代了原有的XK-1600型礦漿預(yù)處理器。

2 煤漿預(yù)處理的必要性

煤漿預(yù)處理是煤泥浮選生產(chǎn)系統(tǒng)必不可缺的工藝環(huán)節(jié)。其必要性有以下3點(diǎn)：

(1)將入浮煤漿稀釋到合理的濃度范圍；

(2)將浮選劑充分分散；

(3)將分散的浮選劑良好地混合在煤漿中。

3 礦漿準(zhǔn)備器

新橋礦選煤廠原設(shè)計(jì)配置2臺(tái)單室容積為16 m3，1組4室的機(jī)械攪拌式浮選機(jī)，2臺(tái)浮選機(jī)共用1臺(tái)XK-1600型礦漿準(zhǔn)備器(見(jiàn)圖1)。

1—霧化機(jī)構(gòu)；2—加藥漏斗；3—混合槽；4—扇形分散槽；5—噴霧盤(pán)；6—回藥盤(pán)；7—檢修孔；8—排料箱；9—觀察孔；10—入料口； 11—筒體；12、13—稀釋水口；14—油管?chē)娮欤?5—回藥管；16—分配盤(pán)；17—采樣管圖1 XK-1600型礦漿準(zhǔn)備器結(jié)構(gòu)示意

該廠原先所用的XK-1600型礦漿準(zhǔn)備器是20世紀(jì)80年代原平頂山選煤設(shè)計(jì)研究院在前蘇聯(lián)的設(shè)備基礎(chǔ)上研發(fā)的，其工作原理主要是依靠霧化機(jī)構(gòu)將浮選劑霧化。霧化機(jī)構(gòu)是由1臺(tái)電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)起霧盤(pán)組成的，起霧盤(pán)是1個(gè)邊沿帶齒的圓盤(pán)(見(jiàn)圖2)。浮選劑由加藥漏斗給到圓盤(pán)面底部中央，圓盤(pán)面高速旋轉(zhuǎn)時(shí)具有一定負(fù)壓，將浮選劑持續(xù)吸附。在圓盤(pán)離心力的作用下，使盤(pán)面上的浮選劑薄膜從盤(pán)面中心向外擴(kuò)散，并通過(guò)圓盤(pán)邊緣的齒尖切割，以其所得到的切向高速射入空氣中并與空氣發(fā)生摩擦，使浮選劑被粉碎成微細(xì)的霧滴。入浮煤漿經(jīng)入料口切線進(jìn)入礦漿準(zhǔn)備器，又經(jīng)混合槽、扇形分散槽分割成多股煤漿，自重下落，在下落過(guò)程中與浮選劑霧滴接觸，混勻后，經(jīng)排料箱、排料管進(jìn)入浮選機(jī)。

圖2 起霧盤(pán)(下盤(pán)面)示意

新橋選煤廠自投產(chǎn)以來(lái)一直使用XK-1600型礦漿準(zhǔn)備器，目前，該設(shè)備老化嚴(yán)重且故障多。在使用期間發(fā)現(xiàn)，該設(shè)備的霧化機(jī)構(gòu)工作復(fù)雜，維護(hù)量較大且維修困難。出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)處理時(shí)間長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響到選煤廠的正常生產(chǎn)。

霧化是浮選劑分散的最佳方法，該煤漿預(yù)處理器的優(yōu)點(diǎn)是將浮選劑霧化，但長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐表明，這種機(jī)械霧化方式有以下缺點(diǎn)：

(1)噴嘴堵塞不易處理。浮選劑是依靠加藥漏斗與噴嘴之間的高差所形成的靜壓，經(jīng)噴嘴將其射向起霧盤(pán)中心的。選煤廠所使用的浮選劑有時(shí)含有雜物或絮狀物，因而易堵塞噴嘴。起霧盤(pán)安裝在礦漿準(zhǔn)備器中，空間極為狹小，加之起泡劑刺鼻嗅味，人們進(jìn)入排除非常困難。有的選煤廠借用壓縮空氣來(lái)吹開(kāi)噴嘴的堵塞物，這需要一定的時(shí)間，從而影響了生產(chǎn)。

(2)因浮選劑所含化學(xué)物質(zhì)的腐蝕，噴嘴出口變大，浮選劑就射不到起霧盤(pán)中心，人們無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)。而變換噴嘴又是一項(xiàng)極其困難的工作。

(3)起霧盤(pán)由1臺(tái)兩相電動(dòng)機(jī)聯(lián)動(dòng)，在近3 000 r/min的轉(zhuǎn)速下其要實(shí)現(xiàn)動(dòng)平衡，取決于起霧盤(pán)的制造和裝配質(zhì)量，這需要相當(dāng)高的技術(shù)精度。否則就產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，損壞電動(dòng)機(jī)軸承，以致造成“燒電機(jī)”的事故。

4 霧化跌落式煤漿預(yù)處理器

4.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

經(jīng)多方面考察和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際了解，新橋礦選煤廠本次浮選系統(tǒng)改造選擇FCA-2500型霧化跌落式煤漿預(yù)處理器，它采用了壓縮空氣霧化浮選劑，粗細(xì)顆粒有不同的預(yù)處理時(shí)間。其主要結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3，該設(shè)備由風(fēng)動(dòng)噴射式霧化器、加藥漏斗和箱體等組成。風(fēng)動(dòng)噴射式霧化器位于箱體頂部中心位置，上端為壓縮空氣進(jìn)口，側(cè)面設(shè)有加藥漏斗。跌落箱為正方形截面的箱體，箱體上部外側(cè)設(shè)有入料箱，內(nèi)部?jī)蓚?cè)設(shè)有溢流槽，溢流槽內(nèi)設(shè)置了隔板，每塊隔板上均開(kāi)設(shè)了若干個(gè)通孔，目的是使煤漿沿槽寬均勻溢流。下部箱體為煤漿與浮選劑混合的工作區(qū)，兩側(cè)各布置與水平面有夾角的上滑板和下滑板，上、下滑板上均焊接有與其成一定角度且等距布置的坎條。

1—噴射式霧化器；2—壓縮空氣管路；3—控制閥門(mén)；4—壓力表；5—加藥斗；6—箱體；7—隔板；8—溢流槽； 9—上滑板；10—下滑板；11—坎條圖3 FCA-2500型霧化跌落式煤漿預(yù)處理器結(jié)構(gòu)

4.2 工作原理

風(fēng)動(dòng)噴射式霧化器的作用是通過(guò)壓縮空氣將浮選劑吸入并使之發(fā)生霧化。通過(guò)控制閥將壓縮空氣的壓力調(diào)整到0.06～0.1 MPa之間，經(jīng)管路進(jìn)入風(fēng)動(dòng)噴射式霧化器中，經(jīng)噴嘴高速?lài)姵霾⒃趪娚涫覂?nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，形成抽吸作用。加藥漏斗中的浮選劑因?yàn)閲娚涫业呢?fù)壓作用被快速吸入，后經(jīng)過(guò)壓縮空氣的噴射氣流沖擊所產(chǎn)生切割作用，使浮選劑充分霧化，良好地在上部箱體內(nèi)擴(kuò)散。

箱體上除了有入料管的進(jìn)口，還有稀釋水的進(jìn)口，可以調(diào)節(jié)入浮煤漿的濃度。通過(guò)入料箱被分配到箱體上部?jī)蓚?cè)的溢流槽內(nèi)，沿槽寬呈“瀑布”狀溢出，在泄落過(guò)程中與霧狀浮選劑相遇接觸混合。還有一部分霧滴靠自重直接降落在第一層上滑板上，混有浮選劑的煤漿通過(guò)上、下滑板的坎條，連續(xù)躍起和跌落，使得煤漿與浮選劑霧滴反復(fù)混合，直至從箱體底部排出進(jìn)入浮選機(jī)。

5 FCA-2500型霧化跌落式煤漿預(yù)處理器使用效果

本次技改工程采用1臺(tái)FCA-2500型霧化跌落式煤漿預(yù)處理器和2臺(tái)GTFMC20-4(S)型機(jī)械攪拌式浮選機(jī)取代原有的1臺(tái)XK-1600型礦漿準(zhǔn)備器和2臺(tái)浮選機(jī)后，取得了顯著的效益。

5.1 降低了浮選劑耗量

霧化跌落式煤漿預(yù)處理器將浮選劑分散為極細(xì)的小霧滴，并且均勻地混合在煤漿中，可以有效減少浮選劑的消耗。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在浮選系統(tǒng)改造前，平均1 t煤泥的浮選劑消耗量為0.63 kg，其中起泡劑(復(fù)合藥劑)的耗量為0.28 kg，捕收劑的耗量為0.35 kg。更換為FJC型霧化跌落式煤漿預(yù)處理器后，平均1 t煤泥的浮選劑耗量為0.55 kg，其中起泡劑(復(fù)合藥劑)耗量為0.24 kg，捕收劑耗量為0.31 kg。平均1 t煤泥降低浮選劑0.08 kg，節(jié)省了13%。降低了選煤成本。

5.2 提高了分選效果

霧化跌落式煤漿預(yù)處理器在上、下滑板設(shè)置了若干坎條(見(jiàn)圖3)，可以使粗、細(xì)顆粒在設(shè)備內(nèi)有不同的停留時(shí)間，低灰粗粒停留時(shí)間長(zhǎng)，在其表面形成足夠穩(wěn)定的油膜，可以?xún)?yōu)先浮起，避免損失在尾煤中，高灰細(xì)泥對(duì)捕收劑吸附能力強(qiáng)，但因停留時(shí)間短促，避免了過(guò)度吸附，影響精煤的灰分。該設(shè)備使用前、后5個(gè)月的浮選指標(biāo)見(jiàn)表1。

根據(jù)GB/T 34164-2017《選煤廠浮選工藝效果評(píng)定方法》，技改工程前后，浮選工藝效果采用浮選完善指標(biāo)ηwf來(lái)評(píng)定，其計(jì)算式如下：

ηwf=E1-E2

(1)

式中：E1為浮選精煤可燃體回收率，%；E2為浮選精煤非可燃體混雜率，%；γj為精煤產(chǎn)率，%；Aw為尾煤灰分，%；Aj為精煤灰分，%；Af為入料灰分，%。

表1 霧化跌落式煤漿預(yù)處理器前后的浮選指標(biāo)

從表1可清楚地看出，霧化跌落式煤漿預(yù)處理器使用后，浮選精煤質(zhì)量有了明顯改善，灰分下降了1.06個(gè)百分點(diǎn)，這是由于低灰分粗顆粒在精煤中的回收量增多，灰分較高的細(xì)泥污染量減少的結(jié)果；尾煤灰分大幅提高了13.53個(gè)百分點(diǎn)，這是由于低灰分粗顆粒在尾煤中損失量大為減少的緣故。精煤產(chǎn)率增大了12.09個(gè)百分點(diǎn)，所以浮選精煤可燃體回收率劇增至86.44%，也就是說(shuō)在尾煤中可燃體損失率不到14%，因?yàn)榫寒a(chǎn)率的大幅增加，精煤非可燃體混雜率也隨之小幅增加了4.11個(gè)百分點(diǎn)，但在浮選完善指標(biāo)上突增了9.46個(gè)百分點(diǎn)，為55.89%，表征該廠的浮選效果達(dá)到了良好水平。

根據(jù)浮選精煤產(chǎn)率的增加，可推算出全廠的洗末精煤產(chǎn)率上升了1.5個(gè)百分點(diǎn)，按該產(chǎn)品價(jià)差為1 200 元/t計(jì)算，全年增加銷(xiāo)售收入3 780 萬(wàn)元。與此同時(shí)，因?yàn)楦∵x精煤灰分降低1個(gè)百分點(diǎn)以上，重選精煤“背灰”程度減緩，跳汰機(jī)的分選密度有所提高，有利于重介選精煤產(chǎn)率的增加。固然，新橋礦選煤廠浮選效果的提高，還與以下2個(gè)原因有關(guān)。

(1)更新了2臺(tái)已有的老化的浮選機(jī)，新設(shè)備有良好的充氣攪拌能力。

(2)浮選機(jī)總?cè)莘e增加了1/4，延長(zhǎng)了浮選時(shí)間。

5.3 減少維修量

霧化跌落式煤漿預(yù)處理器是用壓縮空氣作為分散浮選劑的動(dòng)力源，設(shè)備本身沒(méi)有運(yùn)轉(zhuǎn)部件，無(wú)噪音。并且所需壓縮空氣的風(fēng)壓低，僅有0.08 MPa，所需壓縮空氣的風(fēng)量少，平均2.0 m3/h左右，動(dòng)力消耗甚小。該設(shè)備幾乎沒(méi)有維修工作量，可靠性好。到目前為止，設(shè)備使用時(shí)長(zhǎng)超過(guò)5個(gè)月，未產(chǎn)生任何維修工作量，并且使用性能穩(wěn)定，是性?xún)r(jià)比良好的選煤工藝設(shè)備。

6 結(jié) 語(yǔ)

由于霧化跌落式礦漿預(yù)處理器特殊的浮選劑分散和混合的結(jié)構(gòu)，使得新橋礦選煤廠浮選劑耗量降低了13%，節(jié)省選煤生產(chǎn)成本。

霧化跌落式礦漿預(yù)處理的工藝特性以及浮選機(jī)的更新，共同促使浮選工藝效果的改善，僅浮選精煤產(chǎn)率的提高，可使全廠精煤銷(xiāo)售增加3 780萬(wàn)元。

霧化跌落式煤漿預(yù)處理器沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，在新橋礦選煤廠已使用5個(gè)月以上，尚無(wú)任何維修工作量；工況非常穩(wěn)定，除用閥門(mén)調(diào)節(jié)浮選劑添加量外，不需要其它操作。該設(shè)備不產(chǎn)生噪音，改善了現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境。