谷 林, 張 寧, 邢冬松, 賀立明

(神東洗選中心保德選煤廠, 陜西 榆林 719315)

1 選煤廠簡介

保德選煤廠隸屬于國能神東煤炭集團洗選中心, 位于山西省忻州市保德縣境內, 是一座大型全重介礦井型選煤廠。 該廠南部區(qū)系統(tǒng)2004 年竣工投產, 設計處理能力8.0 Mt/a, 主要承擔保德礦原煤的洗選加工任務。 該選煤廠南部區(qū)生產工藝為: 150～13/25 mm 塊煤經濕法脫泥后, 采用重介淺槽分選機進行分選; 小于13/25 mm 末煤經濕法脫泥后, 采用有壓兩產品重介旋流器主再洗工藝分選; 3～0.25 mm 粗煤泥采用螺旋分選機處理, 小于0.5 mm 煤泥經濃縮池沉降后, 利用加壓過濾機脫水處理[1]。 塊、 末煤系統(tǒng)分選后產生的精煤、 中煤及煤泥全部混摻入倉, 發(fā)熱量可達到20.06 ～22.15 MJ/kg, 作為動力煤銷售,矸石采用汽車外排。

保德煤礦原煤牌號為氣煤, 原煤經洗選加工后, 精煤可作為煉焦煤的配煤原料。 為優(yōu)化產品結構, 提升經濟效益, 2019 年選煤廠利用末煤系統(tǒng)已具備的有壓兩產品重介旋流器主再洗工藝,經過改造后, 采用一段出煉焦精煤、 二段排矸的分選方式, 試驗性生產2.42 萬t 合格配焦煤, 具體指標如表1 所示。 按照GB/T 397—2009 《 冶金焦用煤技術條件》 相關標準要求, 該廠所生產的精煤灰分小于10%, 精煤產品灰分等級為10級, 硫分等級為2 級, 磷等級為2 級, 粘結性指數屬于第二檔(50～80), 水分級為1 級, 是較好的煉焦用原料煤。

2 煉焦配煤工藝改造設計

2.1 主要工藝概述

以試驗性生產為實踐基礎, 2020 年保德選煤廠嘗試對原有系統(tǒng)進行工藝改造。 基于生產煉焦配煤及提升混煤發(fā)熱量的主要目標, 結合礦井原煤的實際情況, 考慮采用大型無壓三產品重介質旋流器作為分選設備。 具體工藝設計為: 原煤采用50 mm 干法分級, 150 ～50 mm 塊煤采用重介淺槽分選, 小于50 mm 原煤采用不脫泥無壓三產品重介旋流器進行分選, 精煤合介段配合煤泥重介旋流器分選, 最大程度生產配焦煤, 末煤系統(tǒng) 0.5～0.125 mm 精煤泥采用弧形篩+煤泥離心機脫水回收, 小于0.125 mm 煤泥經兩段濃縮后可選擇采用沉降過濾離心機、 加壓過濾機及板框壓濾機回收, 矸石泥采用板框壓濾機進行回收。 同時也可以實現大于50 mm 塊原煤破碎后全部進無壓三產品旋流器工藝。

2.2 產品結構

保德選煤廠經本次技術改造后, 主要生產方式及對應產品結構如下:

第一種生產方式: 150～50 mm 原煤淺槽分選,小于50 mm 原煤無壓三產品重介質旋流器分選。

產品結構: 混煤, 包括淺槽精煤、 旋流器中煤和粗細煤泥; 精煤, 包括旋流器精煤及煤泥旋流器精煤, 作為配焦煤產品或回摻混煤。

第二種生產方式: 大于50 mm 塊原煤破碎至50 mm, 全部采用無壓三產品重介質旋流器分選。

產品結構: 混煤, 包括旋流器中煤及粗細煤泥; 精煤, 包括旋流器精煤和煤泥旋流器精煤,作為配焦煤產品或回摻混煤。

2.3 工藝設計特點

2.3.1 無壓三產品重介旋流器與煤泥重介旋流器的搭配使用

改造設計采用無壓三產品重介質旋流器作為主選設備, 同時配合使用煤泥重介質旋流器作為精粗煤泥的再選設備, 在未設置浮選工藝, 且采用不脫泥入洗工藝的情況下, 一定程度上能夠提升配焦煤的產出比例。 此外, 無壓三產品重介質旋流器配合不脫泥入洗工藝具有次生煤泥量小的明顯優(yōu)勢[3], 能夠較好地保持原煤的初始狀態(tài),減少有壓入料對于分選過程中原煤性質的影響。

2.3.2 直接磁選工藝

工藝改造采用直接磁選工藝進行介質回收,實現了介質的短流程處理, 可以有效減少介質系統(tǒng)的設備使用量。 考慮到合格介質系統(tǒng)中介質流量相對較大, 為了提升介質流入磁選機的穩(wěn)定性, 在脫介篩下方安裝有分流及穩(wěn)流作用的穩(wěn)流緩沖箱[3], 在實現分流的同時, 也保證了磁選機入料穩(wěn)定性, 提升磁選機的介質回收效率。

2.3.3 高效濃縮機與3 種煤泥處理設備的搭配使用

考慮到工業(yè)廠區(qū)的實際情況, 工藝改造設計有4 臺高效濃縮機, 與原有2 座耙式濃縮機搭配使用。 其中2 座直徑15 m 的高效濃縮機為一段濃縮, 1 座直徑15 m 的高效濃縮機及原有2 座直徑30 m 的耙式濃縮機為二段濃縮(一備一用), 另有1 座直徑13.5 m 的高效濃縮機作為矸石泥濃縮使用。 其中一段濃縮采取不添加沉降藥劑的自然沉降方式, 其底流可選擇利用篩網沉降離心機、 加壓過濾機或板框壓濾機處理; 二段濃縮添加沉降藥劑, 底流進入板框壓濾機脫水; 矸石濃縮機底流由3 臺矸石泥板框壓濾機進行處理。 高效濃縮機的串聯使用, 配合篩網沉降離心機、 加壓過濾機及板框壓濾機等煤泥處理設備, 可有效提升選煤廠的煤質適應能力, 充分掌控煤質主動權[4]。

2.4 存在的主要問題

2.4.1 入洗原煤粒度對精煤產率的影響

工藝改造設計無壓三產品重介旋流器的分選上限為50 mm, 根據篩分試驗數據顯示, 原煤中大于50 mm 物料占比23.2%, 此部分物料經過破碎機破碎后, 可進入塊煤系統(tǒng)利用重介淺槽進行分選, 也可與小于50 mm 物料一同進入三產品重介旋流器進行分選, 但受限于MMD625 加長型破碎機的出料粒度限制, 實際入料上限可達到80～150 mm, 按照原煤自然級浮沉試驗數據顯示,200～50 mm 原煤中小于1.4 g/cm3的浮物產率為1.99%, 而將此部分物料破碎至50 mm 以下, 則小于1.4 g/cm3的浮物產率可達到3.12%, 說明塊煤的解離程度對精煤的產率還是有一定程度影響的, 需要保證合適的解離度, 以提升精煤產率[5]。

2.4.2 不脫泥入洗工藝下的懸浮液穩(wěn)定性問題

采用不脫泥入洗工藝可有效控制分選過程中的次生煤泥產生量, 但大量煤泥進入懸浮液當中, 可能會對懸浮液的穩(wěn)定性造成一定程度的影響。 工藝改造中, 在合格介質管道上除了安裝有壓差密度計以外, 還安裝了磁性物含量計, 用以反算懸浮液中的煤泥含量, 進而通過調控分流系統(tǒng), 實現對煤泥含量的穩(wěn)定控制[6]。 但是設計中只有正向分流, 即當懸浮液中煤泥含量過高時,可將合格介質分流至磁選機進行分選, 排出非磁性物, 而未設計反向分流, 即當懸浮液中的煤泥含量過低時, 能夠及時補充一定量的煤泥。 此設計對于懸浮液的穩(wěn)定性控制, 存在一定的缺陷。

2.4.3 高效濃縮機的煤泥緩存功能有限

原煤篩分試驗數據顯示, 保德選煤廠原煤中小于0.5 mm 煤泥含量為6.89%, 設計中采用篩網沉降離心機、 加壓過濾機及板框壓濾機聯合處理串聯濃縮底流煤泥, 且矸石泥系統(tǒng)獨立, 完全可以滿足系統(tǒng)的正常生產需要, 但是由于設計采用的高效濃縮機與耙式濃縮機存在明顯區(qū)別, 高效濃縮機錐角為70°, 煤泥沉降后會在自重作用下流向錐角處, 由底流泵轉排至煤泥處理設備進行脫水處理, 區(qū)別于耙式濃縮機具有較大的沉降面積, 可通過調整耙位起到一定的煤泥存儲緩沖作用, 高效濃縮機底流泵轉排出的煤泥如果不能及時處理, 則濃縮機錐角處的煤泥將不斷積聚,最終導致底流堵塞, 因此該工藝設計對煤泥處理設備的運行效率要求相對較高。

2.4.4 轉載工藝設計復雜

初步設計中, 由于受場地限制, 篩分破碎車間設計為東西方向長條形車間, 共有2 套篩分系統(tǒng), 2 臺篩機采用平行布置方式, 但由于塊煤及末煤分選系統(tǒng)相對獨立, 因此原煤經篩分破碎后, 物料必須經過轉載才能到達主洗車間, 這就導致在2 臺原煤分級篩篩下及篩前布置有3 臺刮板機用于物料轉載, 其中2 臺為篩下物轉載刮板, 1 臺為篩上物轉載刮板。 過多的轉載刮板機導致系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性受到了極大的影響, 任意1 臺刮板機出現故障都將導致原煤篩分破碎系統(tǒng)停轉, 進而導致全系統(tǒng)停轉。 此設計對于選煤廠的生產運行及設備維護帶來諸多負面影響。

3 工藝設計優(yōu)化及效果

為確保改造后的系統(tǒng)能夠高效平穩(wěn)運行, 根據上述工藝改造設計中存在的問題, 選煤廠與設計單位針對破碎機出料粒度、 介質分流、 煤泥處理以及轉載設備優(yōu)化等方面進行了施工前的工藝設計優(yōu)化。

3.1 破碎機齒板調整

改造設計使用的MMD625 加長型破碎機為英國進口設備, 為雙齒輥雙向旋轉式破碎機, 該型號破碎機為齒輥固定式設計, 無法通過調整兩齒輥間距改變其出料粒度, 可選擇性使用2 種齒板。 1 種為單排5 齒, 其出料粒度為80 ～150 mm, 主要用于破碎大塊物料或含矸量較大的物料; 另1 種為雙排5 齒, 其出料粒度為50 ～80 mm, 主要用于破碎精煤[7]。 為保證解離度, 選煤廠嘗試使用雙排5 齒齒板, 但由于破碎機入料中, 矸石產率達到70%, 且伴有大于200 mm 粒級的大塊矸石進入, 該齒型無法順利破碎物料,導致破碎機出現堆料情況, 后采用2 種齒板交叉安裝使用, 即單個齒輥1 周8 排齒板中, 4 排為單排5 齒齒板, 4 排為雙排5 齒齒板。 這樣既能保證大塊矸石順利破碎, 又能一定程度控制出料粒度。

3.2 懸浮液反向分流設計

針對懸浮液中煤泥含量控制存在的問題, 原設計中只有正向分流, 即當懸浮液中煤泥含量過高時, 可將合格介質分流至磁選機進行分選, 排出非磁性物, 而未設計反向分流。 經過對整體工藝流程設計進行梳理, 對分流工藝進行了進一步優(yōu)化。 將煤泥重介旋流器的溢流管道進行改造,使其與原設計中的合格介質分流箱相連, 采用電控氣動閥門進行控制, 正常運行過程中, 煤泥重介質旋流器的溢流直接進入磁選機進行分選, 當系統(tǒng)內合格介質中的煤泥含量較低時, 可直接將一部分溢流分流至合格介質當中, 以穩(wěn)定合格介質中的煤泥含量。

3.3 煤泥水系統(tǒng)工藝優(yōu)化

為了有效降低高效濃縮機的使用對煤泥水系統(tǒng)的影響, 選煤廠從煤泥水處理設備的具體適配性考慮, 優(yōu)化濃縮機底流流向, 確保多通道的煤泥處理工藝。

3.3.1 一段濃縮底流處理

原設計中, 一段濃縮使用2 座直徑15 m 的高效濃縮機處理, 系統(tǒng)運行過程中采取不添加沉降藥劑的自由沉降方式, 底流中的粗顆粒含量相對較高, 因此考慮利用篩網沉降離心機進行處理。 設計中共安裝有3 臺美國DMI 篩網沉降離心機, 小時煤泥處理能力為60 t, 正常情況下可以滿足一段濃縮底流的處理, 但考慮到篩網沉降離心機的離心液處理難度較大, 且其運行穩(wěn)定性的問題, 即一段底流可選擇進入篩網沉降離心機或者加壓過濾機進行處理。

3.3.2 二段濃縮底流處理

原設計中, 2 座二段濃縮機中, 1 座為直徑15 m 的高效濃縮機, 另1 座為原系統(tǒng)所使用的直徑30 m 的耙式濃縮機。 由于一段濃縮自然沉降,二段濃縮底流中的粗顆粒含量將會較低, 因此考慮使用板框壓濾機處理二段底流, 但板框壓濾機最主要的缺陷就在于其無法實現連續(xù)入料, 且設計中僅有2 兩臺板框壓濾機用以處理二段底流,這就要求2 臺板框壓濾機必須保持高效運行狀態(tài), 即保證1 臺入料、 1 臺卸料的交替運行狀態(tài)。但現實生產過程中肯定會出現各類運行故障, 若不能及時處理, 就會導致濃縮池內積壓煤泥。 因此將原工藝設計中的單獨流向調整為可選擇性流向, 同樣以加壓過濾機作為備用緩沖設備, 設置二段底流進入加壓過濾機入料桶的通道[8]。 考慮到加壓過濾機對煤泥粒度組成要求相對較高, 因此在利用加壓過濾機處理二段底流時, 需適當摻入一段濃縮底流。

3.3.3 矸石泥濃縮底流處理

原設計中, 矸石泥由1 臺直徑13.5 m 的高效濃縮機進行濃縮處理, 底流由3 臺進口安德里茲400 m2板框壓濾機進行脫水處理后, 與系統(tǒng)產生的矸石一并外排。 考慮到上述二段濃縮底流處理難度較大, 且僅有2 臺板框壓濾機進行處理,將此處用以矸石泥底流處理的3 臺板框壓濾機的其中1 臺設計為多通道入料, 既可以用于處理矸石泥, 又可以用于處理二段濃縮底流, 同時其下方帶式輸送機設計為雙向運行。

3.4 篩分系統(tǒng)工藝優(yōu)化

為盡量避免使用刮板機作為原煤的轉載設備, 提升生產系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性, 考慮將原設計的平行布置優(yōu)化調整為對向布置, 即2 套篩分破碎系統(tǒng)沿著入洗帶式輸送機的運行方向進行布置, 篩下物料以及篩上經破碎后的物料可直接進入入洗帶式輸送機, 不需要經過轉載設備。 該設計優(yōu)化增加了1 條轉載帶式輸送機, 但減少了篩下3 條轉載刮板機, 有效地提升了選煤廠系統(tǒng)運行的可靠性。

3.5 其他工藝優(yōu)化

除上述工藝設計優(yōu)化外, 選煤廠還根據系統(tǒng)實際情況進行了若干其他工藝優(yōu)化。 在原煤篩分環(huán)節(jié), 為進一步提升篩機處理能力, 通過調整篩機篩板的孔徑, 使篩機具備兩段篩分功能, 一段篩分為50 mm 篩孔, 篩下物直接進入入洗帶式輸送機, 二段為100 mm 篩孔, 此段篩上及篩下物料均進入破碎機, 提前降低了篩機篩面物料, 使得整臺篩機的處理能力明顯增大[9]。 運行數據顯示, 通過分段篩分工藝改造, 單臺篩機的處理能力由設計能力800 t/h 提升至1 200 ～1 400 t/h。分段篩分工藝同樣應用于精煤脫介篩, 精煤脫介篩篩前篩板由1 mm 脫介篩板更換為25 mm 分級篩板, 25 mm 篩上物料直接進入精煤帶式輸送機, 小于25 mm 篩下物料經離心機脫水后進入精煤系統(tǒng), 這樣可以降低進入離心機的物料上限(原設計50 mm 以下物料進入離心機), 有效延長了離心機的使用壽命。

4 結 語

保德選煤廠原設計為將保德礦生產的氣煤加工為動力煤產品銷售, 為了合理利用資源, 決定對現有工藝進行改造, 采用不脫泥無壓三產品重介旋流器+煤泥重介生產10 級煉焦配煤。 項目初步設計完成后, 選煤廠通過認真分析研究, 對改造工藝系統(tǒng)進行優(yōu)化。 優(yōu)化內容主要有: 合理調整破碎機破碎齒的布局, 使入洗煤粒度合格; 優(yōu)化合格介質分流, 確保懸浮液穩(wěn)定; 靈活利用煤泥回收設備, 完善煤泥水處理系統(tǒng); 優(yōu)化轉載設備臺數, 降低故障點多等, 取得了明顯的優(yōu)化效果, 為選煤廠系統(tǒng)調試及正常生產打下良好的基礎。