錢營孜選煤廠工藝設計“柔性”特點分析

汪來友

(安徽恒源煤電股份公司 銷售公司，安徽 宿州 234011)

錢營孜選煤廠工藝設計“柔性”特點分析

汪來友

(安徽恒源煤電股份公司 銷售公司，安徽 宿州 234011)

分析了錢營孜選煤廠工藝設計特點，即在初步工藝設計無生產(chǎn)大樣資料的情況下，制定“柔性”工藝設計方案，既可適應不同原煤煤質(zhì)的變化要求，又可根據(jù)市場需求生產(chǎn)多種產(chǎn)品。該工藝方案的成功實施與應用，對于煉焦煤、動力煤兼顧的選煤廠的工藝設計，有一定的借鑒意義。

設計方案；“柔性”特點；原煤煤質(zhì)；市場需求

安徽恒源煤電股份公司錢營孜選煤廠是一座設計能力為2.40 Mt/a的礦井型煉焦煤、動力煤兼洗的選煤廠，原煤洗選工藝為300～50 mm粒級由動篩跳汰機分選、<50 mm粒級脫泥后由兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器主再選、粗煤泥由RC煤泥分選機分選、細煤泥由浮選機分選、浮選精礦由加壓過濾機回收、浮選尾礦由壓濾機回收的聯(lián)合工藝[1]。

錢營孜選煤廠工程項目由約翰芬雷工程技術(shù)(北京)有限公司總承包，2008年10月開始施工，2009年10月竣工投產(chǎn)。工藝設計過程中，錢營孜選煤廠的煤質(zhì)資料來源于臨近礦區(qū)?？紤]到入選原煤煤種為氣煤和1/3焦煤，硫含量中等，無論是洗選煉焦精煤還是動力煤，市場優(yōu)勢都不太明顯；同時，考慮到該選煤廠位于華東地區(qū)，社會經(jīng)濟發(fā)達，區(qū)域優(yōu)勢明顯，生產(chǎn)低灰(Ad≤10%)煉焦配煤，產(chǎn)品競爭力突出，可獲得較好的經(jīng)濟效益[2]。為此，制定“柔性”工藝設計方案，原煤脫泥后采用分選效率高、管理簡單的有壓兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器實現(xiàn)高密度排矸，生產(chǎn)動力煤；采用有壓兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器實現(xiàn)低密度再選，生產(chǎn)低灰煉焦配煤，且附加的生產(chǎn)成本不高[3]。因此，該廠的主導產(chǎn)品為動力煤(Qnet,ar≥20.08 MJ/kg)和煉焦配煤(Ad≤10%)[4]。

基于實際情況綜合考慮而確定的洗選工藝，不僅可適應不同原煤煤質(zhì)的變化要求，還可根據(jù)市場需求生產(chǎn)多種產(chǎn)品，對于激活選煤廠生產(chǎn)潛能和提高企業(yè)效益有很大作用，同時對于煉焦煤、動力煤兼顧的選煤廠的工藝設計有一定借鑒意義[5-7]。

1 工藝設計中的“柔性”特點

1.1 原煤準備系統(tǒng)

礦井來煤先通過篩孔φ300 mm的自清篩排除特大塊矸石，再進行50 mm預先篩分；>50 mm粒級篩上物通過手選排除雜物，再由動篩跳汰機分選，產(chǎn)出精煤和塊矸石。原煤準備系統(tǒng)的“柔性”設計主要體現(xiàn)在動篩透篩物的篩上物處理方面，視其灰分而定，既可作為塊矸石直接排棄，又可作為重介系統(tǒng)的入料繼續(xù)分選。

動篩跳汰機出現(xiàn)故障時，>50 mm粒級篩上物可經(jīng)旁路破碎后直接進入重介系統(tǒng)分選，也可作為產(chǎn)品就地銷售。塊精煤被破碎至<50 mm后，可直接作為動力煤產(chǎn)品，也可去重介系統(tǒng)繼續(xù)洗選。動篩透篩物經(jīng)斗子提升機、振動篩脫水后，篩下水進入煤泥水處理系統(tǒng)；篩上物灰分高時直接作為矸石排棄，灰分低時則進入重介系統(tǒng)繼續(xù)分選。

對于<50 mm粒級原煤，如果洗選煉焦配煤，就直接進入重介系統(tǒng)分選；如果洗選優(yōu)質(zhì)動力煤，當其灰分低時可直接作為產(chǎn)品，當其灰分高時需要進行6 mm分級，50～6 mm粒級原煤進入重介系統(tǒng)分選，篩下<6 mm粒級原煤既可直接作為產(chǎn)品，又可根據(jù)需要部分進入重介系統(tǒng)分選[8]。

1.2 重介分選系統(tǒng)

工藝設計時，礦井不具備采集生產(chǎn)大樣的條件，故以臨近礦區(qū)的煤質(zhì)資料(表1)為設計依據(jù)。從原煤的可選性看，精煤Ad≤9.50%時，其屬于中等可選煤，采用兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器完全滿足分選要求。

入選原煤經(jīng)預先濕法脫泥(篩縫為1 mm)后，篩下物去煤泥水處理系統(tǒng)，篩上物進入兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器，由其分選出粗精煤和矸石，矸石經(jīng)脫介、脫水后排棄。重介分選系統(tǒng)的“柔性”設計表現(xiàn)為：粗精煤經(jīng)脫介、脫水后，可直接去離心機進行二次脫水，脫水后直接作為動力煤；也可去兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器進行再選，生產(chǎn)出煉焦配煤。再選精煤和中煤經(jīng)脫介、脫水后，由離心機進行二次脫水，脫水后分別作為煉焦配煤和動力煤。

表1 >0.50 mm粒級原煤浮沉組成結(jié)果

1.3 介質(zhì)系統(tǒng)

主選、再選的介質(zhì)系統(tǒng)分開設置，獨立調(diào)整，互不干擾。主選、再選脫介篩下的合格介質(zhì)分別進入各自的合格介質(zhì)桶，然后分流少部分去磁選，其余大部分作為工作介質(zhì)；主選、再選脫介篩下的稀介質(zhì)和離心液分別進入各自的磁選機，精礦返回各自的合格介質(zhì)桶。為避免高灰細泥的污染，主選系統(tǒng)的矸石、粗精煤介質(zhì)回收系統(tǒng)也分開設置。矸石磁選尾礦直接進入尾煤濃縮機，再由壓濾機回收，粗精煤和再選磁選尾礦進入粗煤泥分選系統(tǒng)。

根據(jù)現(xiàn)場實際需要設計的“柔性”工藝系統(tǒng)，主選精煤脫介效果良好時，主再選介質(zhì)系統(tǒng)控制簡單。但主選精煤脫介效果差時，再選系統(tǒng)的懸浮液密度會逐漸升高，加水稀釋的話會出現(xiàn)“跑溢”的現(xiàn)象，導致再選系統(tǒng)懸浮液密度不穩(wěn)定，精煤灰分波動較大。因此，需要增設再選磁選機精礦返回到主選系統(tǒng)的環(huán)節(jié)，否則，主選系統(tǒng)的懸浮液密度也會逐漸下降。另外，考慮到介質(zhì)系統(tǒng)的非磁性物含量和介質(zhì)的穩(wěn)定性，需要調(diào)整其中的細泥含量。

1.4 粗煤泥分選系統(tǒng)

系統(tǒng)煤泥水經(jīng)分級旋流器濃縮、分級后，旋流器底流由煤泥分選機分選，旋流器溢流去濃縮機濃縮。粗煤泥分選系統(tǒng)的“柔性”設計體現(xiàn)為：

(1)煤泥分選機分選出的精礦，由振動弧形篩和煤泥離心機聯(lián)合脫水，精煤既可作煉焦精煤，又可作動力煤；

(2)分級旋流器溢流、振動弧形篩篩下水、煤泥離心機離心液經(jīng)濃縮機濃縮后，既可去浮選系統(tǒng)進一步分選，又可進入尾煤濃縮機濃縮；

(3)粗煤泥處理過程中，可將分級旋流器“短路”，使系統(tǒng)煤泥水直接去原煤濃縮機或尾煤濃縮機。這種流程設計便于煤泥分選機的維護與檢修，也適合不同工況條件下的分選效果檢測。

1.5 煤泥水處理系統(tǒng)

進入系統(tǒng)的煤泥水首先由原煤濃縮機脫除高灰細泥，濃縮機底流進入浮選系統(tǒng)繼續(xù)處理，浮選精礦經(jīng)加壓過濾機脫水后，既可作為煉焦精煤，又可作為動力煤，加壓過濾機濾液返回浮選系統(tǒng)。

所有煤泥水最終都進入尾煤濃縮機，濃縮機溢流作為循環(huán)水復用，濃縮機底流由壓濾機脫水回收，濾液返回尾煤系統(tǒng)，濾餅風干、晾曬后就地銷售。

2 “柔性”工藝設計對煤質(zhì)變化與市場的適應性

2.1 原煤準備系統(tǒng)

原煤準備系統(tǒng)動篩跳汰機每年的平均處理量為78萬t，塊精煤產(chǎn)量為42萬t，灰分為22%，矸石灰分為85%，塊精煤破碎后可直接作為動力煤。

原煤處理過程中，進入自清篩的原煤粒度上限要求嚴格，需要控制在300 mm以內(nèi)。動篩跳汰機出現(xiàn)故障時，旁路破碎機破碎產(chǎn)品的粒度、形狀要符合要求；否則，易使形狀不規(guī)則的精煤進重介系統(tǒng)，導致混料桶入料泵的上料壓力不穩(wěn)定。<6 mm粒級原煤深度篩分過程中，易出現(xiàn)篩孔被堵塞的現(xiàn)象，可考慮將篩孔擴展到13 mm，或其他合適的粒度[1]。

2.2 重介分選系統(tǒng)

礦井首采面生產(chǎn)大樣的浮沉數(shù)據(jù)如表2所示。由表1、表2可知：原煤的實際可選性與設計時所用煤樣的可選性存在明顯差異，當要求精煤Ad≤10%時，原煤的可選性為極難選。

采用MA1300型旋流器作為主選設備時，分選密度在1.60～1.62 g/cm3之間，主選精煤Ad在18%～19%之間，矸石Ad在83%～84%之間；采用MA1150型旋流器作為再選設備時，分選密度在1.35～1.37 g/cm3之間，再選精煤Ad在10%～10.50%，再選精煤占全級產(chǎn)率低于22%。由于原煤的極難選特性，且再選密度極低，基于提高精煤產(chǎn)率考慮，將主導精煤灰分調(diào)整為≤10.50%。從實際生產(chǎn)過程來看，再選懸浮液的密度很穩(wěn)定。

表2 >0.50 mm粒級原煤浮沉數(shù)據(jù)

2.3 粗煤泥分選系統(tǒng)

RC1800粗煤泥分選機的入料Ad在37%～39%之間，分選密度為1.32 g/cm3，頂水流量為16～23 L/s，此時，粗精煤Ad在15%～16%之間，作為動力煤。從多次試驗結(jié)果來看，由于原煤的極難選特性，粗精煤Ad難以控制在10.50%以下；當分選密度控制在1.15 g/cm3時，粗精煤Ad在11.50%左右，分選效果較好，但是其產(chǎn)率偏低。

2.4 細煤泥分選系統(tǒng)

煤泥水分級旋流器溢流、矸石磁選尾礦截粗弧形篩篩下水、RC精礦離心機離心液、RC尾礦弧形篩篩下水均進入原煤濃縮機，在此脫除高灰細泥。實際生產(chǎn)過程中，濃縮機溢流濃度在8～12 g/L，明顯高于尾煤濃縮機溢流濃度(<5 g/L)。

浮選設備為XJM-S20機械攪拌式浮選機(4室)，單槽容積為20 m3。實際浮選精煤Ad在13%～18%之間，即使是第一槽室的精煤，其灰分也超過11%，故適合作為優(yōu)質(zhì)動力煤。浮選藥劑試驗數(shù)據(jù)(表3)也說明，浮選尾煤灰分大于40%時，浮選精煤灰分超標，不能作為煉焦配煤；浮選精煤灰分小于10.50%時，實際操作中難以實現(xiàn)。

表3 浮選藥劑試驗結(jié)果

浮選系統(tǒng)運行的目的是提高浮選精煤產(chǎn)率，保證浮選尾煤灰分不低于40%。錢營孜礦井前期的主要可采煤層為32層和82層，煤種為氣煤、1/3焦煤，氣精煤沒有競爭優(yōu)勢，但其粘結(jié)指數(shù)G為87，膠質(zhì)層最大厚度Y為20.5，作為煉焦配煤有一定市場。

在地質(zhì)條件較好時，錢營孜礦井的原煤灰分在38%～42%之間，結(jié)合市場的精煤需求，應在保證動力煤低位發(fā)熱量高于20.08 MJ/kg前提下，盡可能提高其產(chǎn)量。在地質(zhì)條件較差時，原煤煤質(zhì)較差，應以生產(chǎn)動力煤為主，也可根據(jù)需要實現(xiàn)配煤洗選。對于特殊的企業(yè)用戶，需要生產(chǎn)低位發(fā)熱量高于20.92 MJ/kg的優(yōu)質(zhì)動力煤。

自2010年6月開始，經(jīng)過五年多的生產(chǎn)實踐，錢營孜選煤廠“柔性”工藝設計的優(yōu)越性得到充分的體現(xiàn)。該廠2011—2014年的生產(chǎn)、銷售數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 2011—2014年的生產(chǎn)與銷售數(shù)據(jù)

3 經(jīng)濟效益

礦井正常生產(chǎn)時每天的原煤產(chǎn)量為1.1萬t，經(jīng)分級、排矸(含矸率14.50%)后，<50 mm粒級原煤量為9 400 t，灰分在38%～42%之間，通常以39%計算，低位發(fā)熱量為17.57 MJ/kg。在生產(chǎn)狀態(tài)正常的情況下，該廠采用兩種方式組織生產(chǎn)，即全部生產(chǎn)動力煤和生產(chǎn)動力煤、煉焦配煤，以2015年一季度的實際銷售價格(不含稅)測算不同生產(chǎn)方式下的經(jīng)濟效益。

3.1 全部生產(chǎn)動力煤

全部生產(chǎn)動力煤時，要求產(chǎn)品低位發(fā)熱量不低于20.83 MJ/kg；對于特殊用戶，產(chǎn)品低位發(fā)熱量要達到20.92 MJ/kg，綜合考慮，產(chǎn)品低位發(fā)熱量為20.71 MJ/kg 。

部分原煤經(jīng)13 mm深度篩分后，<13 mm粒級不洗選，>13 mm粒級入選，選后產(chǎn)品摻入原煤，確保其低位發(fā)熱量達到20.71 MJ/kg。原煤以13 mm分級時，篩上物產(chǎn)率為70%，原煤中的79%需要篩分，因此，選煤廠的原煤實際入選量約為5 200 t/d。全部生產(chǎn)動力煤時的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及其銷售價格如表5所示。

表5 動力煤產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及其銷售價格

注：“-”表示矸石直接廢棄。

3.2 生產(chǎn)動力煤與煉焦配煤

選煤廠滿負荷生產(chǎn)時，原煤入選量為8 500 t/d，按照一定比例生產(chǎn)動力煤與煉焦配煤，產(chǎn)品低位發(fā)熱量不低于20.08 MJ/kg；考慮一些特殊用戶的需求，部分產(chǎn)品低位發(fā)熱量高于20.92 MJ/kg。

實際生產(chǎn)過程中，部分<13 mm粒級原煤不洗選，>13 mm粒級和大部分不篩分的原煤全部洗選，選后產(chǎn)品為動力煤和煉焦配煤，動力煤低位發(fā)熱量最終為20.71 MJ/kg。生產(chǎn)動力煤與煉焦配煤時的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及其銷售價格如表6所示。

表6 動力煤與煉焦配煤產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及其銷售價格

注：“-”表示矸石直接廢棄。

由表5、表6可知：在礦井原煤質(zhì)量均衡、動力煤嚴格以質(zhì)計價的情況下，生產(chǎn)部分精煤和部分動力煤時的噸煤售價略高，但選煤成本低會上升；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上也具有優(yōu)勢。在當前煤炭產(chǎn)品嚴重過剩的情況下，生產(chǎn)適銷對路的產(chǎn)品才是關(guān)鍵。

綜合考慮，既生產(chǎn)動力煤又生產(chǎn)煉焦配煤是選煤廠的最佳生產(chǎn)方式，這樣不但能保證動力煤的質(zhì)量穩(wěn)定，而且能生產(chǎn)出一定量的煉焦配煤，產(chǎn)品對市場變化的適應性大大提高，這是“柔性”工藝設計特點在適應市場方面的靈活性和推動經(jīng)濟效益提升的具體表現(xiàn)[10]。

4 結(jié)語

在借鑒臨近礦區(qū)煤質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，制定的錢營孜選煤廠“柔性”工藝設計方案，給實際生產(chǎn)帶來了極大的便利，同時也為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整預留了廣闊的空間，實際生產(chǎn)表明該方案設計是成功的。在選煤廠運行過程中，由于個別設備的選型不合理，導致部分生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，但通過方案的改進和完善，保證了生產(chǎn)的順利進行。

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Analysis of “flexible” process design feature of Qianyingzi preparation plant

WANG Lai-you

(Anhui Hengyuan Coal-Electricity Group Co., Ltd., Suzhou, Anhui 234011, China)

In the preliminary process design without production coal sample data, the “flexible” process that is appropriate to both different raw coal and market demand for different products, is designed by analyzing design features of Qianyingzi coal preparation plant technology. In addition, this “flexible” process has been used successfully, which has successful experience for others to design coal preparation plant technology for both coking and thermal coal.

design scheme; “flexible ”characteristics; raw coal quality; market demand

TD948.1

A

1001-3571(2015)04-0085-05

2015-06-26

10.16447/j.cnki.cpt.2015.04.024

汪來友(1965—)，男，安徽省池州市人，工程師，從事選煤生產(chǎn)管理工作。

E-mail：wly_sz@126.com Tel：0557 - 3982394