邯鄲洗選廠浮選精煤摻粗降水提效實踐

王志強，李紅軍

(冀中能源峰峰集團 邯鄲洗選廠，河北 邯鄲 056000)

1 概述

冀中能源峰峰集團邯鄲洗選廠是一座中央型煉焦煤選煤廠，于1959年12月投產(chǎn)，是新中國自行設(shè)計并施工的第一座選煤廠。2011年，邯鄲洗選廠進(jìn)行了新一輪技術(shù)改造，改造后形成了50～1 mm粒級脫泥無壓三產(chǎn)品重介旋流器分選，1～0.4 mm粒級CSS粗煤泥分選機分選， 0.4～0.125 mm粒級浮選機分選、<0.125 mm粒級浮選柱分選的四粒級分段式選煤工藝，實現(xiàn)了選煤工藝精細(xì)化、技術(shù)裝備國際化、控制技術(shù)數(shù)字化、先進(jìn)技術(shù)集成化、組織生產(chǎn)簡單化的技改目標(biāo)[1]。

近年來，隨著市場經(jīng)濟下行壓力加大，煤炭市場已經(jīng)進(jìn)入寒冬，煉焦精煤價格一降再降，市場形勢嚴(yán)峻，企業(yè)生存壓力巨大。為了增強精煤產(chǎn)品的競爭力，邯鄲洗選廠提出了精煤各項指標(biāo)保穩(wěn)定、再提高的要求。在精煤質(zhì)量上，邯鄲洗選廠精煤水分合格率一直在87%左右，不能滿足用戶要求，主要原因在于浮選精煤壓濾成餅后水分高且不穩(wěn)定，從而影響了最終精煤水分。為此，邯鄲洗選廠技術(shù)人員積極研究對策，并借鑒國內(nèi)選煤廠成功案例，組織實施了向浮選精煤中摻入粗精煤的技術(shù)措施，以求降低浮選精煤水分，保證最終精煤水分。

2 存在問題與分析

2.1 原煤煤泥含量大，浮選精煤粒度偏細(xì)，壓濾機濾餅水分高

邯鄲洗選廠入選的原煤是峰峰集團內(nèi)部梧桐莊、羊渠河、通二、牛兒莊四個礦別的煤種(表1)，通過不同比例配煤入選，產(chǎn)出焦煤、肥煤和瘦煤。由于這些礦的原煤中煤泥含量較高(普遍在30%左右)，導(dǎo)致選煤廠最終浮選精煤中<0.045mm粒級含量也高，由表2可以看出，浮選精煤中<0.045mm粒級含量高達(dá)50%左右，從而導(dǎo)致壓濾機濾餅水分大，進(jìn)料時間長等一系列問題。

表1 各礦別原煤全級浮沉試驗綜合表Table 1 Composite float and sink data of the raw coal from different mines %

表2 浮選精煤粒度組成Table 2 Size composition of flotation concentrate

2.2 浮選精煤泡沫過多，使壓濾機處理能力降低，導(dǎo)致精礦箱冒料

從理論和實際來看，由于邯鄲洗選廠浮選精礦過細(xì)，泡沫量大，不利于壓濾機入料泵的上料，因此降低了壓濾機的處理能力，從而導(dǎo)致精礦外溢。同時,由于現(xiàn)有廠房限制，精煤壓濾機只能安裝5臺，因此當(dāng)兩個選煤系統(tǒng)正常生產(chǎn)時(小時處理量為670 t)，5臺壓濾機無法有效處理產(chǎn)生的浮選精煤量，使精礦箱頻繁冒料，不僅造成精煤浪費，而且最終導(dǎo)致系統(tǒng)被迫減量。因此，精煤壓濾機的效率問題是影響邯鄲洗選廠產(chǎn)能提高的一個瓶頸。

3 工藝方案的研究與試驗

根據(jù)相關(guān)資料，粒度組成均勻的物料，顆粒間空隙較大，雖然容納比較多的水分，但其水分容易受重力作用排除；而粒度組成不均勻的物料，細(xì)粒將充填在粗顆?？紫吨?，使顆粒間空隙較小，其水分較難排除，特別是<0.045 mm粒級物料含量，對脫水效果影響很大:當(dāng)<0.045 mm粒級含量<20%時，通常對產(chǎn)品水分的影響不顯著；當(dāng)其含量超過20%時，就會給產(chǎn)品脫水造成困難[2-5]。

因此，對于粒度組成較細(xì)的浮選精煤，合理地向其中摻入粗顆粒，可有效改善浮選精煤粒度組成，不僅有利于脫水，并且還有利于浮選精煤消泡。浮選精煤泡沫是氣-液-固三相泡沫，在浮選精礦中，固體顆粒吸附在氣泡上，延緩了三相泡沫液膜層變薄，防止了氣泡兼并，還增加了氣泡的機械強度，這均不利于氣泡的破裂。細(xì)顆粒比表面積很大，表面能很高，因此能夠穩(wěn)定地粘附在氣泡上，固體顆粒越小越有利于氣泡的穩(wěn)定；當(dāng)固體顆粒的粒度超過某個固定值時，它會降低泡沫的穩(wěn)定性，原因是大顆粒受重力影響較大，很難穩(wěn)定粘附在氣泡上，當(dāng)顆粒從氣泡上脫落時，原來與顆粒接觸的液膜會被拉伸變薄，造成液體流失，加速泡沫破滅。因此，浮選精煤中摻入粗顆粒精煤有利于浮選泡沫消除[6-8]。

在借鑒同行業(yè)成功經(jīng)驗[9-11]與結(jié)合本廠實際的基礎(chǔ)上，邯鄲洗選廠決定將現(xiàn)有的CSS粗煤泥分選機部分精煤摻配進(jìn)入浮選精煤，以使浮選壓濾精煤粒度均勻，并減少浮選泡沫，實現(xiàn)降低水分，提高壓濾效率的目的。

3.1 工藝方案可行性分析與試驗

3.1.1 壓濾機精煤和CSS粗煤泥分選機溢流粒度組成分析

通過多次測定壓濾機濾餅粒度組成，發(fā)現(xiàn)浮選精煤濾餅中<0.045 mm粒級含量在50%左右，水分為24%～26%，細(xì)顆粒偏多(表2)。而CSS粗煤泥分選機精煤的溢流粒度較粗，>0.45 mm粒級顆粒含量在50%左右(表3)，經(jīng)過篩縫0.5 mm弧形篩脫水降灰后，<0.074 mm粒級僅為0.6%(表4)。

表3 CSS粗煤泥分選機溢流粒度組成Table 3 Size composition of overflow of CSS %

表4 CSS粗煤泥分選機精煤弧形篩檢查結(jié)果Table 4 Analysis of the result of Testing on clean coalof CSS with sieve bend %

CSS粗煤泥分選機溢流經(jīng)過弧形篩后,灰分基本在10%～11%之間，適宜摻入浮選精煤?；趪鴥?nèi)已有成功案例，且CSS粗煤泥分選機溢流脫泥后灰分符合要求，因此選煤廠決定將部分CSS粗煤泥分選機溢流摻入浮選精煤，以改善壓濾機壓濾效果。

3.1.2 工藝方案的確定

通過試驗可知摻粗可行，故初步確定如下工藝方案：引部分CSS粗煤泥分選機溢流到新增設(shè)的弧形篩上進(jìn)行脫水降灰，弧形篩篩上物直接摻入浮選精煤中，混合后的精煤再進(jìn)入壓濾機進(jìn)行壓榨脫水，篩下液再返回浮選入料。同時，結(jié)合廠房的地勢，從五層樓頂?shù)腃SS粗煤泥分選機溢流管處直接引管路到四層浮選精礦箱上設(shè)置的弧形篩，靠自流即可實現(xiàn)摻入，篩下水也是靠自流進(jìn)入一層煤泥桶。摻粗工藝流程如圖1所示。

圖1 摻粗工藝流程Fig.1 Flotation concentrate and coarse slime blending flowsheet

3.2 工藝設(shè)備的安裝

結(jié)合廠房現(xiàn)有的空間條件，首先選定在四層浮選機的空余空間處(此處正好位于浮選機精礦槽箱上方)安裝1.5 m寬弧形篩，然后從廠房五層樓頂?shù)腃SS粗煤泥分選機溢流管處接 DN100(4寸)管路至四樓的弧形篩上。

由于CSS粗煤泥分選機溢流灰分高，不能直接摻入浮選精煤中，為了降低弧形篩篩上粗精煤顆?；曳?，又在弧形篩上增加了一道噴淋水，同時安裝了邯鄲洗選廠自主研制的擊打器(圖2)，以改善弧形篩脫泥降灰效果，確保脫泥后摻入浮選精煤中的CSS粗煤泥分選機溢流灰分穩(wěn)定在10.00%～11.00%之間。

1—擊打臂；2—擊打塊；3—固定螺栓；4—限位；5—提升桿；6—滑道輪；7—固定基礎(chǔ)板；8—固定螺栓；9—固定螺母；10—固定桿；11—限位板；12—電機；13—偏心輪

3.3 摻粗后壓濾入料的粒度組成與產(chǎn)品水分

上述工藝改造完成后，邯鄲洗選廠又進(jìn)行了一系列的調(diào)整采樣試驗，在摻粗的管道前端安裝了蝶閥閘門，在閘門不同開度條件下進(jìn)行了試驗。試驗結(jié)果見表5、表6。

表5 436#、437#快開壓濾機產(chǎn)品水分對比Table 5 Comparison of moistures of cake products of quick-open filter presses 436# and 437# %

表6 摻粗前后壓濾入料粒度組成對比Table 6 Size compositions of cake product of each filter press before and after coarse slime is blended %

從表6數(shù)據(jù)可知，摻入CSS粗煤泥分選機精煤后，436#、437#壓濾機精煤水分整體降低，其中入料閘門開度為5%時水分降低的幅度比閘門開度為4%時要大。摻粗后，>0.074 mm以上粒級增加比較明顯。之后將摻粗比例逐漸增加又進(jìn)行了一系列試驗，最終確定入料閘門開度為6%。通過連續(xù)進(jìn)行綜合采樣，得到如表7、表8所示的試驗結(jié)果。從表7、表8中可以看出，浮選精煤經(jīng)過摻粗后，>0.074 mm粒級含量增加了13個百分點左右，而綜合水分降低了2個百分點左右，可見摻粗降水效果十分明顯。

表7 浮選精煤摻粗前后產(chǎn)品粒度組成對比Table 7 Size compositions of flotation concentratebefore and after coarse slime is blended

表8 壓濾機單機水分和灰分試驗結(jié)果Table 8 Result of test on ash and moisture of cake product of individual filter press

3.4 壓濾機工作效率對比分析

通過摻粗，有效地避免了精礦箱的冒料情況，使原煤處理量不需要再因冒料而減量，壓濾機的工作效率也明顯提高(表9)，使壓濾機壓濾周期縮短，卸料速度加快。

表9 壓濾機壓濾效果對比Table 9 Comparison of performances of filter pressbefore and after coarse slime is blended

4 改造效果及效益分析

(1)壓濾精煤摻粗技改項目完成后，浮選壓濾精煤水分從25%降低到23%。按壓濾精煤占總精煤量30%計算，壓濾精煤水分降低2個百分點，總精煤銷售水分可降低0.6個百分點，精煤銷售合格率可提高到90%以上，全年減少因精煤水分不合格扣款43.2萬元。同時滿足了用戶需求，提升了產(chǎn)品的競爭力，達(dá)到了以產(chǎn)促銷的目的。

(2)壓濾精煤摻粗后，提高了壓濾機工作效率。使壓濾機壓濾周期變短，由原來的一個循環(huán)20 min左右縮短到15 min左右，并且卸料速度加快，由每小時卸料3次增加每小時卸4次，并實現(xiàn)了停開一臺壓濾機，每天節(jié)約用電2 112 kW·h，年節(jié)約電費46.25萬元。

(3)壓濾精煤摻粗后，壓濾機不再是制約原煤入選量提高的瓶頸，原煤小時處理量由原來的650 t/h提高到670 t/h。因原煤小時處理量的提高，每天全廠生產(chǎn)系統(tǒng)實現(xiàn)了提前半小時停止運行，全年可減少生產(chǎn)系統(tǒng)運行時間180 h。按全廠生產(chǎn)系統(tǒng)總裝機容量6 700 kW計算，則全年可以節(jié)約電費72.36萬元。

三項合計，壓濾精煤摻粗后可增效161.81萬元/a，經(jīng)濟效益非?？捎^。。

5 結(jié)語

邯鄲洗選廠壓濾精煤摻粗系統(tǒng)投入運行后，精煤水分合格率提高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，滿足了用戶需求，企業(yè)信譽穩(wěn)步提高，同時提高了壓濾機的效率，降低了能源消耗，經(jīng)濟效益與社會效益均很顯著，為行業(yè)內(nèi)其他選煤廠降低精煤水分提供了有益參考。

[1] 申瑞紅. 四粒級選煤工藝在邯鄲洗選廠的應(yīng)用[J].潔凈煤技術(shù)，2012(6):18-22.

[2] 謝廣元. 選煤廠產(chǎn)品脫水[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2004.

[3] 金 雷. 選煤廠固液分離技術(shù)[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，2012.

[4] 謝廣元. 選礦學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2001.

[5] 戴少康.選煤工藝設(shè)計實用技術(shù)手冊[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2010.

[6] 李 騰，陳建中，沈麗娟，等. 浮選精煤摻粗對其脫水效果的影響[J].礦山機械，2012,40(3)：85-88.

[7] 曾 凡，胡永平.礦物加工顆粒學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1995：77-88.

[8] 秦波濤，王德明.三相泡沫的穩(wěn)定性及溫度的影響[J].金屬礦山，2006,31(4)：62-65.

[9] 劉益民，程忠貴，趙曉聯(lián). 技改后巧用摻粗恢復(fù)過濾機的性能[J].山西煤炭，2009,29(3):36-37.

[10] 王建軍，趙冠一，王建國. 福瑞選煤廠降低浮選精煤水分的研究與對策[J].選煤技術(shù)，2014(2):42-44.

[11] 方義恩，田祥龍，孫中虎. 浮選尾礦摻粗工藝研究與實踐[J].山東煤炭科技，2009(4):60-61.