朔中選煤廠動(dòng)力煤干法篩分脫粉的可行性研究

郝 俊，陳開玲

(朔州中煤平朔能源有限公司，山西 朔州 036002)

隨著國家產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整與環(huán)保治理力度的加大，動(dòng)力煤洗選加工得到了快速發(fā)展。對(duì)于動(dòng)力煤選煤廠而言，末煤(<13 mm粒級(jí)原煤) 入選可以穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，能夠更好地適應(yīng)原煤質(zhì)量變化和滿足客戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求。動(dòng)力煤選煤廠末煤分選常用的生產(chǎn)模式為(以下簡(jiǎn)稱“傳統(tǒng)模式”)：末原煤經(jīng)1.50 mm濕法脫泥后采用重介質(zhì)旋流器分選，篩下煤泥水以原煤分級(jí)旋流器進(jìn)行0.25 mm分級(jí)，溢流(<0.25 mm粒級(jí)煤泥) 經(jīng)壓濾機(jī)壓濾脫水后成為壓濾煤泥，底流( 1.5～0.25 mm粒級(jí)煤泥) 采用螺旋分選機(jī)或TBS干擾床分選處理。朔州中煤平朔能源有限公司選煤廠(以下簡(jiǎn)稱“朔中選煤廠”)采用該生產(chǎn)工藝處理末煤。

多年的生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，采用傳統(tǒng)模式處理末煤，導(dǎo)致煤泥量大、產(chǎn)品水分高而發(fā)熱量低、壓濾機(jī)排料不連續(xù)、物料粘度大，這部分煤泥與精煤摻配后形成的商品煤質(zhì)量波動(dòng)較大，極端情況下車廂易被粘附、凍結(jié)而無法卸車，甚至出現(xiàn)了運(yùn)輸溜槽和煤倉被堵塞引發(fā)的洗選系統(tǒng)停產(chǎn)事故[1]。特別是<3 mm粒級(jí)粉煤洗選后水分大增，而其發(fā)熱量增加并不明顯，有時(shí)甚至降低，但洗選產(chǎn)品的產(chǎn)率不高[2]。此外，大量煤泥進(jìn)入洗選系統(tǒng)，致使循環(huán)水量和煤泥量明顯增加，這不但使后續(xù)煤泥水處理難度增大，而且使洗選系統(tǒng)的介耗、電耗等日常運(yùn)營指標(biāo)增加，進(jìn)而對(duì)選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益增長產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響。因此，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，應(yīng)將粉煤盡可能預(yù)先脫除，并通過旁路另行處理。

1 干法篩分脫粉的必要性與優(yōu)勢(shì)

對(duì)于動(dòng)力煤選煤廠來說，末煤全粒級(jí)入選將給洗選系統(tǒng)帶來大量原生煤泥，加之很多礦區(qū)的煤和矸石都極易泥化，導(dǎo)致洗選產(chǎn)品灰分增加；此外，細(xì)煤泥的比表面積大、水分高、粘度大，這為洗選產(chǎn)品的合理摻配帶來較大困難。在這種情況下，單獨(dú)銷售就成為處理煤泥的可行途徑，而其單獨(dú)外銷難度也較大，只能單獨(dú)晾曬后堆放；但大量煤泥的堆放與積存，不但浪費(fèi)能源資源，影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，而且嚴(yán)重污染廠區(qū)環(huán)境，不利于選煤廠的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。

隨著細(xì)顆粒篩分技術(shù)的日漸成熟，動(dòng)力煤干法篩分脫粉成為一種較好的選擇，該工藝可將入選原煤中的大部分煤粉預(yù)先脫除。從選煤廠的基建費(fèi)用與運(yùn)營成本構(gòu)成來看，煤泥水處理系統(tǒng)的基建費(fèi)用占選煤系統(tǒng)總基建費(fèi)用的35%左右，運(yùn)營成本占末煤洗選成本的25%左右[3]。將傳統(tǒng)的1.5 mm濕法脫泥工藝改為3 mm干法脫粉工藝，不但可使選煤廠的基建費(fèi)用和生產(chǎn)成本降低，而且能使洗選系統(tǒng)的煤泥量大幅下降，還可減輕煤泥水處理系統(tǒng)的壓力。另外，對(duì)于易泥化的煤和矸石，預(yù)先干法脫粉可以有效避免泥化物對(duì)預(yù)先脫除的粉煤的污染，且可以控制部分粉煤的水分，這有利于提高末煤產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。

重慶白巖選煤廠采用<50 mm粒級(jí)原煤以3 mm脫粉后由無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器主選的聯(lián)合工藝，與傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝相比，重介系統(tǒng)的煤泥量大大降低，脫介設(shè)備數(shù)量減少，洗選系統(tǒng)的介耗和能耗均降低，廠房體積更小，有效節(jié)省了建設(shè)投資與運(yùn)營成本[4]。

2 干法篩分脫粉設(shè)備

干法篩分脫粉一般是以<6 mm的粒度對(duì)原煤進(jìn)行干式篩分，將其預(yù)先分成不同的粒級(jí)。一般認(rèn)為，當(dāng)原煤外在水分在7%～14%之間時(shí)，以<6 mm的粒度進(jìn)行干式篩分，物料處于難篩分狀態(tài)。這是因?yàn)樵旱耐庠谒辜?xì)煤粒相互粘結(jié)成團(tuán)，并粘附在大塊煤上[2]；另外，這些粘濕煤粒還會(huì)堵塞篩孔，導(dǎo)致細(xì)煤粒難以透篩。隨著篩分技術(shù)的發(fā)展，細(xì)粒煤難篩分的問題得到有效解決。

目前以>13 mm粒度篩分的工藝應(yīng)用比較成熟，常見的篩分設(shè)備有煤用概率分級(jí)篩、圓振篩、等厚篩、曲張篩、馳張篩、博后篩、旋轉(zhuǎn)概率篩等[5]，而以<3 mm粒度進(jìn)行干法篩分的設(shè)備主要采用弛張篩和交叉篩。

2.1 弛張篩

2.1.1 結(jié)構(gòu)組成與工作原理

弛張篩(圖1)主要由浮動(dòng)篩框、固定篩框、激振器、橡膠彈簧支撐底座等組成。浮動(dòng)篩框和固定篩框組成雙質(zhì)體共振系統(tǒng)，激振器用于為設(shè)備工作提供激振力，橡膠彈簧支撐底座有助于減小設(shè)備的不良振動(dòng)。馳張篩采用雙質(zhì)體亞共振原理工作，在篩機(jī)工作時(shí)，線性振動(dòng)的固定篩框和被激勵(lì)的浮動(dòng)篩框產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)；同時(shí)，彈性聚氨酯篩面以800次/min的頻率連續(xù)不斷地?cái)U(kuò)張與收縮，從而使物料獲得很高的加速度，能夠有效地防止篩孔被堵塞。

1—浮動(dòng)篩框；2—固定篩框；3—激振器；4—橡膠彈簧支撐底座

2.1.2 技術(shù)特點(diǎn)

從實(shí)際應(yīng)用和設(shè)計(jì)方案來看，弛張篩的主要技術(shù)特點(diǎn)[2,6-8]如下：

(1)篩網(wǎng)采用可伸縮的聚氨酯橡膠材料制成，工作時(shí)篩網(wǎng)交替擴(kuò)張與收縮，從而使篩分物料產(chǎn)生向前的彈跳運(yùn)動(dòng)，能夠有效避免物料粘附于篩網(wǎng)并堵塞篩孔。

(2)篩板振幅遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)篩分設(shè)備，物料的拋射加速度為重力加速度的30～50倍，故篩孔不易被堵塞，篩分效率較高，且處理能力大，動(dòng)負(fù)荷小，功耗少，噪音低。

(3)由于篩板振幅較大，加之篩網(wǎng)是由橡膠材料制成的，易被入料中的大塊煤砸壞，故其入料粒度上限往往被控制在50 mm以下。

2.1.3 技術(shù)參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和待篩分原煤的特點(diǎn)，選擇UFSB4380弛張篩作為工業(yè)試驗(yàn)設(shè)備，其主要技術(shù)參數(shù)如下:

參數(shù)

數(shù)值

外形尺寸/(mm×mm×mm)

9 829×5 102×5 102

有效篩分面積/m2

29.21

篩板尺寸/(mm×mm)

4.50×25

驅(qū)動(dòng)功率/kW

30

激振器角度/(°)

20

工作噪聲/dB(A)

<85

處理能力/(t·h-1)

550

2.2 交叉篩

2.2.1 結(jié)構(gòu)組成與工作原理

交叉篩(圖2)是在傳統(tǒng)滾軸篩基礎(chǔ)上研制出的一種新型篩分設(shè)備，其主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、篩軸及固定在篩軸上的篩片組成。多組平行布置的篩軸組成篩面，篩軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向與物料流動(dòng)方向相同，每根篩軸上安裝有若干等距篩片和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，相鄰篩軸上的篩片相互交叉排列，形成“動(dòng)態(tài)篩孔”。物料在篩面滾動(dòng)過程中不斷分層，小顆粒向下移動(dòng)，在其長時(shí)間與篩孔接觸過程中，通過相鄰篩片的“手搓式”作用完成強(qiáng)制透篩；大顆粒繼續(xù)向前滾動(dòng)，其在滾動(dòng)過程中不斷遭受沖擊，團(tuán)聚顆粒被打散，并自動(dòng)清理粘附在篩片上的細(xì)微顆粒，從而達(dá)到“自清理”目的；篩軸下方設(shè)置有刮泥板，可以清理剩余的粘附顆粒。

1—驅(qū)動(dòng)電機(jī)；2—篩軸和篩片

2.2.2 技術(shù)特點(diǎn)

交叉篩通過“動(dòng)態(tài)篩孔”設(shè)計(jì)和物料“自清理”功能[9]，成功實(shí)現(xiàn)了篩孔“不粘、不堵、不卡”的篩分要求，基本解決了傳統(tǒng)滾軸篩的堵料、卡料問題。該篩機(jī)的主要技術(shù)特點(diǎn)為：

(1)篩分效率高。通過“動(dòng)態(tài)篩孔”和物料“自清理”技術(shù)，充分保證了篩面的開孔率和料層的透篩速度，篩機(jī)的篩分效率高。

(2)可靠性高。篩機(jī)自身無振動(dòng)，沒有沖擊，動(dòng)載荷小，易損件少，工作噪聲低，可靠性高。

(3)不堵料、不卡料。篩面采用多曲段設(shè)計(jì)，布料均勻；篩片之間的動(dòng)、靜篩孔間距大小變化為物料的3～4倍，基本解決了堵料和卡料的問題。

2.2.3 技術(shù)參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和待篩分原煤的特點(diǎn)，選擇CRS1818-3交叉篩作為工業(yè)試驗(yàn)設(shè)備，其主要技術(shù)參數(shù)為:

參數(shù)

數(shù)值

外形尺寸/(mm×mm×mm)

5 140×3 900×2 200

篩面尺寸/(mm×mm)

1 800×4 080

驅(qū)動(dòng)功率/kW

58

篩面傾角/(°)

14

入料粒度/mm

≤300

工作噪聲/dB(A)

<75

處理能力/(t·h-1)

300

3 可行性探索

2015年10月底至12月上旬，朔中選煤廠會(huì)同設(shè)備廠家對(duì)弛張篩和交叉篩分別進(jìn)行3 mm的工業(yè)篩分試驗(yàn)。首先采用兩種篩機(jī)分別對(duì)煤樣進(jìn)行篩分，再將篩分煤樣烘干，然后在實(shí)驗(yàn)室對(duì)烘干煤樣進(jìn)行篩分。

為了判斷兩種設(shè)備的篩分效果，采用篩分效率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，其計(jì)算式[5]如下：

式中：η為篩分效率，%；α為待篩分原煤中小于篩孔尺寸粒級(jí)的含量，%；θ為篩上產(chǎn)品中小于篩孔尺寸粒級(jí)的含量，%。

3.1 物料特性

試驗(yàn)時(shí)選取全水分為9.50%、分析水為1.67%的煤樣進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)室篩分試驗(yàn)結(jié)果(表1)表明：試驗(yàn)煤樣主導(dǎo)粒級(jí)為>13 mm，其產(chǎn)率為62.19%，其次為<3 mm粒級(jí)，13～3 mm粒級(jí)產(chǎn)率最低。

表1 煤樣實(shí)驗(yàn)室篩分試驗(yàn)結(jié)果

3.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)篩上物實(shí)驗(yàn)室篩分試驗(yàn)結(jié)果(表2、表3)，結(jié)合篩分效率計(jì)算式，可以計(jì)算出兩種不同篩機(jī)的篩分效率。以3 mm粒度篩分時(shí)，弛張篩的篩分效率為73.82%，交叉篩的篩分效率為86.76%，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般的篩分設(shè)備。由此來看，采用這兩種設(shè)備作為原煤的干法脫粉設(shè)備可行。

表2 弛張篩篩上物實(shí)驗(yàn)室篩分試驗(yàn)結(jié)果

表3 交叉篩篩上物實(shí)驗(yàn)室篩分試驗(yàn)結(jié)果

原煤選前所脫粉煤，可以作為產(chǎn)品直接銷售，也可以摻入選后末精煤銷售，這樣不但可使混煤水分降低，有效減少凍車事故發(fā)生的概率，而且能夠避免銷售困難、露天堆放等問題，有助于企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高和廠區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。原煤選前脫粉，可使生產(chǎn)系統(tǒng)煤泥量減少30個(gè)百分點(diǎn)以上[10]，煤泥處理系統(tǒng)負(fù)荷降低，這對(duì)簡(jiǎn)化煤泥處理工藝，提高末煤系統(tǒng)洗選能力和分選精度，降低粉煤灰分等極為有利。此外，生產(chǎn)系統(tǒng)所需設(shè)備數(shù)量減少，介耗、藥耗、電耗等生產(chǎn)成本顯著降低。

4 結(jié)語

現(xiàn)階段以>13 mm粒度篩分的工藝應(yīng)用比較成熟，由于待篩分物料的水分和篩機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)原因，以<3 mm粒度進(jìn)行干法篩分脫粉的應(yīng)用較少。以弛張篩和交叉篩作為干法篩分脫粉設(shè)備，對(duì)朔中選煤廠的動(dòng)力煤進(jìn)行3 mm脫粉工業(yè)試驗(yàn)，在煤樣全水分為9.50%、分析水為1.67%的情況下，弛張篩的篩分效率為73.82%，交叉篩的篩分效率為86.76%，二者均較高，即這兩種方案可行。

動(dòng)力煤干法篩分脫粉后，大部分原生煤泥不再進(jìn)入洗選系統(tǒng)，不但可以進(jìn)一步提高分選設(shè)備的分選效果，而且能夠大大減少洗選系統(tǒng)的煤泥量，降低煤泥水處理成本，提高末煤產(chǎn)量和發(fā)熱量，進(jìn)而為企業(yè)帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益和良好的環(huán)保效益。

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