從棄矸中回收低熱值燃料煤的工藝研究與應(yīng)用

吳克勇

(四川川煤華榮能源股份有限公司 精煤分公司,四川 攀枝花 617065)

矸石是煤炭加工過程中的固體廢棄物。在洗選加工過程中，由于受質(zhì)量要求、煤質(zhì)狀況、洗選設(shè)備、生產(chǎn)工藝、操作技能等因素的影響，必然會(huì)出現(xiàn)矸石帶煤的現(xiàn)象[1]。大量矸石被丟棄，不僅占用土地資源，還會(huì)因自燃、雨淋、泥化等作用對環(huán)境產(chǎn)生污染，并且大量矸石的外排和堆放帶來的安全、環(huán)保、管理壓力也成為企業(yè)的嚴(yán)重負(fù)擔(dān)[2-3]。

川煤集團(tuán)攀煤公司精煤分公司格里坪選煤廠于1989年正式建成投產(chǎn),設(shè)計(jì)原煤入選能力為1.80 Mt/a，主選設(shè)備為LTG-15型跳汰機(jī)，采用跳汰、浮選聯(lián)合工藝，精煤產(chǎn)品為8級和10級煉焦煤。隨運(yùn)行年限的增加，主要分選設(shè)備LTG-15型跳汰機(jī)老化嚴(yán)重，2018年一季度生產(chǎn)資料顯示：該機(jī)矸石產(chǎn)率為45%，矸石帶煤率(含<1.8 kg/L密度級物料)為10%，灰分為48.23%。理論分析表明，每年可從中回收8萬t灰分為60%的低熱值燃料煤，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

另外，該選煤廠生產(chǎn)的矸石需要通過1.8 km的索道運(yùn)輸才能到達(dá)矸石堆放場，而選出的低熱值燃料煤可直接進(jìn)入中煤系統(tǒng)，不僅可有效節(jié)約運(yùn)輸成本，每年還可以減少8萬t的矸石堆放，進(jìn)而減輕企業(yè)環(huán)保壓力。

1 矸石再選工藝

矸石再選采用原閑置的SKT跳汰機(jī)作為主選設(shè)備，在原系統(tǒng)矸石緩沖倉下方安裝分流閘板，使矸石既可直接外排，又可進(jìn)入矸石再選系統(tǒng)[4]。生產(chǎn)時(shí)，采用帶式輸送機(jī)將矸石輸送到選煤機(jī)緩沖倉，再經(jīng)過倉下振動(dòng)給料機(jī)將矸石給入矸石跳汰機(jī)；矸石跳汰機(jī)排出的棄矸經(jīng)斗式提升機(jī)脫水后，通過索道外排；低熱值燃料煤則通過溢流進(jìn)入撈坑，經(jīng)過斗式提升機(jī)脫水后進(jìn)入原系統(tǒng)的中煤帶式輸送機(jī)。矸石再選設(shè)備流程如圖1所示。

圖1 矸石再選設(shè)備流程圖

2 矸石再選跳汰機(jī)改造

為更好地適應(yīng)矸石的分選[5]，將原閑置的兩段式SKT跳汰機(jī)改為單段式跳汰機(jī)，并對篩板傾角和排料輪控制方式進(jìn)行了調(diào)整。

2.1 篩板傾角的調(diào)整

與原煤比較，矸石分選密度高，在篩板上移動(dòng)速度緩慢，嚴(yán)重影響處理能力和床層分層。調(diào)整篩板角度可以有效提高分選速度，基本原理是使顆粒在每一個(gè)跳汰周期內(nèi)移動(dòng)距離加大[6]。假設(shè)跳汰機(jī)的風(fēng)量、水量和運(yùn)動(dòng)周期不變,則顆粒在不同角度篩板上的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖2所示。

注:●為物料顆粒；L為物料移動(dòng)距離；△L為物料移動(dòng)增加距離。

由圖2可以看出,在同一個(gè)跳汰周期內(nèi),篩板傾角越大,顆粒在同一跳汰周期移動(dòng)的距離就越大。經(jīng)過多次計(jì)算分析和試驗(yàn)比較，最終把篩板角度由3°提高至5°,從而使SKT跳汰機(jī)較好地適應(yīng)了矸石的高密度分選。

2.2 排料輪控制方式優(yōu)化

當(dāng)來煤運(yùn)輸量波動(dòng)較大時(shí)，跳汰機(jī)排料輪可能發(fā)生卡輪現(xiàn)象。SKT跳汰機(jī)改成上排料結(jié)構(gòu)后，排料輪長度增加了一倍，在增加重產(chǎn)物通過能力的同時(shí)，也直接降低了排料輪電機(jī)工作的頻率[7]，而跳汰機(jī)控制系統(tǒng)的變頻器出廠設(shè)置是V/F控制模式，電機(jī)在低頻、低轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)矩比較小，所以導(dǎo)致了卡輪。將其調(diào)整為矢量控制模式之后，使電動(dòng)機(jī)在基頻以下實(shí)現(xiàn)了恒轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行區(qū)域內(nèi)，變頻器能根據(jù)負(fù)載電流大小和相位進(jìn)行轉(zhuǎn)差補(bǔ)償，從而有效解決了卡輪現(xiàn)象。

3 洗水控制工藝

3.1 斗式提升機(jī)溢流直接作為循環(huán)水

跳汰機(jī)每小時(shí)用水量為3～5 m3，這部分水直接從跳汰機(jī)溢流口進(jìn)入斗式提升機(jī)，聚積在斗式提升機(jī)集水箱。工作時(shí)，聚積在斗式提升機(jī)集水箱的水量不斷增加，水中礦物不停地沉淀，然后被運(yùn)轉(zhuǎn)的斗式提升機(jī)帶走。集水箱上層水相對澄清，可用管道將澄清水利用水位高差引入循環(huán)桶[8-9]。循環(huán)水進(jìn)入循環(huán)桶后，采用泵直接輸送到跳汰機(jī)重復(fù)利用，循環(huán)水濃度高時(shí)通過閘門調(diào)整使之進(jìn)入原系統(tǒng)濃縮機(jī)處理，暫從原系統(tǒng)高位水倉補(bǔ)充洗水。

原主選系統(tǒng)的斗式提升機(jī)溢流進(jìn)入浮選系統(tǒng)，矸石再選的溢流水中物料灰分較高，不適合進(jìn)入現(xiàn)有浮選系統(tǒng)，故將矸石再選系統(tǒng)中斗式提升機(jī)溢流直接作為循環(huán)水，最大限度地降低對原煤泥水系統(tǒng)的不良影響，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的洗水閉路循環(huán)[10]。同時(shí)，生產(chǎn)中取消了濃縮、澄清等復(fù)雜的煤泥水處理環(huán)節(jié)，簡化了工藝，做到了既經(jīng)濟(jì)、又節(jié)能。

3.2 溢流管安裝技術(shù)要求

溢流管安裝示意如圖3所示。

(1)溢流管的安裝高度，即斗式提升機(jī)底部到溢流管的垂直距離H2=3.5 m。溢流管盡量安裝在穩(wěn)流層，位置過低，在脈沖水流的影響下粗顆粒容易進(jìn)入溢流管，影響整個(gè)系統(tǒng)工作；位置過高，則會(huì)增加斗式提升機(jī)負(fù)荷。

(2)根據(jù)連通器原理，溢流管安裝高度不能高于溢流入口位置，并且要預(yù)留一定高度，否則會(huì)造成返水現(xiàn)象，溢流管安裝位置與溢流入口位置的高差H1=1 m。

圖3 溢流管安裝示意圖

(3)溢流管與斗式提升機(jī)結(jié)合部位應(yīng)在斗式提升機(jī)的背面。這是因?yàn)榇诸w粒物在脈沖水流的影響下是沿斗式提升機(jī)底部箱壁運(yùn)動(dòng)的。

4 改造效果

4.1 工藝指標(biāo)

4.1.1 產(chǎn)品篩分試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

入料(矸石)、輕產(chǎn)物及重產(chǎn)物的篩分試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 篩分試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Screen analysis %

由表1可以看出，從矸石中回收低熱值燃料煤之前矸石的灰分為75.77%，洗選后重產(chǎn)物的灰分為77.02%，說明矸石的含煤率有所降低；產(chǎn)品中輕產(chǎn)物的灰分在52.77%～69.84%之間,工藝效果明顯。

4.1.2 跳汰選矸工藝的優(yōu)點(diǎn)[11]

(1)此工藝所用的部分設(shè)備和材料屬于閑置利用，改造使閑置的物資發(fā)揮了作用，大大降低了資金投入。

(2)此工藝投入生產(chǎn)后4個(gè)月即可收回成本，且當(dāng)年就創(chuàng)造了可觀的利潤，給企業(yè)帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

(3)該工藝所用的都是常用洗選設(shè)備，不需要引進(jìn)新的技術(shù)，生產(chǎn)狀況良好，維護(hù)成本低。

(4)工藝流程簡單，不需要太多的勞動(dòng)力和技術(shù)投入。

(5)矸石再選完善了選煤廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，豐富了產(chǎn)品規(guī)格，減少了資源浪費(fèi)和環(huán)境污染[12]。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

4.2.1 成本計(jì)算

(1)該系統(tǒng)設(shè)備總功率為280 kW，每班運(yùn)轉(zhuǎn)7 h，每年320個(gè)生產(chǎn)班，年耗電量為62.72萬kW·h，其他費(fèi)用為42.65萬元(含改造、購買設(shè)備費(fèi)用，折算為每年15萬元，年水費(fèi)為3.75萬元，人員工資為23.90萬元)。

(2)每年維護(hù)費(fèi)用10萬元。

4.2.2 銷售收入及新增利潤

新增低熱值燃料煤7.50萬t，回收率為93.75%。低熱值燃料煤銷售價(jià)格按150元/t計(jì)算，每年可增收1 125萬元。綜上，新增利潤為1 125萬元-42.65萬元-10萬元=1 072.35萬元。

5 結(jié)語

跳汰選矸具有工藝簡單、技術(shù)成熟、便于管理、加工費(fèi)低等優(yōu)點(diǎn)，是一種有效從棄矸中回收低熱值燃料煤的分選工藝。此工藝不但提高了煤炭資源的利用率，為企業(yè)增加了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，而且大大減少了矸石排放，有效節(jié)約了運(yùn)輸成本，節(jié)約了土地資源，減輕了大量矸石外排和堆放給企業(yè)帶來的安全、環(huán)保、管理壓力，是一項(xiàng)符合國家環(huán)保節(jié)能要求的環(huán)保項(xiàng)目，因此還具有良好的社會(huì)效益。