新礦集團(tuán)沙章圖選煤廠工藝設(shè)計(jì)探討

母長(zhǎng)春

(大地工程開(kāi)發(fā)(集團(tuán))有限公司，天津 300381)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，煤炭行業(yè)勘探、設(shè)計(jì)及機(jī)械裝備水平不斷提高，在煤炭賦存條件較好的礦區(qū)，大型高效的礦井不斷涌現(xiàn)，這對(duì)煤炭行業(yè)的發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用，同時(shí)也對(duì)后續(xù)煤炭的分選加工提出了更高要求。

沙章圖礦井距內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂托克前旗西約70 km處，地處內(nèi)蒙古自治區(qū)與寧夏回族自治區(qū)接壤地帶。井田資源儲(chǔ)量683.88 Mt，設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量422.247 Mt，可采煤層達(dá)7層，采煤方式為綜采。沙章圖礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為5.00 Mt/a，與礦井配套的沙章圖選煤廠工程設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力也為5.00 Mt/a，小時(shí)最大處理量與礦井最大提升能力相匹配，為1 287 t。

1 原煤煤質(zhì)特點(diǎn)

沙章圖礦井目前主采3層煤和9層煤，分別位于山西組中部和太原組下部，煤層厚度在0.73～4.95 m之間，平均厚度分別為3.32 m和2.23 m。原煤灰分以中灰/中高灰分為主，硫分以中硫?yàn)橹?，煤種以氣煤和1/3焦煤為主。

3層煤和9層煤原煤篩分試驗(yàn)和浮沉試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1—表6。從表1和表2可以看出：原煤中>50 mm粒級(jí)產(chǎn)率分別為17.22%和22.11%，塊煤中夾矸煤含量低，但矸石約占?jí)K煤含量的60%以上，說(shuō)明大塊煤中矸石較純且含量高；<0.5 mm粒級(jí)煤泥含量分別為6.78%和2.92%，灰分均低于原煤灰分；各粒級(jí)灰分隨粒度減小而降低，說(shuō)明煤的質(zhì)地較脆；兩種煤的灰分分別為38.88%和34.10%，說(shuō)明原煤屬中高灰煤。

表1 3層煤粒度組成Table 1 Screen analysis of the raw coal from seam 3# %

表2 9層煤粒度組成Table 2 Screen analysis of the raw coal from seam 9# %

表3 3層煤各粒級(jí)浮沉綜合表Table 3 Composite float-and-sink data of each size fraction of raw coal (seam 3#) %

表4 9層煤各粒級(jí)浮沉綜合表Table 4 Composite float-and-sink data of each size fraction of raw coal (seam 9#) %

從表3和表4可以看出：各粒級(jí)浮沉中，主導(dǎo)密度級(jí)為1.3～1.4 kg/L和>1.8 kg/L，各粒級(jí)浮沉組成呈兩頭大、中間小的特點(diǎn)，有利于排除純矸和分選低灰精煤；塊煤中浮沉煤泥含量較少，末煤中浮沉煤泥含量較多，且末煤的浮沉煤泥灰分較高。

表5 3層煤各粒級(jí)可選性Table 5 Washability of each size fraction of raw coal (seam3#) %

表6 9層煤各粒級(jí)可選性Table 6 Washability of each size fraction of raw coal (seam9#) %

從表5和表6可以看出：原煤可選性較差，無(wú)論高密度排矸還是低密度分選均屬難選、極難選等級(jí)；當(dāng)采取1.8 kg/L密度排矸時(shí)，浮物灰分在11%～13%之間，完全滿足動(dòng)力煤產(chǎn)品質(zhì)量要求；當(dāng)采用1.4～1.5 kg/L密度分選時(shí)，精煤灰分在7.0%～9.0%之間，滿足煉焦配煤的灰分要求。

2 產(chǎn)品定位

沙章圖選煤廠入選原煤以氣煤和1/3焦煤為主，項(xiàng)目位于上海廟能源化工園區(qū)附近。產(chǎn)品定位以煉焦配煤為主，主要供應(yīng)上海廟能源化工項(xiàng)目；同時(shí)結(jié)合原煤煤質(zhì)、市場(chǎng)波動(dòng)情況以及化工項(xiàng)目的建設(shè)規(guī)模，兼顧生產(chǎn)動(dòng)力用煤。

3 選煤工藝設(shè)計(jì)

根據(jù)選煤廠的產(chǎn)品定位：以煉焦配煤為主，兼顧生產(chǎn)動(dòng)力用煤，因此在選煤廠工藝設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮生產(chǎn)煉焦配煤和動(dòng)力用煤的靈活切換。生產(chǎn)煉焦配煤時(shí)，進(jìn)行低密度分選和高密度排矸；生產(chǎn)動(dòng)力用煤時(shí)，僅進(jìn)行高密度排矸即可。

3.1 主選環(huán)節(jié)

3.1.1 塊煤分選

結(jié)合原煤煤質(zhì)，>50 mm粒級(jí)中夾矸煤含量極低，說(shuō)明大粒級(jí)原煤解離情況良好，應(yīng)盡量減少原煤、塊煤的破碎環(huán)節(jié)，以減少煤泥量和末煤入選量。從表1和表2可以看出，3層、9層原煤中>50 mm粒級(jí)含矸率分別為82.35%和59.52%，均屬高含矸等級(jí)，塊原煤更應(yīng)避免破碎作業(yè)，宜設(shè)置塊煤機(jī)械排矸，以充分發(fā)揮塊煤分選精度高、設(shè)備處理能力大、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)[1]。

目前國(guó)內(nèi)選煤廠常用的塊煤分選設(shè)備有動(dòng)篩跳汰機(jī)和淺槽重介分選機(jī)。動(dòng)篩跳汰機(jī)是跳汰機(jī)的一種，為水力分選設(shè)備，工作時(shí)，槽體中水流不脈動(dòng)，直接靠動(dòng)篩機(jī)構(gòu)用液壓或機(jī)械驅(qū)動(dòng)篩板在水介質(zhì)中作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使篩板上的物料形成周期性地松散[2]。淺槽重介分選機(jī)的工作原理為：煤在充滿重介質(zhì)的槽形分選機(jī)中，在重力作用下，按密度浮沉分層，浮煤在槽的上部，利用重介懸浮液的自然流動(dòng)排出槽外，沉物則從底部用刮板排出。為了避免重介質(zhì)在槽內(nèi)沉淀分層，在槽箱底部有介質(zhì)上升流，以穩(wěn)定介質(zhì)懸浮液的密度[3]。

相比淺槽重介分選機(jī)而言，動(dòng)篩跳汰機(jī)雖然在入料上限和生產(chǎn)成本上具有一定優(yōu)勢(shì)，但其分選精度較低，特別是在分選難選或極難選煤時(shí)，會(huì)造成精煤損失[4]。因此，對(duì)于難選或極難選塊煤來(lái)說(shuō)，應(yīng)優(yōu)先采用淺槽重介分選機(jī)。

3.1.2 末煤分選

對(duì)于難選煤來(lái)說(shuō)，末煤應(yīng)首先考慮采用重介工藝，目前國(guó)內(nèi)末煤重介分選設(shè)備主要有三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器和兩段兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器。兩種設(shè)備各有優(yōu)缺點(diǎn)，主要體現(xiàn)在系統(tǒng)可靠性、建設(shè)及運(yùn)行成本等方面。結(jié)合本項(xiàng)目煤質(zhì)情況和產(chǎn)品質(zhì)量要求，設(shè)計(jì)推薦采用兩段兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器粗精選工藝。分析如下：

(1)從系統(tǒng)可靠性來(lái)看，由于三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器采用一套密度系統(tǒng)，二段排矸的密度由一段重介懸浮液濃縮而成，一般二段密度比一段密度高0.3～0.4 kg/L，故其對(duì)原煤煤質(zhì)適應(yīng)性差，產(chǎn)品品種不好調(diào)節(jié)。在實(shí)際生產(chǎn)中二段排矸的密度受一段分選密度影響，很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制[5]。而兩段兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選密度控制相互獨(dú)立，能夠滿足生產(chǎn)多級(jí)精煤的要求，系統(tǒng)可靠，管理方便[6]。

(2)從建設(shè)及運(yùn)行成本來(lái)看，三產(chǎn)品旋流器最大的優(yōu)勢(shì)就是通過(guò)一套密度系統(tǒng)分選出精煤、中煤和矸石，系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單；但由于三產(chǎn)品旋流器的處理量相對(duì)較小，介質(zhì)循環(huán)量較大，一段入料口入料壓力較大，實(shí)際運(yùn)行中的電耗與兩段兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器工藝相當(dāng)。

(3)從系統(tǒng)靈活性來(lái)看，本工程主要生產(chǎn)煉焦配煤，但是也可以根據(jù)市場(chǎng)需求僅開(kāi)啟一段旋流器排矸來(lái)生成優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤，二段旋流器不用開(kāi)啟，可有效降低生產(chǎn)成本，增加生產(chǎn)的靈活性。對(duì)于本廠而言，三產(chǎn)品旋流器就不存在這種降低生產(chǎn)成本的優(yōu)勢(shì)。

3.1.3 推薦工藝

在選定塊、末煤分選方法后，初步確定的主選工藝為：塊煤淺槽重介排矸+末煤兩段兩產(chǎn)品重介旋流器粗精選。圖1為初步確定的主選工藝流程圖。

圖1 初步確定的主選工藝流程圖

圖1中，塊煤經(jīng)淺槽重介分選機(jī)排矸，塊精煤破碎后進(jìn)入一段兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器粗選排矸，一段兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選的粗精煤進(jìn)入二段兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器精選，產(chǎn)出最終精煤產(chǎn)品和中煤。該流程塊煤采用淺槽重介分選，以塊煤機(jī)械排矸代替人工揀矸，減少了員工的勞動(dòng)量；一段重介質(zhì)旋流器為高密度排矸，當(dāng)生產(chǎn)動(dòng)力煤時(shí)可選擇不開(kāi)啟二段重介質(zhì)旋流器，靈活性高。

但在該工藝流程中，塊煤經(jīng)重介淺槽排矸后，需要進(jìn)入一段重介質(zhì)旋流器內(nèi)分選，而一段重介質(zhì)旋流器仍然為排矸環(huán)節(jié)，存在塊煤重復(fù)入選問(wèn)題。

為解決工藝中存在的重復(fù)入選問(wèn)題，對(duì)工藝流程進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化，優(yōu)化后的工藝流程如圖2所示。使重介淺槽精煤破碎后進(jìn)入二段重介質(zhì)旋流器精選，從而解決了塊煤重復(fù)入選的問(wèn)題，使工藝環(huán)節(jié)設(shè)置更加合理。

圖2 優(yōu)化后的主選工藝流程圖

3.1.4 選前脫泥的必要性

關(guān)于選前是否需要脫泥，在選煤行業(yè)一直爭(zhēng)論不休，支持選前不脫泥的一般觀點(diǎn)是：重介旋流器分選下限可以達(dá)到0.5 mm或以下，可以對(duì)部分細(xì)粒煤進(jìn)行有效分選，而且還可以減少工藝環(huán)節(jié)。但長(zhǎng)期的實(shí)踐表明，選前不脫泥仍然存在諸多弊端[7]：

(1)大量的煤泥進(jìn)入重介分選系統(tǒng)，需要很長(zhǎng)時(shí)間才能從系統(tǒng)中排出，導(dǎo)致煤泥的進(jìn)一步細(xì)化，對(duì)后續(xù)煤泥水處理極為不利[8]。

(2)煤泥進(jìn)入重介分選系統(tǒng)，會(huì)加大懸浮液的粘度，降低分選設(shè)備的分選精度。

(3)系統(tǒng)循環(huán)懸浮液和循環(huán)水都大大增加，合格介質(zhì)分流量也隨之增加，使得介質(zhì)回收系統(tǒng)負(fù)荷增加，設(shè)備數(shù)量增多，導(dǎo)致介耗等生產(chǎn)成本增高。

(4)降低重介旋流器的分選下限，需要設(shè)置較小篩縫的脫介篩，這將降低脫介篩的處理能力和脫介效果，使得配置的脫介篩數(shù)量增多，投資增加，同時(shí)也很難保證系統(tǒng)介耗。

采用選前脫泥流程則具有分流量少、介耗低、煤質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)、便于設(shè)備大型化等諸多優(yōu)勢(shì)[9]。

3.2 粗煤泥分選環(huán)節(jié)

大直徑重介旋流器對(duì)<1.0 mm以下粒級(jí)的分選精度較差，而且重介旋流器較低的分選下限也存在前述的諸多弊端，因此有必要單獨(dú)設(shè)置粗煤泥分選環(huán)節(jié)。這樣可以使重介旋流器入料下限升高，減少煤泥在系統(tǒng)中的循環(huán)量，提高重介系統(tǒng)的脫泥、脫介效率和單位設(shè)備處理能力[10]。

目前，國(guó)內(nèi)和國(guó)際上對(duì)粗煤泥的分選比較成熟、穩(wěn)定的工藝設(shè)備有螺旋分選機(jī)和干擾床分選機(jī)(RC、TBS或TCS)。兩者在入料范圍、分選密度、分選精度上各有不同。

(1)螺旋分選機(jī)。目前螺旋分選機(jī)在國(guó)內(nèi)使用較多，其優(yōu)點(diǎn)是投資少、生產(chǎn)成本低、操作簡(jiǎn)單，分選上限可達(dá)3 mm，一般為1.5(1.0) mm，分選下限為0.15 mm，一般認(rèn)為螺旋分選機(jī)的Ep值在0.16～0.21 g/cm3之間。分選密度一般要求>1.6 kg/L，低密度分選時(shí)的精度較差，多用于排矸、脫硫工藝[11]。

(2)干擾床分選機(jī)。干擾床分選機(jī)(RC、TBS或TCS)是一種目前在國(guó)內(nèi)和國(guó)際上被廣泛使用的粗煤泥分選設(shè)備，它是一種利用上升水流在槽內(nèi)產(chǎn)生紊流的干擾沉降分選設(shè)備。工作時(shí)，物料通過(guò)入料管沿切向方向進(jìn)入入料井中，在上升水流的作用下，輕而細(xì)的顆粒溢流到溢流槽中，集中于槽體底部的高密度物料通過(guò)底流排料閥排出。干擾床分選機(jī)的分選精度較好，根據(jù)實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)，干擾床分選機(jī)的Ep值一般為0.10～0.12 g/cm3，優(yōu)于螺旋分選機(jī)，在煉焦煤選煤廠應(yīng)用較多，因此推薦采用干擾床分選機(jī)作為粗煤泥分選設(shè)備[12]。

3.3 細(xì)煤泥分選環(huán)節(jié)

沙章圖選煤廠煤種主要以氣煤和1/3焦煤為主，產(chǎn)品主要作為焦化廠的煉焦配煤，資源寶貴。根據(jù)煉焦煤選煤廠最大限度回收精煤的原則[13]，宜設(shè)置細(xì)煤泥分選環(huán)節(jié)，增加精煤回收率；同時(shí)也可減少煤泥的落地，減低對(duì)環(huán)境的污染。

3.4 全廠工藝流程

通過(guò)對(duì)原煤煤質(zhì)分析，結(jié)合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)定位，確定適合本選煤廠的工藝流程為：>25(13) mm塊煤采用淺槽重介分選機(jī)排矸，分選出的精煤破碎至<50 mm后進(jìn)再選旋流器精選，25(13)～1 mm末煤采用有壓兩產(chǎn)品重介旋流器粗精選，1～0.25 mm粗煤泥采用干擾床分選機(jī)分選，0.25～0 mm細(xì)煤泥采用浮選工藝分選。

該工藝中塊煤采用淺槽重介分選，實(shí)現(xiàn)了塊煤機(jī)械排矸代替人工揀矸，減少了員工的勞動(dòng)量；淺槽重介精煤破碎后進(jìn)入再選旋流器精選，工藝環(huán)節(jié)設(shè)置合理，不存在塊煤重復(fù)入選的現(xiàn)象；既有塊煤分選系統(tǒng)、又有末煤分選系統(tǒng)，工藝配置較為完善；工藝充分發(fā)揮了淺槽重介分選機(jī)處理能力大、入料粒度范圍寬以及生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)；實(shí)現(xiàn)了塊煤淺槽重介分選機(jī)分選與末煤重介旋流器分選的最佳匹配，提出了大型煉焦煤選煤廠工藝設(shè)計(jì)的新思路。

目前，新礦集團(tuán)沙章圖選煤廠已經(jīng)投產(chǎn)，各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)均較為優(yōu)異，其中原煤實(shí)際處理能力達(dá)1 300 t/h，噸原煤介耗低于1.2 kg，噸原煤電耗低于4.5度，噸原煤水耗在0.06 m3以下，干煤泥浮選藥耗在1.3 kg以下，具有良好的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

大型煉焦煤選煤廠的工藝一般較為復(fù)雜，需考慮的因素眾多。在選煤方法的選擇和工藝流程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在充分分析原煤煤質(zhì)、結(jié)合產(chǎn)品定位和廠型規(guī)格的基礎(chǔ)上進(jìn)行。雖然目前我國(guó)選煤技術(shù)已經(jīng)發(fā)展較為成熟，但到目前為止沒(méi)有任何一套工藝流程是通用的。只有具體分析各選煤廠的實(shí)際情況，制定符合現(xiàn)場(chǎng)情況的工藝流程才是最佳工藝流程。