酸刺溝選煤廠粗煤泥分選系統(tǒng)技術(shù)改造的研究與探討

郎 軍 辛學(xué)銘 賀瓊瓊

(1.中國礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，江蘇省徐州市，221116；2.內(nèi)蒙古伊泰京粵酸刺溝礦業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市，017000)

1 前言

隨著科技的創(chuàng)新與發(fā)展，煤炭行業(yè)引進(jìn)了新型的設(shè)備和工藝。對于選煤廠而言，對現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備和工藝進(jìn)行優(yōu)化、提質(zhì)增效是至關(guān)重要的。目前，選煤廠對于粗煤泥分選技術(shù)的研究較少，較為常用的主要設(shè)備為螺旋分選機(jī)、TBS干擾床分選機(jī)和TCS智能粗煤泥分選機(jī)。

酸刺溝選煤廠隸屬于內(nèi)蒙古伊泰煤炭股份有限公司，設(shè)計(jì)能力為12.0 Mt/a。該選煤廠的選煤方法是原煤經(jīng)篩分車間，部分-13 mm末原煤直接作為產(chǎn)品，+13 mm原煤經(jīng)13 mm或9 mm二次分級，+13 mm進(jìn)入淺槽分選，-13 mm或9 mm進(jìn)入旋流器分選，+13 mm塊精煤與-13 mm末精煤一起作為發(fā)熱量為21.76 MJ/kg的動(dòng)力煤產(chǎn)品。

對于1.0～0 mm粒級的煤泥而言，現(xiàn)有回收工藝為1.0～0 mm粒級煤泥進(jìn)入分級旋流器入料桶后經(jīng)泵打入分級旋流器分級，分為1.0～0.15 mm和0.15～0 mm兩部分。1.0～0.15 mm部分經(jīng)由弧形篩脫水脫泥，篩上物到末煤離心機(jī)脫水，脫水后作為產(chǎn)品，分級旋流器的溢流0.15～0 mm和篩下水進(jìn)入到濃縮機(jī)。粗煤泥產(chǎn)品與細(xì)煤泥經(jīng)干燥后全部按煤泥銷售，干燥前發(fā)熱量為15.06 MJ/kg，干燥后發(fā)熱量為17.15 MJ/kg，干煤泥產(chǎn)品的灰分為35.68%。由于1.0～0.15 mm粒級粗煤泥沒有進(jìn)行分選而直接脫水脫泥，產(chǎn)品的發(fā)熱量降低導(dǎo)致銷售價(jià)格低廉，繼而直接影響了選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益，因此亟需對粗煤泥分選系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。

2 選煤廠煤質(zhì)分析及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

以酸刺溝選煤廠原煤小篩分和粗煤泥浮沉資料為基礎(chǔ)進(jìn)行煤質(zhì)的分析，原煤小篩分組成表見表1。

表1 原煤小篩分組成表

由表1可以看出，隨著粒度的減小，各粒度灰分分布比較均勻，1.0～0.15 mm粒級產(chǎn)率為3.38%，灰分為34.82%；0.15～0 mm粒級產(chǎn)率為5.96%，灰分為35.68%；1.0～0.15 mm粒度級浮沉資料采用臨近3.0～0.5 mm粒度級浮沉組成替代，1.0～0.15 mm粗煤泥浮沉組成表見表2。

根據(jù)選煤廠近期的生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及現(xiàn)場調(diào)研，按12.0 Mt/a的廠型進(jìn)行計(jì)算，可得實(shí)際生產(chǎn)的產(chǎn)品平衡表見表3。

表2 1.0～0.15 mm粗煤泥浮沉組成表

表3 產(chǎn)品平衡表

由表3可以看出，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為洗精煤、末原煤和煤泥。洗精煤為50～13 mm淺槽精煤與13～1 mm旋流器精煤，低位發(fā)熱量是21.76 MJ/kg；末原煤為13～0 mm末原煤，低位發(fā)熱量為17.99 MJ/kg；煤泥為1.0～0.15 mm粗煤泥與-0.15 mm細(xì)煤泥，干燥后低位發(fā)熱量為15.14 MJ/kg。

3 技術(shù)改造方案

3.1 粗煤泥分選設(shè)備比較

目前在國內(nèi)外選煤行業(yè)中，粗煤泥分選的主要設(shè)備有螺旋分選機(jī)、TBS干擾床分選機(jī)以及TCS智能粗煤泥分選機(jī)等。

螺旋分選機(jī)是一種在重力和離心力的作用下實(shí)現(xiàn)不同密度礦物分離的一種分選設(shè)備，最早應(yīng)用于動(dòng)力煤選煤廠分選粗煤泥，優(yōu)點(diǎn)是不需要藥劑和介質(zhì)，操作簡便且維修量小；缺點(diǎn)是自身機(jī)體高度大，工藝參數(shù)不容易調(diào)節(jié)，有效地分選密度高，分選密度低于1.6 g/cm3時(shí)分選效果較差，因此并不適用于本選煤廠粗煤泥的分選。

TBS干擾床分選機(jī)是目前較為流行的粗煤泥分選設(shè)備，其Ep值大于0.12。其優(yōu)點(diǎn)是顆粒在兩相流中互相干擾沉降進(jìn)行分層時(shí)，在懸浮物中會(huì)有不同密度梯度，TBS干擾床分選機(jī)的分選效率較高，不需要藥劑且生產(chǎn)成本低，可以自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)分選密度；缺點(diǎn)是TBS干擾床分選機(jī)分選密度范圍窄，對入料粒度要求高，有時(shí)床層不穩(wěn)定，會(huì)影響分選精度，并且設(shè)備容易發(fā)生故障。

TCS智能粗煤泥分選機(jī)是一種依靠上升水流與智能干擾器共同作用，有動(dòng)力干擾的分選機(jī)，其Ep值小于0.09。其工作原理是上升水流以一定的壓力和流速進(jìn)入到分選機(jī)內(nèi)，在下降過程中顆粒干擾沉降，會(huì)形成不同的密度梯度，輕的物料通過溢流堰溢流到水槽，重的物料沉降到底部排出。TCS智能粗煤泥分選機(jī)是在TBS的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化，通過增加智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)底流排放的連續(xù)、穩(wěn)定、可調(diào)控；可小流量連續(xù)排料，處理能力大。

現(xiàn)對酸刺溝選煤廠1.0～0.15 mm粒級粗煤泥分別使用TCS及TBS進(jìn)行產(chǎn)品對比，其結(jié)果見表4。

表4 TCS與TBS產(chǎn)品對比表

由表4可以看出，當(dāng)生產(chǎn)相同灰分的粗精煤產(chǎn)品時(shí)，TCS的粗精煤產(chǎn)率為2.04%，產(chǎn)量為24.47萬t，灰分為17.15%；TBS的粗精煤產(chǎn)率為1.96%，產(chǎn)量為23.47萬t，灰分為17.13%，在灰分相當(dāng)?shù)那闆r下，TCS的分選效率較高，因此TCS在分選精度方面有絕對優(yōu)。

因此綜合各方面考慮最終選擇了TCS智能粗煤泥分選機(jī)。

3.2 分選工藝比較

由選煤廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可知，現(xiàn)酸刺溝選煤廠粗煤泥經(jīng)分選后可得出2種產(chǎn)品，即21.76 MJ/kg或17.99 MJ/kg發(fā)熱量的粗精煤，現(xiàn)對兩種產(chǎn)品方案進(jìn)行比較。

3.2.1 粗精煤為21.76 MJ/kg發(fā)熱量的產(chǎn)品

將粗精煤摻入洗精煤，則需要出低灰精煤，其尾煤灰分較低為44.51%，不能按矸石處理，需要摻入細(xì)煤泥產(chǎn)品中，方案一產(chǎn)品平衡表見表5。選煤廠規(guī)模按12.0 Mt/a計(jì)算，粗精煤產(chǎn)率為1%，由TCS尾礦與現(xiàn)有細(xì)煤泥組成的煤泥產(chǎn)品經(jīng)干燥后的發(fā)熱量為15.44 MJ/kg，煤泥灰分為40.51%。

3.2.2 粗精煤為17.99 MJ/kg發(fā)熱量的產(chǎn)品

將粗精煤摻入末原煤，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研，末煤產(chǎn)品發(fā)熱量定位為17.99 MJ/kg，但由于煤質(zhì)的波動(dòng)性，末原煤的發(fā)熱量常小于17.99 MJ/kg，需要通過發(fā)熱量為21.75 MJ/kg的洗精煤與末原煤進(jìn)行配煤，保證末原煤的發(fā)熱量。根據(jù)近期生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)，末原煤的發(fā)熱量為17.62 MJ/kg。為保證末原煤的發(fā)熱量，設(shè)計(jì)粗精煤為20.08 MJ/kg，摻配到末原煤中，可提高0.38 MJ/kg的發(fā)熱量，確保末原煤的發(fā)熱量為17.99 MJ/kg，混煤的灰分為31.70%。

此時(shí)細(xì)煤泥的發(fā)熱量較現(xiàn)有粗細(xì)煤泥的發(fā)熱量有所降低，其干燥后的發(fā)熱量為16.58 MJ/kg，細(xì)煤泥灰分為36.81%。方案二產(chǎn)品平衡表見表6。

表5 方案一產(chǎn)品平衡表

表6 方案二產(chǎn)品平衡表

圖1 TCS系統(tǒng)工藝流程圖

原有系統(tǒng)、方案一和方案二的對比見表7。

由表7可以看出，方案一和方案二與原有系統(tǒng)相比較，TCS精煤發(fā)熱量都有大幅度提升。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研，方案一和方案二與原有系統(tǒng)在銷售收入及加工成本方面均有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，且方案二的經(jīng)濟(jì)效益明顯比方案一高。因此本次粗煤泥改造選擇方案二，即新增粗煤泥分選系統(tǒng)，選后將粗精煤產(chǎn)品摻入末原煤。

表7 方案對比表

3.3 工藝流程

對現(xiàn)有粗煤泥系統(tǒng)進(jìn)行改造，新增TCS粗煤泥分選系統(tǒng)?，F(xiàn)有分級旋流器底流進(jìn)入TCS分選機(jī)進(jìn)行分選，TCS精礦進(jìn)入新增TCS精礦桶后由泵打入新增精礦分級旋流器，精礦旋流器的溢流進(jìn)入濃縮機(jī)，底流進(jìn)入現(xiàn)有弧形篩預(yù)先脫水后再進(jìn)入煤泥離心機(jī)二次脫水，粗精煤產(chǎn)品摻入末原煤；弧形篩篩下水及煤泥離心機(jī)離心液進(jìn)入TCS精礦桶；TCS尾礦由新增尾礦泵打入新增弧形篩預(yù)先脫水后進(jìn)入新增高頻篩進(jìn)行二次脫水，脫水后尾礦進(jìn)入現(xiàn)有矸石皮帶，弧形篩及高頻篩篩下水進(jìn)入現(xiàn)有濃縮機(jī)。TCS系統(tǒng)工藝流程圖如圖1所示。

4 結(jié)論

基于選煤廠現(xiàn)有工藝和煤質(zhì)特性，對粗煤泥分選系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，確保產(chǎn)品的發(fā)熱量和經(jīng)濟(jì)效益。通過對比分析TCS智能粗煤泥分選機(jī)與螺旋分選機(jī)、TBS干擾床分選機(jī)各自的優(yōu)缺點(diǎn)，表明在灰分相當(dāng)?shù)那闆r下，TCS的分選效率較高，因此選用TCS智能粗煤泥分選機(jī)。TCS智能粗煤泥分選機(jī)可以實(shí)現(xiàn)底流排放的連續(xù)、穩(wěn)定、可調(diào)控，它可以有效減少錯(cuò)配，提高了分選精度。在新增TCS粗煤泥分選系統(tǒng)后，將分選的粗精煤產(chǎn)品摻入末原煤，與現(xiàn)有系統(tǒng)相比，經(jīng)濟(jì)效益有顯著的提高。