色連選煤廠工藝升級改造方案探究

李寶新，朱博文

（1.大唐呼倫貝爾能源開發(fā)有限公司，內(nèi)蒙古呼倫貝爾 021012；2.大同煤礦集團大地選煤工程有限責任公司，山西大同 037000）

1 色連選煤廠概述

色連選煤廠是色連一號礦井配套選煤廠，位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市境內(nèi)，在東勝區(qū)政府所在地西北方向約13 km，東南距東勝區(qū)最近6.5 km，屬大型礦井型選煤廠，設計能力5.00 Mt／a。礦井各可采煤層的浮煤揮發(fā)分（Vdaf）在30.34%～50.39%，煤種以長焰煤和不粘煤為主。由于原煤水分高、粘性大、易碎裂，遇水或浸濕后容易碎散成細泥，造成煤泥水濃度和粘度增大；另外井下地質(zhì)條件復雜，煤層厚度不均、斷層多，煤質(zhì)變化大，為選煤廠生產(chǎn)和管理帶來諸多不利。現(xiàn)有選煤工藝：200～13 mm塊煤重介質(zhì)淺槽分選，小于13 mm末煤不分選，3～0.25 mm粗煤泥離心機回收，小于0.25 mm細煤泥采用快開隔膜壓濾機脫水回收。產(chǎn)品作為動力用煤，主要用于火力發(fā)電。由于礦井生產(chǎn)能力已提升至8.00 Mt／a，為使選煤廠生產(chǎn)能力與礦井相適應，擬對現(xiàn)有選煤廠進行擴能改造，將其生產(chǎn)能力提高至10.00 Mt／a，并通過選煤工藝的升級改造解決現(xiàn)有問題，以提高企業(yè)市場競爭力。

2 存在的問題及對選煤廠的影響

2.1 泥化現(xiàn)象嚴重，溜槽容易堵塞

該廠入選原煤泥化比較嚴重，原煤分級篩篩下溜槽、各運輸設備轉(zhuǎn)載處溜槽頻繁發(fā)生堵塞，且堆積、卡堵的物料粘度大，不易清理和疏通，不僅極大地增加了工人的勞動強度，而且嚴重制約了選煤廠的正常生產(chǎn)［1］。

選煤廠對入選原煤和6～3 mm粒級末原煤進行了安氏泥化試驗。觀察發(fā)現(xiàn)：試樣在翻轉(zhuǎn)前（加水后）有明顯的泥化現(xiàn)象，試樣翻轉(zhuǎn)后，懸浮液很快發(fā)生沉降，并出現(xiàn)明顯的澄清層。試驗結(jié)果：小于0.5 mm煤泥產(chǎn)率為12.85%，小于10 μm細煤泥產(chǎn)率為0.20%。對6～3 mm粒級末原煤泥化試驗觀察發(fā)現(xiàn)：試樣在翻轉(zhuǎn)前（加水后）有明顯的泥化現(xiàn)象，試樣翻轉(zhuǎn)后，懸浮液很快發(fā)生沉降，并出現(xiàn)明顯的澄清層。試驗結(jié)果：小于0.5 mm煤泥產(chǎn)率為19.49%，小于10 μm細煤泥產(chǎn)率為0.16%。從泥化試驗結(jié)果可以看出，色連選煤廠原煤泥化比較嚴重。

2.2 煤泥沉降效果差、藥耗高、水分大

雖然小于13 mm粒級末原煤不入洗，但是煤泥水系統(tǒng)仍是制約選煤廠生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)之一。主要表現(xiàn)在煤泥沉降效果差、藥耗高、循環(huán)水固體含量高、壓濾機排料周期長、濾餅水分高等方面，嚴重時迫使選煤廠降低原煤入洗量，甚至停止選煤，僅運行壓濾系統(tǒng)處理煤泥，嚴重影響選煤廠的正常生產(chǎn)。選煤廠技術(shù)人員對濃縮機底流進行了煤泥小篩分試驗（見表1）。試驗發(fā)現(xiàn)，煤泥粒度級越小，灰分越高，小于0.045 mm細煤泥產(chǎn)率高達69.6%，灰分高達62.89%，證明矸石泥化比較嚴重。大量實踐證明，煤泥粒度組成直接影響煤泥的沉降速度，通常煤泥粒度越小，沉降速度越慢，而細泥顆粒表面本身帶有很高的負電荷，相互排斥，使細顆粒不易聚集，而以懸浮的狀態(tài)存在于煤泥水中，這種現(xiàn)象又進一步加劇了泥化，造成大量高灰細泥在系統(tǒng)內(nèi)惡性循環(huán)，難以沉降［2］。選煤廠通過加入大量的聚合氯化鋁中和顆粒表面電性，再利用聚丙烯酰胺架橋作用將顆粒吸附、連接形成大體積的絮團從水中分離出來，藥劑組合使用在一定程度上改善了煤泥沉降效果，但是仍然不能徹底解決問題。選煤廠同時采取了濃縮機多點加藥、壓濾機入料桶二次加藥等方法提高沉降效果和脫水效果，其后果導致藥耗量增大、生產(chǎn)成本增加、煤泥粘度增大、濾餅水分高。高灰、高水分細煤泥無法摻入混精煤銷售，無奈選煤廠只能改造細煤泥運輸系統(tǒng)，將其單獨在本地低價銷售，因而影響了企業(yè)經(jīng)濟效益。

表1 細煤泥篩分試驗

2.3 產(chǎn)品水分高

由于煤泥水分高，煤泥摻入產(chǎn)品后導致產(chǎn)品水分增高，產(chǎn)品在裝車外運過程中經(jīng)常發(fā)生堵斗甚至凍車事故，嚴重影響鐵路卸車效率，不僅為企業(yè)帶來巨額的煤質(zhì)罰款，而且影響了企業(yè)品牌和企業(yè)形象。選煤廠組織技術(shù)人員對產(chǎn)品水分高的原因進行分析，歸納為三個方面：一是該廠原煤煤種為低變質(zhì)程度的長焰煤和不粘煤，其內(nèi)部過渡孔和微孔比表面積較大，且含羧基和羥基等極性官能團多，煤炭在形成過程中吸附或凝聚在煤顆粒內(nèi)部毛細孔中的水分較多［3］，造成原煤內(nèi)在水分高達8.0%；二是原煤硬度小、脆性高，在分級分選過程中極易粉碎，遇水泥化產(chǎn)生大量的次生煤泥，物料比表面積增大，造成外在水分大幅度增加；三是原煤分級篩篩分效果差、篩分效率低，進入系統(tǒng)的末煤和煤泥量大。

2.4 產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定

色連煤礦開采工藝為一次全采高，采煤機高度為3.2～4.8 m，井下地質(zhì)條件復雜，采煤工作面有斷層，即使綜采液壓支架已調(diào)整到最低，仍出現(xiàn)割頂和割底現(xiàn)象，且掘進產(chǎn)物全部進入原煤，造成原煤煤質(zhì)波動較大。選煤廠小于13 mm末煤不分選，直接進入產(chǎn)品。根據(jù)原煤篩分組成資料（見表2），小于13 mm產(chǎn)率高達50.46%，灰分26.06%，篩分效率按85%計算，小于13 mm末煤產(chǎn)率仍然高達42.89%，嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。選煤廠為了進一步了解原煤質(zhì)量變化情況，對不同質(zhì)量的原煤進行了篩分試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大于25 mm各粒級灰分比較穩(wěn)定，25～3 mm各粒級灰分波動較大。分析得出，以13 mm作為入選下限，產(chǎn)品質(zhì)量受小于13 mm末原煤質(zhì)量變化影響較大，是導致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定的主要原因。

表2 原煤粒度組成分析

3 選煤工藝方案的研究與制定

3.1 淺槽系統(tǒng)分選下限的確定

選煤廠小于13 mm末煤不分選，雖然可以減少原煤入洗量、節(jié)約選煤成本、減少煤和矸石的泥化影響，但是小于13 mm的末原煤煤質(zhì)波動直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性；如果降低分選下限，雖然有利于降灰、降硫、提高產(chǎn)品發(fā)熱量，但是由于原煤內(nèi)在水分高、泥化現(xiàn)象嚴重，不利于產(chǎn)品水分的降低和煤泥水系統(tǒng)的管理［4］。入選下限為6 mm、3 mm或者全入洗時，不僅會降低淺槽的分選精度，而且矸石泥化將更加嚴重，溜槽堵塞、煤泥沉降效果差、產(chǎn)品水分高等諸多問題仍然得不到解決，并且必須擴建現(xiàn)有煤泥水系統(tǒng)，生產(chǎn)運行成本大幅度增加。因此，重介質(zhì)淺槽的分選下限不應該降低，反而應該提高。同時為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，末原煤也需要分選，擬采用干法選煤工藝進行末煤分選。根據(jù)原煤篩分組成資料（見表2），大于50 mm塊煤產(chǎn)率為26.95%，選煤廠擴能后的生產(chǎn)能力為10.00 Mt／a，工作制度按每年生產(chǎn)330 d，每天生產(chǎn)16 h計，塊原煤入洗量為 511 t／h，煤流系統(tǒng)不均衡系數(shù) k取1.25（分級分選），塊煤入洗量為511×1.25＝639 t／h，在用淺槽型號為彼得斯W26F60，單機處理能力為700～800 t／h，滿足設備選型要求，所以淺槽分選機的入選下限定為50 mm。

3.2 復合干法選煤工藝的優(yōu)缺點

復合干法選煤是通過物料在螺旋運動中的分選作用、自生介質(zhì)的分選作用、離析作用及風力作用的綜合效應、高密度物料顆粒相互作用產(chǎn)生的浮力效應等多種分選原理實現(xiàn)煤與矸石分離。伴隨煤炭資源的開發(fā)與利用，復合干法選煤技術(shù)的應用越來越廣。該技術(shù)具有以下優(yōu)點：

（1）選煤不用水，節(jié)省大量水資源，減少了煤泥水系統(tǒng)負荷，不用額外增加煤泥水處理系統(tǒng)，環(huán)保高效；

（2）選后產(chǎn)品水分低，提高產(chǎn)品熱值；

（3）投資少，選煤工藝簡單，同等規(guī)模投資是重介質(zhì)系統(tǒng)的1／5左右；

（4）生產(chǎn)成本低，不用水，不耗介質(zhì)和藥劑，噸煤生產(chǎn)成本在3元左右；

（5）應用廣泛，技術(shù)成熟，設備運轉(zhuǎn)可靠，維修量小，操作簡單；

（6）設備規(guī)格多， 處理能力從 10～480 t／h；

（7）占地面積小，建設周期短；

（8）適用于褐煤等易泥化煤的分選［5］。

復合干法選煤存在以下缺點：

(2)緊急制動系統(tǒng)：自動駕駛技術(shù)絕不能失去這個系統(tǒng)，所謂自動就一定得是讓乘人放心的，特斯拉是AEB系統(tǒng)的領(lǐng)先者，其車輛的99%都采用了此技術(shù)。自動緊急駕駛技術(shù)分為環(huán)境感知(目標識別偵測，測距離，方位等等)，中央數(shù)據(jù)處理器數(shù)據(jù)分析處理(分析，結(jié)果判斷)，指令執(zhí)行控制三個版塊。

（1）與重介選煤相比分選精度低，有效分選下限高；

（2）原煤外在水分須控制在8%以下，否則易造成床面風孔堵塞；

（3）入料上限要求比較嚴格，入料粒度要控制在80 mm以下。

通過對復合干法選煤工藝特點的分析，如果采用復合干選全入選工藝，需要對篩分破碎車間進行改造，原有分選工藝將廢棄，不滿足經(jīng)濟合理性原則，且復合干選設備分選精度低、有效分選下限高，建議入料粒度范圍50～6 mm。

3.3 選煤工藝方案的制定

根據(jù)上述論述，擬定選煤廠擴能后的選煤工藝方案為：200～50 mm重介質(zhì)淺槽分選，50～6 mm復合式干法分選機分選，小于6 mm末原煤不分選，1.5～0.25 mm粗煤泥離心機回收，小于0.25 mm細煤泥快開隔膜壓濾機回收。

擬選擇50／6 mm雙層弛張篩代替原煤分級篩進行6 mm脫粉。由于弛張篩獨特的結(jié)構(gòu)設計和雙重振動原理，使其在處理細、粘、濕等難篩分物料時，能夠以相對較小的篩網(wǎng)面積達到比較高的篩分效率，物料不易堵塞，也不易粘附在篩面上，從而保證了復合干選設備的分選效果。

大于50 mm篩上物料利用現(xiàn)有重介質(zhì)淺槽分選機分選，現(xiàn)有1臺彼得斯W26F60重介質(zhì)淺槽分選機滿足選型要求；50～6 mm末原煤的累計產(chǎn)率為35.53%，小于6 mm末原煤的累計產(chǎn)率為37.52%，6 mm篩分效率按70%考慮，煤流系統(tǒng)不均衡系數(shù)k取1.25（分級分選），選煤廠生產(chǎn)能力及工作制度與上述相同，計算50～6 mm末原煤產(chǎn)量＝1894t／h×（35.53%＋37.52%×30%）×1.25＝1107.6t／h， FGX-24A 型復合式干法分選機單臺處理能力240 t／h，需要配置5臺（設備總處理能力＝ 5×240t／h＝ 1200t／h）。 粗煤泥和細煤泥利用原工藝系統(tǒng)。

3.4 改造前后產(chǎn)品質(zhì)量對比

根據(jù)色連選煤廠篩分浮沉試驗資料及生產(chǎn)技術(shù)檢查數(shù)據(jù)，對工藝優(yōu)化升級前后產(chǎn)品質(zhì)量進行對比分析（詳見表3、表4），雖然混精煤產(chǎn)率減少了1.68%，但是產(chǎn)品水分降低了4.63%，灰分降低了0.61%，產(chǎn)品熱值提高了1.27 MJ／kg，產(chǎn)品質(zhì)量能夠滿足用戶需求。

表3 優(yōu)化前產(chǎn)品平衡表

表4 優(yōu)化后產(chǎn)品平衡表

4 工藝優(yōu)化后的優(yōu)勢分析

（1）工藝方案滿足處理量 10.00 Mt／a的要求，產(chǎn)品熱值提高至18.91 MJ／kg，滿足用戶產(chǎn)品質(zhì)量需求。

（2）通過提高重介質(zhì)淺槽分選機入選下限，增加末煤干選工藝，產(chǎn)品水分大幅度降低，溜槽卡堵事故率將大幅度降低，凍車堵斗現(xiàn)象將得到緩解，員工勞動強度降低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，有利于樹立企業(yè)形象，提高企業(yè)市場競爭力。

（3）降低了矸石泥化的影響，煤泥量和煤泥灰分降低，煤泥沉降效果得到改善。

（4）只需要增加干選系統(tǒng)，安裝配套設備，不需要改變原有廠房設備布置，不需要擴建煤泥水處理系統(tǒng)，改造方案簡單、易實施、投資少、工期短，改造期間基本不影響生產(chǎn)。

（5）產(chǎn)品熱值提高，銷售收入增加，重介質(zhì)選煤比例降低，運行成本降低，經(jīng)濟效益提高。

5 結(jié) 論

綜上所述，色連選煤廠工藝升級改造在技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理，不僅達到了選煤廠擴能改造的目的，而且解決了影響正常生產(chǎn)的諸多問題，提高了企業(yè)的市場競爭力。伴隨煤炭開采的不斷延深，優(yōu)質(zhì)資源不斷縮減，煤炭質(zhì)量逐年惡化，褐煤和長焰煤開采比例將不斷加大。如何降低矸石泥化對選煤工藝系統(tǒng)的影響，提高資源利用率，是選煤行業(yè)研究和探索的方向。