ZM礦物高效分離機(jī)在東歡坨礦選煤廠改擴(kuò)建項(xiàng)目的應(yīng)用與思考

王 洋，郭大林，衛(wèi)中寬，李功民

(1.中煤天津設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，天津 300131；2.唐山神州機(jī)械有限公司，河北 唐山 063001)

1 項(xiàng)目概況

東歡坨礦井隸屬于開灤(集團(tuán))有限責(zé)任公司，原煤產(chǎn)量4.5 Mt/a。東歡坨礦井原煤為中粘結(jié)～強(qiáng)粘結(jié)的氣煤，各主要指標(biāo)均接近1/3焦煤，洗選后既可作為動(dòng)力煤使用，也可作為煉焦配煤使用[1]。東歡坨礦井配套建有選煤廠，選煤廠設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為1.5 Mt/a。經(jīng)多次改造后，選煤廠現(xiàn)分選工藝為：大于40 mm塊煤FGX型干選機(jī)分選，少部分大于6 mm粒級(jí)末煤兩產(chǎn)品重介旋流器分選，大部分小于40 mm粒級(jí)末煤不分選。

選煤廠存在的不足主要有兩方面：一是生產(chǎn)能力不足。選煤廠只能實(shí)現(xiàn)大于40 mm粒級(jí)塊煤和少部分大于6 mm粒級(jí)末煤洗選，大部分原煤直接作為產(chǎn)品銷售，原煤入洗比例較低，產(chǎn)品質(zhì)量提升效果不明顯，不能滿足國(guó)家商品煤質(zhì)量要求。二是環(huán)保不達(dá)標(biāo)。經(jīng)過多年運(yùn)行，現(xiàn)有FGX型干選機(jī)各環(huán)節(jié)密封性變差，生產(chǎn)過程中煤塵泄漏嚴(yán)重。由于配套除塵設(shè)備性能降低，且是露天布置方式，干選系統(tǒng)生產(chǎn)過程中揚(yáng)塵非常嚴(yán)重。為了解決以上問題，東歡坨礦選煤廠進(jìn)行了改擴(kuò)建。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 產(chǎn)品定位

經(jīng)市場(chǎng)調(diào)研，東歡坨礦原煤分選后作為煉焦配煤銷售的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力較弱，風(fēng)險(xiǎn)較大；而作為動(dòng)力煤銷售具有穩(wěn)定的產(chǎn)品用戶，市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)較小。因此，最終確定選煤廠產(chǎn)品定位為前期生產(chǎn)動(dòng)力煤，后期依據(jù)產(chǎn)品市場(chǎng)情況，增設(shè)洗選系統(tǒng)，生產(chǎn)煉焦配煤。

2.2 分選粒級(jí)

確定合理的分選粒級(jí)是動(dòng)力煤選煤廠最重要、最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，直接影響著選煤廠的產(chǎn)品質(zhì)量和建設(shè)投資[2]。東歡坨礦選煤廠現(xiàn)有原煤準(zhǔn)備系統(tǒng)正在進(jìn)行技術(shù)改造，改造完成后可保證將原煤的分選粒度上限控制在50 mm。確定分選粒度下限時(shí)，依據(jù)原煤煤質(zhì)情況，針對(duì)0.25 mm、1 mm、3 mm、6 mm、13 mm和25 mm 6種情況進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，比選結(jié)果見表1。

分析表1可知，隨著分選粒度下限的降低，產(chǎn)品煤的發(fā)熱量雖然逐漸高，但排出的矸石量、煤泥量也逐漸增高，加工費(fèi)用也同步增加。目前，動(dòng)力煤的產(chǎn)品價(jià)格一直在高位運(yùn)行，東歡坨礦的動(dòng)力煤產(chǎn)品銷售順暢。因此，在目前的產(chǎn)品市場(chǎng)條件下，選煤廠整體利潤(rùn)的變化大趨勢(shì)是隨著分選粒度的降低而下降。當(dāng)分選粒度下限設(shè)定為25 mm時(shí)，產(chǎn)品煤灰分小于40%，滿足我國(guó)關(guān)于商品煤的要求。因此，在當(dāng)前的市場(chǎng)情況下，將分選粒度下限設(shè)定為25 mm是最佳的。

綜合分析后，東歡坨礦選煤廠的分選粒級(jí)設(shè)定為50～25 mm，并可依據(jù)原煤煤質(zhì)及市場(chǎng)情況靈活調(diào)整。當(dāng)原煤質(zhì)量較差時(shí)，可摻入部分小于25 mm末煤洗選；當(dāng)原煤質(zhì)量較好時(shí)，分選粒度下限可提高。

2.3 分選方法

依據(jù)確定的分選粒級(jí)，規(guī)劃了與其相適應(yīng)的、應(yīng)用較為廣泛的兩種分選方法進(jìn)行對(duì)比，分別為重介淺槽分選機(jī)分選和干法分選。

(1)重介淺槽分選機(jī)。重介淺槽分選機(jī)在動(dòng)力煤選煤廠的應(yīng)用最為廣泛[3]。其優(yōu)點(diǎn)是：分選粒度范圍寬，有效分選粒級(jí)為150～6 mm；分選精度高，對(duì)煤質(zhì)變化的適應(yīng)性強(qiáng)；自動(dòng)化程度高；設(shè)備體積小，便于工藝布置；設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維護(hù)。缺點(diǎn)是：系統(tǒng)較為復(fù)雜，需要配備介質(zhì)系統(tǒng)，生產(chǎn)成本較高。

(2)干法分選機(jī)。干法分選機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)是分選過程不用水[4]，分選后，產(chǎn)品水分不增加，有利于提高產(chǎn)品的發(fā)熱量。同時(shí)，還具有生產(chǎn)成本低、設(shè)備成套模塊化、投資少、建設(shè)周期短、建設(shè)模式靈活(可以租代建，降低前期投資)等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是分選精度較低。

設(shè)計(jì)方案對(duì)以上兩種分選方法進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，結(jié)果見表2。

分析表2可知：

(1)由于分選精度高，重介淺槽分選方法生產(chǎn)的產(chǎn)品煤灰分最低、矸石最純。雖然其產(chǎn)品煤售價(jià)最高，但其最高的加工費(fèi)用和最高的矸石量降低了選煤廠的整體利潤(rùn)。

(2)由于分選精度較低，干法分選方法生產(chǎn)的產(chǎn)品煤灰分較高。但其產(chǎn)品煤水分最低，彌補(bǔ)了灰分高的缺點(diǎn)。較高的產(chǎn)品煤產(chǎn)率、發(fā)熱量和較低的加工費(fèi)用，導(dǎo)致其利潤(rùn)優(yōu)于重介淺槽分選方法。

綜合分析后，干法分選的分選效率雖然不是最佳，但能夠滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求，且具有建設(shè)速度快、加工費(fèi)用低、建設(shè)模式靈活(可以租代建，降低前期投資)等優(yōu)點(diǎn)，更符合本選煤廠目前的實(shí)際情況。因此，決定采用干法分選方法。

綜合以上對(duì)比分析，東歡坨礦選煤廠前期建設(shè)系統(tǒng)采用的分選工藝為：50～25 mm塊煤干法分選，小于25 mm粒級(jí)末煤不分選。當(dāng)原煤煤質(zhì)變化時(shí)，小于25 mm粒級(jí)末煤可部分分選。

3 干法分選設(shè)備的選擇

東歡坨礦選煤廠改擴(kuò)建項(xiàng)目采用的主體設(shè)備為成套干法分選機(jī)。經(jīng)多次調(diào)研，最終選用神州機(jī)械有限公司生產(chǎn)的ZM礦物高效分離機(jī)。該設(shè)備運(yùn)用階梯式分離原理，根據(jù)不同物料密度差異，分離出煤炭、硫鐵礦、矸石等產(chǎn)品[5]。

分選系統(tǒng)主要包括分選床、布風(fēng)裝置、吊掛裝置、激振器等。根據(jù)入料煤特性，各個(gè)參數(shù)也可進(jìn)行靈活調(diào)整，從而在床面上實(shí)現(xiàn)煤與矸石的有效分離。

除塵系統(tǒng)主要包括集塵罩、重力除塵器、布袋除塵器、噴霧除塵和引風(fēng)機(jī)等。集塵罩布置在分選床面的上部，在引風(fēng)機(jī)的作用下，集塵罩內(nèi)形成負(fù)壓空間，使粉塵不外溢。布袋除塵器是除塵系統(tǒng)的核心部件，可有效清除循環(huán)風(fēng)中的各粒級(jí)煤粉，同時(shí)保證外排空氣中的粉塵濃度低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

分選流程：原煤進(jìn)入分選機(jī)后，在分選床上進(jìn)行分選。依據(jù)原煤質(zhì)量情況，通過調(diào)節(jié)分選床角度、風(fēng)壓和排料板高度可分選得到合格的精煤、中煤和矸石三種產(chǎn)品。主風(fēng)機(jī)集塵罩在風(fēng)機(jī)的作用下收集分選過程中產(chǎn)生的粉塵。收集的粉塵通過管道輸送至重力除塵器和旋風(fēng)除塵器進(jìn)行預(yù)除塵，收集的粗顆粒由旋風(fēng)除塵器下口排出摻入精煤產(chǎn)品，含有細(xì)顆粒粉塵的氣流進(jìn)入主風(fēng)機(jī)循環(huán)進(jìn)入主選床面下部鼓風(fēng)室。 除塵系統(tǒng)集塵罩將細(xì)顆粒由風(fēng)攜帶通過管道輸送至重力除塵器和布袋除塵器進(jìn)行深度除塵。布袋除塵器收集的細(xì)顆粒由底部排出，并利用煤粉攪拌裝置加濕成團(tuán)后摻入精煤產(chǎn)品，粉塵濃度合格的空氣從布袋除塵器的頂部通過管道排至車間外。

相較于FGX復(fù)合式干選機(jī)，ZM礦物高效分離機(jī)在分選精度和環(huán)保方面更具優(yōu)勢(shì)：

(1)分選精度高。ZM礦物高效分離機(jī)的主機(jī)采用中美合作技術(shù)，分選精度高，可實(shí)現(xiàn)個(gè)性化設(shè)計(jì)。ZM礦物高效分離機(jī)的Ep=0.15～0.23 kg/L，優(yōu)于FGX(Ep=0.25～0.30 kg/L)及其他干選設(shè)備。ZM礦物高效分離機(jī)的主選機(jī)風(fēng)室結(jié)構(gòu)、布風(fēng)結(jié)構(gòu)和布風(fēng)控制更加合理高效，風(fēng)室不易存渣；煤與矸石在主選機(jī)上被分選的時(shí)間長(zhǎng)，分選效率和分選效果更高。

(2)環(huán)保效果好。ZM礦物高效分離機(jī)整個(gè)系統(tǒng)在全封閉的狀態(tài)下運(yùn)行。分選風(fēng)量閉路循環(huán)處理，設(shè)備采用全布袋除塵，確保設(shè)備負(fù)壓運(yùn)行，無粉塵外溢，滿足環(huán)保要求；采用獨(dú)立降噪處理，無噪聲污染。

4 思考及建議

目前，東歡坨礦選煤廠改擴(kuò)建項(xiàng)目已經(jīng)基本完成，系統(tǒng)調(diào)試也已進(jìn)入尾聲。調(diào)試結(jié)果顯示，選后產(chǎn)品煤發(fā)熱量大于16.72 MJ/kg，矸石帶煤率不超過3%，達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期。

4.1 問題思考

(1)發(fā)熱量是動(dòng)力煤產(chǎn)品用戶重點(diǎn)關(guān)注的指標(biāo)。在動(dòng)力煤選煤廠設(shè)計(jì)過程中，關(guān)注產(chǎn)品灰分的同時(shí)，還需關(guān)注產(chǎn)品水分對(duì)發(fā)熱量的影響。簡(jiǎn)單的以增加水分為代價(jià)降低產(chǎn)品灰分是不可取的，應(yīng)做到灰分和水分的平衡。相較于濕法分選，干法分選的降灰效果雖然較差，但不會(huì)增加產(chǎn)品水分，因此當(dāng)濕法分選降灰效果不明顯時(shí)，采用干法分選更有利于取得產(chǎn)品灰分和水分的平衡，更有利于提升產(chǎn)品發(fā)熱量。

(2)相較于煉焦用煤，動(dòng)力煤產(chǎn)品售價(jià)一般較低。為保障動(dòng)力煤選煤廠的整體經(jīng)濟(jì)效益，需最大限度的降低生產(chǎn)成本。相較于濕法分選，干法分選無需水處理系統(tǒng)和介質(zhì)系統(tǒng)，生產(chǎn)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，無水耗介耗，生產(chǎn)成本明顯低于濕法分選。因此，在動(dòng)力煤選煤廠設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮干法分選生產(chǎn)成本低的優(yōu)勢(shì)。

(3)干法分選機(jī)分選過程中需要大量的風(fēng)，工作過程中噪聲及產(chǎn)塵量非常大，所以在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注除塵和降噪問題。相較于傳統(tǒng)的干法分選機(jī)，ZM礦物高效分離機(jī)采用了多級(jí)除塵系統(tǒng)，降塵效果更好。同時(shí)增加了煤粉濕法攪拌環(huán)節(jié)，減少了煤粉摻入產(chǎn)品過程中的揚(yáng)塵。為解決運(yùn)行過程產(chǎn)生的噪聲問題，東歡坨礦選煤廠改擴(kuò)建項(xiàng)目中將風(fēng)機(jī)單獨(dú)布置在生產(chǎn)車間之外，使其遠(yuǎn)離生產(chǎn)區(qū)域，為操作工提供了更好的工作環(huán)境。

(4)ZM礦物高效分離機(jī)工作過程中的用風(fēng)，在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中是采用通過廠房結(jié)構(gòu)間隙的無組織進(jìn)風(fēng)方式。這種無組織進(jìn)風(fēng)方式會(huì)帶走廠房?jī)?nèi)的大量熱量，在冬季會(huì)降低廠房?jī)?nèi)溫度、增加采暖熱耗。東歡坨礦選煤廠改擴(kuò)建項(xiàng)目在廠房?jī)?nèi)單獨(dú)設(shè)置了進(jìn)風(fēng)道，改無組織進(jìn)風(fēng)為有組織進(jìn)風(fēng)，可減少?gòu)S房?jī)?nèi)的熱量損耗。

(5)ZM高效礦物分離機(jī)的有效分選粒度上限為80 mm。東歡坨礦選煤廠改擴(kuò)建項(xiàng)目原設(shè)計(jì)中，ZM高效礦物分離機(jī)的入料粒度上限可通過上游篩分破碎系統(tǒng)控制在50 mm以下。調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，入料中含有部分粒度大于100 mm的大塊矸石，這部分矸石在ZM高效礦物分離機(jī)中無法得到有效排除，最終混入到中煤產(chǎn)品中，影響了產(chǎn)品的發(fā)熱量。因此，設(shè)計(jì)過程中應(yīng)采取可靠措施保證ZM高效礦物分離機(jī)的入料粒度上限。

4.2 關(guān)于推廣及應(yīng)用方面的建議

(1)濕法分選與干法分選相結(jié)合。確定選煤廠分選方法時(shí)不應(yīng)將濕法分選和干法分選相對(duì)立，應(yīng)將兩者相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。例如，可將干法分選用于濕法分選工藝中的預(yù)排矸，以較低的成本減少進(jìn)入濕法分選系統(tǒng)的矸石量，以提高其分選效果，降低其系統(tǒng)規(guī)模和建設(shè)投資。

(2)選前脫粉。在分選100～0 mm粒級(jí)混煤時(shí)，ZM高效礦物分離機(jī)的有效分選粒度下限為3 mm，對(duì)小于3 mm粒級(jí)煤粉的分選效果較差?？刹捎酶煞摲奂夹g(shù)實(shí)現(xiàn)選前6 mm或3 mm脫粉，在不影響分選效果的前提下降低系統(tǒng)入料量，減小系統(tǒng)規(guī)模和建設(shè)投資。

(3)井下分選。近年來，綠色礦山建設(shè)得到了廣泛關(guān)注，原煤井下分選是其重要的組成部分。相較于跳汰分選、重介淺槽分選等濕法分選方法，干法分選方法具有不用水、不用介質(zhì)、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低等突出優(yōu)點(diǎn)，是原煤井下分選的理想方法。在井下推廣使用ZM礦物高效分離機(jī)，應(yīng)在保證處理能力的前提下盡可能實(shí)現(xiàn)設(shè)備的小型化。