無壓三產品旋流器在晉城地區(qū)無煙煤分選的應用研究

羅時磊

(北京圓之翰工程技術有限公司，北京 100015)

1 晉城地區(qū)無煙煤洗選加工現(xiàn)狀

晉城地區(qū)具有豐富的無煙煤資源，沁水煤田南部區(qū)因盛產優(yōu)質無煙煤而享譽全國，無煙煤煤礦分布于該地區(qū)南北東西近200km的廣泛區(qū)域，該地區(qū)積累了豐富的無煙煤洗選加工的寶貴經驗，形成了近乎固定的產品結構和洗選加工思路[1]。

該地區(qū)各生產煤礦基于自身市場競爭的需要，選煤廠原煤洗選加工深度普遍較深，通常建有末煤洗選系統(tǒng)，但因為市場空間所限，絕大多數(shù)選煤廠末煤并未全部入洗。

以晉煤集團為例，根據(jù)調研取得的信息，位于集團北部區(qū)的趙莊和長平兩礦因煤的可磨性較好，是生產噴吹煤的主力礦井，噴吹煤產量約相當于兩礦每年原煤產量的25%左右，而位于集團南部區(qū)的寺河礦，因煤的可磨性差[2]，末精煤產量僅相當于原煤量的10%左右。選煤廠末煤洗選主要基于兩方面的需要：一是實時滿足噴吹煤的市場需求，以使選煤廠效益最大化；二是根據(jù)原煤質量的變化，洗選部分末煤，以提高或是穩(wěn)定商品末煤的質量?？傮w而言，晉煤集團全集團末煤實際入洗比例不超過50%。

該地區(qū)各選煤廠典型的產品結構為：洗中塊(80～30mm)、洗小塊(30～13mm)、冶金末精煤和動力末煤(13～0mm)，個別選煤廠間或生產(13～6mm)洗小粒產品，塊精煤產品控制灰分小于等于14%，末精煤產品控制灰分小于等于11%，各塊煤產品對限下率均有嚴格要求，末煤產品對粒度上限有嚴格要求(信息來源：晉煤集團2019年“藍焰”煤炭產品質量標準)。

近年來，塊煤固定床間歇氣化工藝由于處理能力小、自動化水平低等因素，有逐漸被末煤氣化技術取代的趨勢。晉煤地區(qū)無煙煤的產品結構也面臨局部調整，其趨勢是：逐步減少塊精煤產量，適當增加末精煤產量，具體做法是適當下調塊煤洗選上限。

2 該地區(qū)礦井原煤可選性基本面貌

雖然本地區(qū)主要以無煙煤為主，但隨煤層埋深以及分布區(qū)域不同，煤質也稍有不同，但總體上有一定的規(guī)律。本文重點分析主力生產冶金末精煤的3#低硫無煙煤，代表性地選取了位于該地區(qū)一南一北，寺河和長平兩礦的原煤煤質資料。兩礦原煤的篩分組成見表1，浮沉組成見表2和表3[3，4]。

表1 兩礦篩分組成對比表

篩分組成特點概括為：①由南至北，煤的可磨性越來越好，在原煤灰分相近的前提下，-13mm末煤產出率相差近10%；②原煤各粒級灰分隨著粒度降低，北部區(qū)趨勢尤為明顯；③原煤必須經由洗選，才能生產符合市場需求的塊精煤和末精煤。

表2 寺河礦原煤浮沉組成

表3 長平礦原煤浮沉組成

浮沉組成特點概括為：①南部區(qū)煤的基元灰分小于北部區(qū)，但北部區(qū)煤中低密度級產率高于南部區(qū)；②塊煤的基元灰分明顯高于末煤，相同密度級浮物累計灰分相差約1%～2%；③相同精煤灰分時，北部區(qū)原煤的可選性總體上好于南部區(qū)；④塊精煤控制灰分14%，理論分選密度南部區(qū)在1.8g/cm3左右，北部區(qū)在2.0g/cm3左右；末精煤控制灰分11%，理論分選密度南部區(qū)在1.6g/cm3左右，北部區(qū)在1.8g/cm3左右；⑤以理論分選密度1.8g/cm3計，北部區(qū)煤排矸后可直接得到質量符合要求的塊精煤和末精煤，南部區(qū)則塊精煤質量合格，末精煤灰分超標，需排除一部分中煤產品。

3 當?shù)孛禾肯催x工藝的常規(guī)選擇及認識誤區(qū)

晉城地區(qū)各大型礦井的選煤廠普遍采用的分選工藝為“塊煤重介淺槽+末煤重介旋流器+粗煤泥TBS或螺旋分選機”分選，塊煤通常全部洗選，末煤部分洗選。總體上看，該工藝和本地區(qū)煤的品種、原煤煤質特點以及和產品結構需求是吻合的。部分地方或民營選煤廠，為節(jié)省投資計，也有少量采用不分級跳汰分選工藝，通過一種分選設備同時生產塊精煤、末精煤兩種產品。

選煤工藝的選擇跟選煤廠廠型、原煤可選性、產品結構等諸多因素有關[5，6]。尤其是當塊精煤和末精煤獨立生產時，設計人員往往很容易往塊、末煤分別入洗的思路上靠，而忽視對煤質和產品的深入研究。有相當一部分設計人員想當然地認為，既然塊精煤的控制灰分為14%，末精煤的控制灰分為11%，當然是塊、末煤分別入洗，更能保證各自的最大回收率。但事實上，就目前的塊煤重介排矸工藝而言，實際生產中很少把介質密度設置在1.8g/cm3以上，一則高密度分選導致介耗增加和設備磨損嚴重；二則，當分選密度達到1.8g/cm3時，塊矸石灰分已經達到70%以上，已經沒有再提高分選密度的必要了。晉煤集團各主要選煤廠歷年生產數(shù)據(jù)統(tǒng)計也顯示，塊精煤灰分很少有突破13%的情況(信息來源：晉煤集團商品煤數(shù)量、質量統(tǒng)計表)。

對產品結構和質量需求的固化理解，導致相當一部分設計人員枉顧廠型大小，輕易采用塊、末煤分別洗選的方案，導致很多弊端。包括且不限于以下方面：①原煤先分級，塊、末分別洗選，煤流不斷分、合，生產系統(tǒng)極其復雜，設備配用臺數(shù)大大增加；②煤流多次分、合，增加了塊煤粉碎的機會，實踐表明每多一個工藝環(huán)節(jié)，塊煤量減少約1%；③塊、末煤分別入洗，名義上是兼顧了精煤質量和矸石灰分，實際上卻很難做到；④塊煤淺槽分選，限下末煤進入塊煤分選系統(tǒng)，得不到有效分選，為了控制塊煤產品的限下率又要從塊煤產品中把末煤篩分出來；⑤塊、末煤系統(tǒng)分開，再加上考慮脫粉等因素，設備配套紛繁復雜，轉載環(huán)節(jié)名目繁多，選煤廠生產管理難度大大增加；⑥設備選型很難同時適應塊、末煤之間的數(shù)量波動，導致兩個獨立的系統(tǒng)要么負荷不足，要么負荷過重，很難實現(xiàn)設備處理能力的均衡配置。

4 無壓三產品旋流器在大通選煤廠的應用

無壓三產品旋流器分選工藝的提出是基于對該地區(qū)原煤的可選性和產品結構的分析，目的是簡化工藝系統(tǒng)[7]，通過無壓三產品旋流器一種設備分選出精煤、中煤、矸石三個產品，再利用雙層脫介篩自身的分級能力，塊精煤和塊中煤合并后正好生產出符合質量要求的塊精煤產品，末中煤則根據(jù)最終末精煤產品質量要求，全部或部分摻配到旋流器末精煤中。

在該應用中，除了利用了無壓三產品旋流器可以通過單一低密度懸浮液同時分選出精煤、中煤和矸石三種產品外，更重要是利用了無壓三產品旋流器入料無需經由泵送的特點，使其入料上限不受泵的過流粒徑影響，僅取決于無壓三產品旋流器本身的允許粒度上限，并同時達到了“保塊”的目的。

對無壓三產品旋流器應用于無煙煤分選的顧慮通常來自對其入料上限的擔憂。一般經驗是，無壓三產品旋流器的入料粒度上限和二段旋流器直徑、一二段之間連接管直徑以及二段旋流器底流口直徑相關。要求：dmax≤(0.06～0.08)D，其中，dmax為旋流器入料粒度上限，D為二段旋流器直徑；二段旋流器底流口及旋流器一二段中間連接管直徑必須三倍以上于入料粒度上限[8-10]。

大通選煤廠位于晉城北部地區(qū)，在綜合考慮該地區(qū)產品結構特點和煤質特征的前提下，采用了6mm選前脫粉，80～6mm采用經定制化設計的“3CDC1100/780無壓三產品旋流器+1～0.25mm粗煤泥TBS”分選工藝，分選3#原煤，系統(tǒng)小時通過能力達到400t/h左右，合格介質密度1.28g/cm3，洗精煤和洗中煤產品合并。經過一年多的生產實踐，其間經歷了洗選工程煤和掘進煤的嚴酷檢驗，洗中塊和洗小塊灰分長期穩(wěn)定在12%～13%之間，末精煤灰分長期穩(wěn)定在10.5%～11.0%之間，矸石灰分長期穩(wěn)定在70%以上。該分選工藝，通過一種分選設備同時實現(xiàn)了塊煤和末煤的精確分選，極大地簡化了工藝流程，節(jié)省了系統(tǒng)投資。

以原煤準備和主廠房洗選系統(tǒng)為口徑，“塊煤淺槽+末煤旋流器”分選工藝和無壓三產品洗選工藝投資對比見表4。

表4 方案投資對比表 元

通過大通選煤廠的建設實踐，取得了以下的經驗和啟示：

1)通過定制化設計，無壓三產品旋流器入洗上限可以得到提高，用于晉城地區(qū)無煙煤的分選是可行的。

3)單一工藝分選該地區(qū)無煙煤，能夠滿足產品結構和產品質量要求，可有效解決塊末煤分選系統(tǒng)獨立設置導致的系統(tǒng)復雜，投資大的缺點。

4)原煤由單一設備分選，脫介、脫水乃至產品分級環(huán)節(jié)歸并，有效解決了塊、末煤比例不均衡且容易變化的問題，有效地發(fā)揮了設備的處理能力，任何一個工藝環(huán)節(jié)不會出現(xiàn)明顯的負荷不均衡問題。

5)無壓三產品旋流器因其特殊的分選機理，加之流程短潔，在塊煤防破碎方面，效果不遜色于淺槽工藝。

6)因為無壓三產品旋流器的分選下限大大低于淺槽，進入旋流器的分級篩限下物能夠得到有效的分選，這是塊煤淺槽分選工藝無法做到的。

5 結 語

晉城地區(qū)近年來有采用80～25mm智能干法分選，25～1mm采用有壓或無壓三產品旋流器分選的工藝趨勢，筆者認為，該工藝雖則照顧了智能干選設備分選下限不足的問題，但塊煤智能干法分選受識別精度及分選精度的制約，無法在保證塊精煤灰分指標的同時解決矸石帶煤嚴重的問題。為了保證塊精煤和塊矸石的質量要求，如果再出一個中間產品破碎后去旋流器洗選，對于本來就屬于易選的排矸段而言，既導致系統(tǒng)復雜化，又不利于保證塊煤產率。同時，25～1mm級物料通過旋流器分選，并未直接得到-13mm的末精煤產品，仍存在復雜的分級、脫水、精煤和中煤組合等問題，加之，因洗選系統(tǒng)被過度切割，各工藝環(huán)節(jié)物料流量越來越小，使設備選型陷于尷尬的境地。