趙固二礦選煤廠塊煤重介再選工藝設(shè)計(jì)與應(yīng)用

張惠林

(中赟國際工程有限公司，河南 鄭州 450007)

趙固二礦選煤廠位于河南省新鄉(xiāng)市輝縣，為礦井型選煤廠，主要分選趙固二礦開采的原煤。該廠2010年6月建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)處理能力350萬t/a[1，2]，主要采用“80～0mm三產(chǎn)品跳汰分選+粗煤泥分選+煤泥浮選+尾煤壓濾干燥”的聯(lián)合工藝。該廠原煤屬于低灰、特低硫、低磷、較高軟化溫度、較高熱穩(wěn)定性、高強(qiáng)度、弱結(jié)渣性、特高發(fā)熱量的二號(hào)優(yōu)質(zhì)無煙煤，可作為化工、高爐噴吹和動(dòng)力用煤[3-5]。

趙固二礦位于焦作煤田的東部，主要可采煤層為二1層煤。在該煤層中，存在一種厚度不均的夾矸煤，主要由煤與各種礦物相互夾雜、伴生而成。此夾矸煤的量一般占原煤質(zhì)量的2%～5%，灰分一般為22.00%～35.00%；經(jīng)洗選加工后成為塊中煤，在當(dāng)?shù)厮追Q為“介石”，密度在1.65～1.85kg/L之間，且硬度高，不易破碎。此類塊中煤，若在選煤廠的塊精煤產(chǎn)品中的含量超過一定比例，會(huì)導(dǎo)致塊精煤的灰熔點(diǎn)降低、產(chǎn)氣率下降和氣化效果變差。因此，塊精煤產(chǎn)品的用戶一般要求塊中煤質(zhì)量占比小于等于3%[6-8]。

1 存在的問題

該廠建成投產(chǎn)三年后，隨著井下開采條件變化，入選原煤中的夾矸煤的比例逐年增加，最大占比可達(dá)6%以上，且一直居高不下；原煤的可選性也由建廠時(shí)的易選，變?yōu)檩^難選，進(jìn)而導(dǎo)致了產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，塊精煤產(chǎn)品中的塊中煤含量急劇升高至5%以上，產(chǎn)品質(zhì)量不合格，質(zhì)量糾紛不斷，產(chǎn)品售價(jià)降低，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益大幅下滑。

雖然該廠為了降低塊精煤產(chǎn)品中的塊中煤含量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)行了局部工藝調(diào)整，采用“大排中煤、保塊精煤”的措施，以適應(yīng)煤質(zhì)的變化。但此類措施也導(dǎo)致了塊精煤產(chǎn)量降低和經(jīng)濟(jì)效益的降低，無法從根本上徹底解決問題。因此，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，必須對(duì)現(xiàn)有的跳汰分選工藝進(jìn)行徹底的改造。

2 工藝改造設(shè)計(jì)

2.1 改造前主選工藝

該廠改造前主選工藝為單一的三產(chǎn)品跳汰分選工藝，主要采用2臺(tái)27.5m2的三產(chǎn)品跳汰機(jī)，對(duì)粒度小于80mm的原煤進(jìn)行分選，得到精煤、中煤和矸石。跳汰精煤經(jīng)雙層脫水直線篩(上層篩孔?1=10mm，下層篩孔?2=1.0mm)脫水，得到塊煤(80～10mm)和末煤(-10mm)，其中末煤(-10mm)進(jìn)入離心脫水機(jī)繼續(xù)脫水，得到最終的洗末煤(-10mm)產(chǎn)品。跳汰中煤經(jīng)中煤斗提機(jī)提升、脫水后，落入中煤脫水篩(篩孔1.0mm)進(jìn)行二次脫水，得到中煤產(chǎn)品；當(dāng)不需要生產(chǎn)中煤時(shí)，中煤也可以通過水沖溜槽，返回跳汰機(jī)再選。跳汰選出的矸石經(jīng)矸石斗提機(jī)提升、脫水后，落入矸石脫水篩(篩孔1.0mm)進(jìn)行二次脫水，得到矸石產(chǎn)品。各個(gè)產(chǎn)品脫水篩的篩下煤泥水和末煤離心機(jī)的離心液，通過管道自流進(jìn)入煤泥水系統(tǒng)進(jìn)行處理，如圖1所示。

圖1 改造前跳汰工藝流程

2.2 跳汰、重介淺槽工藝比選

為了徹底解決塊煤(80～10mm)中的塊中煤含量超標(biāo)的問題，必須對(duì)跳汰塊煤進(jìn)行再選，從而得到高質(zhì)量的塊煤和塊中煤產(chǎn)品。目前，對(duì)于塊煤產(chǎn)品進(jìn)行再選的工藝有跳汰工藝、重介淺槽工藝兩種，兩者的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見表1[9-12]。

該廠跳汰塊煤產(chǎn)品的可選性為較難選，結(jié)合表1可知，跳汰工藝對(duì)于難選煤的分選精度較差，因此該項(xiàng)目?jī)?yōu)先考慮采用分選精度較高的重介淺槽分選的工藝，對(duì)跳汰塊煤產(chǎn)品進(jìn)行再選。

表1 跳汰、重介淺槽優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表

2.3 重介淺槽再選工藝設(shè)計(jì)

在跳汰產(chǎn)品脫水篩的出料端，新增2套塊煤重介淺槽再選系統(tǒng)，對(duì)跳汰塊煤(80～10mm)產(chǎn)品進(jìn)行再選，降低塊中煤含量，得到高質(zhì)量的塊精煤和塊中煤產(chǎn)品，具體流程設(shè)計(jì)如下：

跳汰塊煤(80～10mm)經(jīng)脫水篩脫水、分級(jí)后，直接進(jìn)入2臺(tái)新增的重介質(zhì)淺槽分選機(jī)進(jìn)行再選。其中分選出的重介塊煤(80～10mm)，通過溜槽進(jìn)入2臺(tái)新增的重介產(chǎn)品雙層直線脫介篩(篩上篩孔?1=10mm，篩下篩孔?2=1.0mm)進(jìn)行脫介、分級(jí)，得到的篩上塊煤(80～10mm)產(chǎn)品落至原813#塊煤輸送帶，并運(yùn)至塊煤倉上的雙層分級(jí)篩。倉上的雙層分級(jí)篩對(duì)重介塊煤產(chǎn)品進(jìn)行分級(jí)后，得到特優(yōu)塊煤(60～80mm)、2#中塊煤(30～60mm)、洗小塊煤(13～30mm)、洗粒煤(10～13mm)等產(chǎn)品。重介產(chǎn)品雙層直線脫介篩得到的洗末煤(10～1.0mm)，直接摻入原系統(tǒng)的洗末煤產(chǎn)品。

重介淺槽分選出的重產(chǎn)物(塊中煤)，采用刮板機(jī)輸送至塊中煤脫介直線篩(上層篩孔?1=30mm，下層篩孔?2=1.0mm)進(jìn)行脫介、分級(jí)，得到的篩上的大塊物料(80～30mm)，進(jìn)入分級(jí)破碎機(jī)，破碎至-30mm，然后返回重介系統(tǒng)再選。塊中煤脫介直線篩篩出的中間物料(30～1.0mm)，進(jìn)入一臺(tái)分級(jí)破碎機(jī)，破碎至-10mm，然后摻入洗末煤。改造后的工藝流程如圖2所示。

2.4 主要設(shè)備選型

依據(jù)《煤炭洗選工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50359—2016)的標(biāo)準(zhǔn)，該項(xiàng)目分選系統(tǒng)不均衡系數(shù)取1.15，煤泥水和重介質(zhì)懸浮液系統(tǒng)不均衡系數(shù)取1.25。主要設(shè)備選型計(jì)算結(jié)果，見表2。

3 工藝布置

工藝設(shè)備布置需充分考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在已有空間內(nèi)，合理布局，優(yōu)化設(shè)計(jì)，既要實(shí)現(xiàn)功能，又能留夠檢修空間[13-16]。該項(xiàng)目進(jìn)行改造設(shè)計(jì)時(shí)，雖多處受到空間限制，但新增系統(tǒng)依然能夠與原有系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)靈活、有機(jī)的銜接，具體介紹如下：

圖2 新增重介再選工藝流程

表2 主要工藝設(shè)備選型計(jì)算表

3.1 重介質(zhì)淺槽再選系統(tǒng)

將兩臺(tái)AFX8/54型淺槽分選機(jī)布置在主廠房9.30m層，分別與兩臺(tái)原跳汰塊煤脫水篩串聯(lián)布置。原跳汰塊煤脫水篩的篩上物料(80～10mm)通過溜槽進(jìn)入重介淺槽分選機(jī)再選，得到重介塊精煤和塊中煤產(chǎn)品。淺槽分選系統(tǒng)設(shè)備布置如圖3、圖4所示。

圖3 主廠房9.3m、塊中煤處理車間6.8m平面圖

圖4 主廠房剖面圖

系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮了選擇跳汰塊煤是否進(jìn)入重介淺槽再選的靈活性。但由于現(xiàn)場(chǎng)空間受限，為了實(shí)現(xiàn)此功能，需取消淺槽分選機(jī)自帶的水平流給料箱，將重介淺槽分選機(jī)水平流的介質(zhì)管道布置在淺槽分選機(jī)入料溜槽上方，使入料溜槽同時(shí)具備了給料、供介的功能，具體做法如圖5所示。

圖5 重介淺槽入料溜槽示意

圖6 重介淺槽溢流溜槽示意

在重介淺槽入料溜槽下方，設(shè)置有2個(gè)特制的液壓平板閘門，當(dāng)1#平板閘門開啟，2#平板閘門關(guān)閉時(shí)，跳汰塊煤進(jìn)入重介淺槽分選機(jī)再選。當(dāng)1#平板閘門關(guān)閉，2#平板閘門開啟時(shí)，跳汰塊煤進(jìn)入原塊煤產(chǎn)品輸送帶，直接作為產(chǎn)品入倉。此功能能夠保證工藝靈活性，且當(dāng)淺槽系統(tǒng)故障檢修時(shí)，原系統(tǒng)也能夠維持生產(chǎn)。

重介淺槽分選出的塊煤，進(jìn)入雙層直線振動(dòng)脫介篩，進(jìn)行脫介和分級(jí)。由于該項(xiàng)目為改造項(xiàng)目，現(xiàn)場(chǎng)空間十分狹小，為提高塊精煤脫介效率、減少塊煤的破碎率，重介淺槽的溢流溜槽采用了折返式設(shè)計(jì)，其上部設(shè)置了固定脫介篩，中部設(shè)置了L型“煤砸煤”式防破碎拐段，如圖6所示。溜槽上的固定篩篩孔為1.0mm，其篩下的合格介質(zhì)通過管道，除一部分合格介質(zhì)分流至稀介質(zhì)桶外，其余均回流至合格介質(zhì)桶。

重介雙層直線振動(dòng)脫介篩布置在重介淺槽的下層樓板，即主廠房4.20m層。為了保證脫介效率，雙層脫介篩的上層設(shè)置三道噴水，下層設(shè)置一道噴水，如圖7所示。

每臺(tái)直線脫介篩的篩下溜槽分為兩段，入料端為合格介質(zhì)段，出料端為稀介質(zhì)段，其中合格介質(zhì)段約占篩長(zhǎng)的1/3，稀介質(zhì)段約占篩長(zhǎng)的2/3。合介段的合介回流至合介桶，稀介段的稀介質(zhì)自流至稀介桶。

圖7 雙層脫介篩噴水管道示意(mm)

3.2 塊中煤脫介、破碎系統(tǒng)

受空間限制，塊中煤脫介篩無法布置在主廠房?jī)?nèi)。因此在緊鄰主廠房的南側(cè)，建設(shè)一座塊中煤處理車間。將新增的365#雙層重介塊中煤脫介篩布置在該車間的6.80m層，369#小塊中煤(-30mm)破碎機(jī)布置脫介篩的下層，即4.70m層。兩臺(tái)重介淺槽分選出的塊中煤，通過新增的372#密封刮板輸送機(jī)，輸送至塊中煤脫介篩，進(jìn)行脫介和分級(jí)。脫介后的大塊中煤(80～30mm)，通過390#轉(zhuǎn)載輸送帶，轉(zhuǎn)運(yùn)至391#大塊中煤破碎機(jī)，然后破碎至-30mm。破碎后的中煤，通過斗提機(jī)轉(zhuǎn)載至淺槽分選系統(tǒng)再選。365#脫介篩得到的小塊中煤(30～1.0mm)，通過溜槽進(jìn)入369#小塊中煤破碎機(jī)，破碎至-10mm，后落至原814#篩末煤輸送帶，直接摻入篩末煤產(chǎn)品，如圖8所示。

圖8 塊中煤處理車間剖面圖

4 磁鐵礦粉回收系統(tǒng)

將兩臺(tái)磁選機(jī)布置在主廠房的9.3m層，即與重介淺槽布置在同一層。為了提高磁選機(jī)精礦的脫除效率，兩臺(tái)磁選機(jī)的滾筒上均設(shè)置噴水。噴水管道上設(shè)置手動(dòng)閥門，可對(duì)噴水量進(jìn)行調(diào)節(jié)。磁選機(jī)的精礦通過管道輸送至合介桶。磁選尾礦進(jìn)入煤泥水池或濃縮池。

5 改造效果

5.1 塊煤產(chǎn)品中的塊中煤含量日常檢查結(jié)果

該項(xiàng)目2016年完成了技術(shù)改造，并一次性試車成功，各項(xiàng)指標(biāo)良好，噸煤磁鐵礦粉耗量低于0.49kg。根據(jù)2017年1月的日常產(chǎn)品質(zhì)量檢查結(jié)果，繪制了改造前后塊精煤(80～10mm)中的塊中煤含量趨勢(shì)圖(圖9)。

圖9 改造前后塊精煤中的塊中煤 含量日常檢查結(jié)果趨勢(shì)圖

從圖9可知，改造前塊精煤中的塊中煤含量均值在6%左右，產(chǎn)品質(zhì)量不合格；改造后塊精煤中的塊中煤含量均值在2.50%左右，小于3.00%，產(chǎn)品質(zhì)量合格。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

按照年入洗350萬t原煤，特優(yōu)中塊產(chǎn)率為6.08%，2#中塊產(chǎn)率為13.87%，洗小塊產(chǎn)率為17.46%，粒煤產(chǎn)率為4.19%，塊煤綜合產(chǎn)率為41.6%，矸石產(chǎn)率為16.71%進(jìn)行測(cè)算。噸入洗塊煤的磁鐵礦粉耗量為0.49kg，磁鐵礦粉價(jià)格為1700元/t，折算出成噸原煤介耗成本為0.347元。重介系統(tǒng)電耗約0.68(kW·h)/t，電價(jià)0.72元/(kW·h)，折算成噸原煤成本為0.20元。重介系統(tǒng)總投資2287.22萬元，其中土建286.64萬元，設(shè)備費(fèi)1321.66萬元，安裝費(fèi)419.59萬元，每年折舊費(fèi)為145.63萬元，折算成噸原煤成本為0.416元。其他材料費(fèi)折算成噸原煤為0.343元，人工費(fèi)增加0.137元/t。因此，重介質(zhì)淺槽再選系統(tǒng)投產(chǎn)后，入洗原煤成本共增加1.443元/t。

技術(shù)改造前、后原煤的綜合售價(jià)分別為510.32元/t、518.01元/t，改造后噸原煤綜合售價(jià)增加7.69元。因此，改造后入洗一噸原煤的收入增加6.247元，每年可增加收入2186.45萬元。項(xiàng)目總投資為2287.22萬元，項(xiàng)目投資回收期為1.05a。因此，該項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

6 結(jié) 論

1)改造完成后，塊精煤中的塊中煤產(chǎn)率均值由6%降至2.50%左右，小于3.0%，滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。

2)改造后選煤廠每年增加收入2186.45萬元，投資回收期為1.05a，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

3)塊精煤重介淺槽再選工藝能夠徹底解決該廠塊煤產(chǎn)品中的塊中煤含量超標(biāo)的問題，并能夠取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。為焦作礦區(qū)的其他跳汰選煤廠在降低塊煤中的塊中煤含量方面提供了借鑒。