基于煤泥減量化的洗煤廠洗煤工藝優(yōu)化研究

單 軍

（山西晉煤集團(tuán)煤炭加工利用分公司趙莊選煤廠， 山西 長(zhǎng)治 046600）

引言

近年來(lái)，煤礦總體上出現(xiàn)了產(chǎn)能過(guò)剩的局面，即供大于求[1-2]，這使得煤炭市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)變得很激烈，商品煤價(jià)格一直得不到有效保障。對(duì)于洗煤廠而言，洗煤過(guò)程中，煤泥含量會(huì)對(duì)商品煤的質(zhì)量產(chǎn)生重要影響[3-4]，采取有效措施降低煤泥含量是所有洗煤廠面臨的重要問(wèn)題[5-6]。本研究在對(duì)洗煤工藝進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，提出針對(duì)性的工藝優(yōu)化措施，使得洗煤系統(tǒng)中煤泥含量顯著降低，提升了商品煤的質(zhì)量，為企業(yè)創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 洗煤廠煤泥水系統(tǒng)存在的問(wèn)題

洗煤廠當(dāng)前階段存在的最大問(wèn)題是煤泥水系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生大量的煤泥。經(jīng)過(guò)初步統(tǒng)計(jì)分析，原生煤泥質(zhì)量占據(jù)整個(gè)原煤質(zhì)量的6.5%左右，且以顆粒尺寸在0～0.5 mm的細(xì)煤泥為主。如果采用原煤全入選的方式進(jìn)行生產(chǎn)，每生產(chǎn)原煤1 000 t，那么就會(huì)產(chǎn)生65 t左右的原生煤泥。另外整個(gè)水系統(tǒng)中包含有很多水泵，整個(gè)工藝過(guò)程非常復(fù)雜，在這個(gè)過(guò)程中又會(huì)產(chǎn)生大量的次生煤泥。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，泵的數(shù)量及其功率大小會(huì)對(duì)次生煤泥數(shù)量產(chǎn)生直接影響。當(dāng)前階段水系統(tǒng)中包含的泵數(shù)量超過(guò)35臺(tái)，總功率加起來(lái)超過(guò)了3 000 kW。水系統(tǒng)中煤的顆粒大小在0.5～200 mm范圍內(nèi)，很多煤尤其是顆粒尺寸不超過(guò)25 mm的末煤都是通過(guò)泵隨著介質(zhì)一起輸送。介質(zhì)泵在工作時(shí)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，會(huì)對(duì)介質(zhì)中包含的煤起到破碎的效果。另外泵內(nèi)部壓力高其不均勻分布，也會(huì)在一定程度上實(shí)現(xiàn)煤的破碎。整個(gè)工藝過(guò)程持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，煤泥在水中浸泡的時(shí)間越長(zhǎng)，最終次生煤泥產(chǎn)量越多。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，次生煤泥的產(chǎn)量大約為5%左右，在采用原煤全入選的方式進(jìn)行生產(chǎn)的條件下，每生產(chǎn)1 000 t原煤就會(huì)得到50 t的次生煤泥。如圖1所示為不同生產(chǎn)方式下的煤泥產(chǎn)率和產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)情況。整個(gè)生產(chǎn)線的每小時(shí)消耗的原煤為2 000 t左右，煤泥處理設(shè)備的處理能力為170 t/h左右。從圖1中可以看出，在部分生產(chǎn)模式下煤泥處理設(shè)備無(wú)法滿足使用需要。

圖1 不同生產(chǎn)方式下的煤泥產(chǎn)率和產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)情況

2 洗煤工藝流程中煤泥產(chǎn)生的原因

洗煤工藝流程中煤泥是不可避免的問(wèn)題。根據(jù)煤泥來(lái)源不同可將洗煤過(guò)程中產(chǎn)生的煤泥劃分成為兩種類(lèi)型，分別為原生煤泥和次生煤泥。所謂原生煤泥指的是在礦井采煤過(guò)程以及煤礦運(yùn)輸過(guò)程中夾雜到煤礦內(nèi)部的細(xì)碎物料。次生煤泥指的是在洗煤過(guò)程中產(chǎn)生的煤泥，煤礦中包含的雜質(zhì)在洗煤過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)篩分破碎，在流體介質(zhì)沖擊力作用下發(fā)生破碎，在介質(zhì)中長(zhǎng)時(shí)間浸泡發(fā)生膨脹破碎等，這些過(guò)程都有可能產(chǎn)生次生煤泥。根據(jù)煤泥顆粒直徑大小可將其劃分成為細(xì)煤泥和粗煤泥兩種類(lèi)型，其中它們對(duì)應(yīng)的顆粒尺寸范圍分別為0～0.5mm和0.5～3.0mm。

3 煤泥減量化工藝的優(yōu)化

基于以上分析，可以看出洗煤工藝中煤泥含量太高，設(shè)備處理能力不足，會(huì)在很大程度上影響商品煤質(zhì)量。因此需要對(duì)洗煤工藝進(jìn)行優(yōu)化，以降低煤泥產(chǎn)量，提升商品煤質(zhì)量。因此，從以下幾個(gè)方面著手來(lái)實(shí)現(xiàn)煤泥減量化。

3.1 矸石泥預(yù)先處理工藝的優(yōu)化

在原有的洗煤系統(tǒng)中，首先通過(guò)水力旋流器對(duì)煤泥水進(jìn)行初步分級(jí)，從上部溢流出來(lái)的煤泥水和從底部沉淀的煤泥水分別流入濃縮池和螺旋分選機(jī)。經(jīng)過(guò)螺旋分選機(jī)的精礦段進(jìn)行處理后可以得到粗精煤產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)矸石段處理后得到的石粉通過(guò)篩縫為0.35 mm的高頻篩對(duì)其進(jìn)行處理，將篩下水輸送機(jī)濃縮池，沒(méi)有通過(guò)篩縫的物質(zhì)直接輸送至矸石山。由于篩縫較大，得到的篩下水中包含有很多煤泥，輸送至濃縮池后會(huì)給煤泥處理系統(tǒng)造成很大的壓力。

針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中存在的問(wèn)題，可以對(duì)該部分工藝進(jìn)行優(yōu)化。具體優(yōu)化措施是將高頻篩選得到的水進(jìn)行集中后，不直接將其輸送至濃縮池中。而是首先通過(guò)添加藥劑使其沉淀，通過(guò)砂水分離器將沉淀得到的物質(zhì)輸送到矸石山，再將水輸送至濃縮池中。如圖2所示為高頻篩篩下水預(yù)處理工藝流程示意圖。通過(guò)這樣的措施能夠顯著降低篩下水中煤泥的含量，降低煤泥處理系統(tǒng)的壓力，提升商品煤的質(zhì)量。

圖2 高頻篩篩下水預(yù)處理工藝流程示意圖

3.2 脫介水工藝流程的優(yōu)化

以往的洗煤過(guò)程中，精煤脫介篩和矸石脫介篩和合格介質(zhì)段獲得的水全部流入到合格介質(zhì)桶中進(jìn)行處理，循環(huán)使用。而稀介段獲得的物料全部輸送至磁選機(jī)中進(jìn)行處理，得到的精礦輸送至介質(zhì)桶中。磁選機(jī)中剩下的脫泥水輸送至煤泥處理系統(tǒng)中。在重介質(zhì)分選工藝中，主要是通過(guò)介質(zhì)內(nèi)物質(zhì)密度不同對(duì)它們進(jìn)行分選，使得矸石脫介篩與精煤脫介篩相比較，其得到的液體內(nèi)部包含的煤泥含量要高很多，將重者進(jìn)行直接混合后再處理，會(huì)加大煤泥處理系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。

基于此，可以對(duì)兩個(gè)脫介篩稀介段得到的液體進(jìn)行分開(kāi)處理，重點(diǎn)是對(duì)矸石脫介篩得到的液體進(jìn)行處理，將內(nèi)部包含的大量煤泥進(jìn)行分離，然后在將其輸送至磁選機(jī)中進(jìn)行處理。而精煤脫介篩得到的液體仍然按照之前的工藝直接輸送至磁選機(jī)中進(jìn)行處理。

3.3 高頻篩短路循環(huán)工藝的優(yōu)化

洗煤工藝中，液體在進(jìn)入濃縮池前，基本上都是通過(guò)高頻篩進(jìn)行處理，且篩縫都是0.35 mm。這種情況下，只要煤泥顆粒尺寸小于0.35 mm都可以隨介質(zhì)一起流入濃縮池。當(dāng)濃縮池中煤泥含量較高且具有較好的親水性時(shí)，會(huì)對(duì)濃縮質(zhì)量造成非常不好的影響。對(duì)于該問(wèn)題最簡(jiǎn)單的方法是在一定程度上縮小高頻篩篩縫尺寸大小，將其縮小到0.1 mm。但是當(dāng)縮小高頻篩篩縫后，意味著設(shè)備的處理能力降低，為了保證產(chǎn)能，需要加大設(shè)備投資提升設(shè)備的激振力。

在考慮實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，采用短路循環(huán)工藝進(jìn)行處理。具體措施是將高頻篩篩選得到的液體進(jìn)行收集后，通過(guò)泵將液體再次輸送至篩面，進(jìn)行短路循環(huán)篩選，經(jīng)過(guò)多次循環(huán)后再讓其進(jìn)入下一工序。堆積在篩面上的大顆粒物質(zhì)可以起到過(guò)濾的作用，其效果與降低篩孔尺寸類(lèi)似。通過(guò)這樣的措施能夠顯著降低篩下液體中大顆粒煤泥的含量。

4 優(yōu)化改進(jìn)效果

采用以上措施對(duì)洗煤工藝進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)后，使得整個(gè)煤泥水系統(tǒng)的質(zhì)量和效果有顯著提升。如圖3所示為不同工藝優(yōu)化改進(jìn)后的效果統(tǒng)計(jì)分析。圖中優(yōu)化工藝A、B、C分別對(duì)應(yīng)矸石泥預(yù)先處理優(yōu)化工藝、脫介水優(yōu)化工藝和高頻篩短路循環(huán)優(yōu)化工藝。

圖3 三種優(yōu)化工藝的效果統(tǒng)計(jì)圖

由圖中數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過(guò)三種優(yōu)化工藝進(jìn)行處理后，每小時(shí)能夠多排出很多煤泥量，使得煤泥處理系統(tǒng)性能得到很大提升。在塊煤+末煤50%的入選模式下，三種工藝條件下對(duì)應(yīng)的多排煤泥量分別為3 t/h、4.06 t/h和0.375 t/h。由于洗煤工藝排泥性能得到顯著提升，使得商品煤的質(zhì)量也上了一個(gè)臺(tái)階。三種優(yōu)化工藝條件下得到的商品煤，每千克發(fā)熱量分別提升了7 kcal、9 kcal和0.8 kcal。由于商品煤質(zhì)量提升使得售賣(mài)價(jià)格每噸提升0.5元/t，全年產(chǎn)量按500萬(wàn)t計(jì)算，則可以增加收入250萬(wàn)元。另一方面，由于液體進(jìn)入濃縮池前都對(duì)其進(jìn)行了特殊處理，所以所有進(jìn)入濃縮池的液體中包含的煤泥量已經(jīng)非常小。因此，在濃縮池這道工序中使用的藥劑量也顯著降低，與優(yōu)化前相比較而言，藥劑的使用量降低了8%左右，每年可以節(jié)約藥劑成本約4萬(wàn)元左右。

基于以上分析可以看出，對(duì)洗煤工藝進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)后，使得煤泥處理系統(tǒng)的性能大大提升，排出的煤泥量多出很多，提升了商品煤的質(zhì)量，為企業(yè)創(chuàng)造了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

5 結(jié)論

采取優(yōu)化矸石泥預(yù)先處理工藝、優(yōu)化脫介水工藝流程和優(yōu)化高頻篩短路循環(huán)工藝等措施后，有效控制了液體進(jìn)入濃縮池前的煤泥含量，提升了商品煤質(zhì)量，進(jìn)而提升了售賣(mài)價(jià)格。經(jīng)過(guò)初步估算，通過(guò)對(duì)三個(gè)工藝的改進(jìn)每年能夠?yàn)槠髽I(yè)多創(chuàng)造254萬(wàn)元的收入。