王村選煤廠煤泥脫水技術(shù)優(yōu)化與實(shí)踐

石國華

（大同煤礦集團(tuán)大地選煤工程有限責(zé)任公司 山西大同037003）

1 引言

粗煤泥分選是當(dāng)前選煤廠分選工藝中的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)。目前，一般將粒度在0.3 mm～0.5 mm 以上，但又不適合采用浮選工藝進(jìn)行分選的特殊粒級的煤泥稱為粗煤泥[1-2]。這部分煤泥由于無法采用浮選分選，因此在生產(chǎn)實(shí)際中往往采用適宜的重選手段進(jìn)行分選，再對輕重產(chǎn)物分別脫水。由于優(yōu)質(zhì)煤炭資源的不斷消耗，選煤廠入洗原煤的品質(zhì)呈現(xiàn)逐漸惡化的趨勢，主要特點(diǎn)之一就是矸石種類的增多[3]。而這些變化的出現(xiàn)往往導(dǎo)致現(xiàn)有洗選流程的生產(chǎn)效果惡化，影響產(chǎn)品最終指標(biāo)。

本文以王村選煤廠為例，對粗煤泥處理及脫水工藝優(yōu)化方案進(jìn)行了實(shí)踐研究。王村選煤廠屬于煉焦煤選煤廠，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力240 萬噸/年，主洗工藝為脫泥有壓兩產(chǎn)品重介旋流器分選，入洗粒度為50 mm，脫泥粒度為1.5 mm。其中，脫出后的煤泥進(jìn)入煤泥分選系統(tǒng)（采用螺旋分選機(jī)進(jìn)行分選，分選后的精尾煤經(jīng)弧形篩預(yù)脫水后，分別經(jīng)煤泥離心機(jī)和高頻篩進(jìn)行最終脫水后運(yùn)出）。煤泥分選系統(tǒng)又分為粗煤泥分選系統(tǒng)和細(xì)煤泥回收系統(tǒng)（將濃縮機(jī)濃縮后的細(xì)煤泥采用壓濾機(jī)脫水后，摻入精煤產(chǎn)品出售）。主要工藝指標(biāo)范圍如表1所示。

表1 入洗原煤主要工藝指標(biāo)參考范圍(空氣干燥基)

由于該廠入洗原煤可選性較差，分選密度為1.70 g/cm3時僅為中等可選。因此，本廠采取了兩產(chǎn)品分選，粗煤泥二次分選回收的洗選工藝，并將最終精煤產(chǎn)品的灰分控制在26%以下，水分控制在8%以下。

2 煤泥分選系統(tǒng)運(yùn)行工況

2.1 粗煤泥分選工藝選擇

本廠粗煤泥分選工藝的入料主要是原煤準(zhǔn)備過程中脫除的1.5 mm～0.15 mm 粒級煤泥。對這部分煤泥進(jìn)行浮沉試驗(yàn)分析，結(jié)果表明，隨著分選密度的升高，該粒級煤泥的可選性逐漸變好。當(dāng)分選密度為1.6 g/cm3時，煤泥可選性為中等可選，此時浮物累計(jì)灰分僅為9.96%，可以滿足生產(chǎn)需求。綜合考慮設(shè)備投資規(guī)模與分選精度要求，最終本廠采用螺旋分選機(jī)對粗煤泥進(jìn)行分選，工藝流程如圖1所示。

圖1 王村選煤廠煤泥分選系統(tǒng)工藝流程圖

按照圖1 所示的系統(tǒng)工藝流程，壓濾煤泥的水分要求控制在23%以內(nèi)，精煤產(chǎn)品水分控制在8%以內(nèi)。

2.2 煤泥水分異常工況

近年來，由于原煤開采深度的不斷加大，原煤煤質(zhì)出現(xiàn)了一定的變化，主要表現(xiàn)在原煤灰分變化，圖2所示為近三年原煤灰分的變化情況，每個灰分值均為半年內(nèi)每月原煤平均灰分與各月入洗量的加權(quán)平均值。

圖2 原煤灰分變化曲線

如2圖可見，自2017年以來，入洗原煤灰分呈現(xiàn)波動上升趨勢，原煤灰分由40%以下上升至45%～50%之間。而與原煤灰分上升現(xiàn)象同時發(fā)生的是精煤水分出現(xiàn)異常升高。在10 個連續(xù)的生產(chǎn)班次中，分別取精煤、螺旋精礦和細(xì)煤泥進(jìn)行灰分和水分的測定，如圖3、圖4。

圖3 不同產(chǎn)品水分波動情況

圖4 不同產(chǎn)品灰分波動情況

如圖3、4所示，原煤煤質(zhì)變化后，精煤和螺旋精礦的水分明顯升高，灰分基本不變。其中，精煤水分平均值達(dá)到7.24%，最大值達(dá)到8.11%；螺旋精礦水分平均值為11.23%，最大值達(dá)到12.48%。同時，細(xì)煤泥的水分基本不變，但灰分明顯升高，說明有高灰物質(zhì)混入細(xì)煤泥。

3 煤泥水分異常分析

在原煤煤質(zhì)變化后，生產(chǎn)過程中最直接的表現(xiàn)即為精煤水分的升高。為了查找精煤水分升高的原因，對該廠生產(chǎn)過程中的異?，F(xiàn)象進(jìn)行了綜合分析。

首先是原煤灰分升高，其灰分平均值由40%以下上升至45%～49%，說明原煤中部分高灰物質(zhì)含量增多。其次，在生產(chǎn)過程中，用于脫水脫介的弧形篩和振動篩篩板堵塞情況加劇，平均一個班次內(nèi)至少發(fā)生一次篩板堵塞情況，使得跑介現(xiàn)象加重，脫水效果也有所惡化。此外，在生產(chǎn)過程中，觀察到濃縮池中的水體顏色發(fā)生了顯著變化，由黑色變成了灰白色，并且進(jìn)入循環(huán)水池的水體中明顯存在大量細(xì)小懸浮顆粒。結(jié)合本廠早期的地質(zhì)勘探資料，確定這些現(xiàn)象是由于原煤中白砂巖含量突然增加所致。白砂巖中有15%左右的粘土類物質(zhì)，這些粘土組分進(jìn)入循環(huán)水后使水質(zhì)逐漸惡化，并且容易堵塞篩縫，對分級或者脫水效果產(chǎn)生不利影響。

王村選煤廠的粗煤泥經(jīng)螺旋分選機(jī)分選得到的精尾礦直接經(jīng)振動弧形篩預(yù)脫水后，分別進(jìn)入煤泥離心機(jī)和高頻篩脫水。經(jīng)測定，振動弧形篩的入料濃度一般在15%～20%內(nèi)。對于這一入料濃度，在煤質(zhì)較好時，振動弧形篩可滿足預(yù)脫水需求，保證最終產(chǎn)品水分合格；但白砂巖侵入后，其所含的粘土類物質(zhì)極易堵塞弧形篩篩縫，脫水效果變差，造成煤泥離心機(jī)和高頻篩的入料水分過高使得最終產(chǎn)品的水分超標(biāo)。在現(xiàn)場生產(chǎn)中，曾嘗試通過改變弧形篩傾角、增加篩板清理次數(shù)等手段改善弧形篩脫水效果，但均未能達(dá)到預(yù)期效果。

4 煤泥脫水技術(shù)優(yōu)化方案與實(shí)施效果

4.1 優(yōu)化方案制定

在當(dāng)前煤質(zhì)條件下，為有效降低煤泥離心機(jī)和高頻篩入料的水分，必須先降低振動弧形篩的入料水分。因此，本方案采用濃縮旋流器對螺旋分選后的精尾礦進(jìn)行預(yù)處理，使得濃縮后的底流以較高的濃度進(jìn)入弧形篩二次脫水，保證煤泥離心機(jī)和高頻篩的入料濃度符合設(shè)備要求。改造后的工藝流程如圖5所示。

圖5 改造后的煤泥分選系統(tǒng)工藝流程圖（方框內(nèi)為新增設(shè)備）

經(jīng)改造后的工藝流程，在具體實(shí)施過程中需要結(jié)合當(dāng)前生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行設(shè)備選型，主要是對濃縮旋流器進(jìn)行選型。

對煤泥水系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備選型，取不均衡系數(shù)為1.25。目前，螺旋精礦所使用的是100ZJ-I-A30 型渣漿泵，理論流量為150 m3/s，揚(yáng)程20 m?，F(xiàn)有濃縮旋流器理論最大處理量為160 m3/s，所需精礦濃縮旋流器臺數(shù)n1按（1）計(jì)算：

因此螺旋精礦濃縮旋流器應(yīng)選兩臺。

螺旋尾礦泵使用的是80ZJ-I-A36型渣漿泵，理論流量為100 m3/s，揚(yáng)程20 m，旋流器處理量仍預(yù)估為160 m3/s，則所需尾礦濃縮旋流器臺數(shù)n2按（2）計(jì)算：

因此螺旋尾礦濃縮旋流器應(yīng)選1臺。

為便于檢修及備件采購，螺旋精尾礦濃縮旋流器選擇同一型號，如表2所示。

表2 濃縮旋流器設(shè)備選型參數(shù)表

4.2 優(yōu)化方案實(shí)施

改造后的工藝流程的現(xiàn)場實(shí)施方案主要分三個部分進(jìn)行，即安裝螺旋精礦濃縮旋流器、安裝螺旋尾礦濃縮旋流器和濃縮旋流器的調(diào)試。

在安裝濃縮旋流器前，需要為新設(shè)備開辟出充足的安裝空間。本次改造選用的濃縮旋流器所需安裝高度為2.7 m，而螺旋精礦弧形篩現(xiàn)有上部空間高度不足2.7 m，需降低弧形篩位置后再制作支架安裝濃縮旋流器。同時，旋流器底流作為振動弧形篩的入料，其進(jìn)入振動弧形篩時的狀態(tài)對弧形篩的脫水效果影響較大。因此，需專門制作濃縮旋流器底流箱，保證濃縮旋流器底流在全寬度范圍內(nèi)均勻給入振動弧形篩的篩面。旋流器入料口與精礦泵上料管接通，并在入料口前段安裝刀閘閥門一個，用于調(diào)節(jié)旋流器入料量。此外，將濃縮旋流器溢流管與磁選機(jī)尾礦管連接，溢流返回煤泥桶。

安裝尾礦濃縮旋流器時，由于尾礦振動弧形篩上方空間高度大于2.7 m，因此可直接制作支架安裝旋流器。與精礦濃縮旋流器相同，尾礦濃縮旋流器也需要制造底流箱，用以保證后續(xù)的振動弧形篩入料均勻。將旋流器入料管與尾礦泵相連，并在入料口前段安裝刀閘閥門。溢流管與濃縮機(jī)主回料管相連，溢流直接進(jìn)入濃縮機(jī)。

螺旋精尾礦濃縮旋流器安裝完畢后，需要對其入料量進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于該濃縮旋流器的目的在于對振動弧形篩入料進(jìn)行預(yù)先脫水，因此既要保證底流達(dá)到濃縮效果，又要保證溢流中固體含量最少。為同時滿足這兩項(xiàng)要求，需要對濃縮旋流器入料量進(jìn)行調(diào)節(jié)，從大到小調(diào)整入料量，并注意觀察溢流與底流，直至溢流中無粗顆粒，并且底流口出料呈傘狀排出，此時濃縮效果最佳。

改造完成后，分別取4個連續(xù)生產(chǎn)班的精煤產(chǎn)品、螺旋精礦和細(xì)煤泥的綜合樣進(jìn)行灰分、水分的測定可知：改造完成后，不同產(chǎn)品的灰分、水分產(chǎn)生的變化不同。首先，細(xì)煤泥的水分基本保持不變，但灰分增加。其次，螺旋精礦灰分降低，水分基本不變。最后，精煤產(chǎn)品的水分基本不變，灰分有所上升，但仍可控制在26%以下。這主要是由于增加濃縮旋流器后，其溢流去往濃縮機(jī)并最終進(jìn)入細(xì)煤泥產(chǎn)品，而白砂巖等矸石組份粒度較細(xì)且容易泥化，進(jìn)入溢流后混入細(xì)煤泥，從而造成細(xì)煤泥灰分升高。同理，螺旋精礦在經(jīng)過濃縮旋流器脫水的過程中實(shí)際發(fā)生了一次強(qiáng)度較弱的二次分選，脫除了一部分白砂巖，從而使得螺旋精礦灰分相對降低。這一作用也導(dǎo)致了最終精煤的灰分有所上升，但仍可滿足生產(chǎn)需求。精煤水分也再次恢復(fù)至4%～5%的范圍。

5 結(jié)語

在選煤廠生產(chǎn)過程中，隨著入洗原煤品質(zhì)的變化，原有洗選工藝可能逐漸難以滿足生產(chǎn)需求，基于保障生產(chǎn)和節(jié)約投資的考慮，生出產(chǎn)工藝改造需根據(jù)本廠實(shí)際情況，以最精簡的方案達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。本文針對王村選煤廠粗煤泥分選系統(tǒng)出現(xiàn)的產(chǎn)品水分偏高的問題，提出了采用濃縮旋流器對螺旋精尾礦進(jìn)行預(yù)脫水的改造方案。該方案實(shí)施后，最終精煤水分重新恢復(fù)到4%～5%的范圍內(nèi)，這一水平與白砂巖侵入前的精煤水分基本一致；精煤灰分有所上升，但仍可控制在26%以下，滿足生產(chǎn)需求。