石圪臺選煤廠深度提質(zhì)改造研究與應(yīng)用

白 龍，白小軍，朱子祺，張佳彬，周瑞通

(國能神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司石圪臺選煤廠，陜西 神木 719315)

0 引言

隨著環(huán)保要求越來越高、資源越來越緊張，對煤炭開采提出了更高的要求，要求更高的資源回收率、更低的生產(chǎn)成本、更少的資源浪費(fèi)[1-3]。在這種形勢下，僅依靠提高產(chǎn)量來提高經(jīng)濟(jì)效益已經(jīng)行不通；煤礦企業(yè)的管理趨于正規(guī)化，礦井年處理能力不變的情況下，向產(chǎn)品質(zhì)量要效益顯得越來越重要，選煤廠商品煤的提質(zhì)已成為增加效益的主要途徑，而影響動力煤煤質(zhì)的2個(gè)主要因素分別是灰分和水分，所以商品煤提質(zhì)的主要途徑是增加入洗量排出矸石同時(shí)控制產(chǎn)品水分。

石圪臺選煤廠設(shè)計(jì)采用原煤13 mm分級塊煤重介淺槽分選機(jī)、末煤兩產(chǎn)品重介旋流器分選、粗煤泥螺旋分選機(jī)分選、細(xì)煤泥加壓過濾機(jī)板框壓濾機(jī)聯(lián)合回收的工藝。

1 制約因素

針對日益迫切的提高產(chǎn)品質(zhì)量的需求，石圪臺選煤廠對原有生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了研究，分析制約提質(zhì)的主要因素。

1.1 入洗率未達(dá)到設(shè)計(jì)要求

石圪臺選煤廠設(shè)計(jì)原煤13 mm分級、塊煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理量1 200 t/h，由于原煤煤質(zhì)水分較設(shè)計(jì)用原煤煤質(zhì)增加，粒度組成發(fā)生變化，并且出現(xiàn)泥化現(xiàn)象，導(dǎo)致原煤13 mm分級效果差，大量的粉煤進(jìn)入塊煤系統(tǒng)，導(dǎo)致塊煤系統(tǒng)煤泥含量增加，進(jìn)入介質(zhì)系統(tǒng)后導(dǎo)致介質(zhì)系統(tǒng)穩(wěn)定性差、分選效果降低、脫介效果變差，最終影響商品煤的發(fā)熱量，故根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際煤質(zhì)情況采用25 mm分級，提高原煤分級效果。采用25 mm原煤分級之后，進(jìn)入塊煤系統(tǒng)的原煤量降低，僅為900 t/h，對此需采用更高效率的分級方式降低分級粒度、保證分級效果[4-6]。

塊煤分選系統(tǒng)的精煤設(shè)計(jì)采用雙層精煤篩實(shí)現(xiàn)脫水、脫介和產(chǎn)品分級，上層分級采用13 mm分級，下層采用1.5 mm脫介，上層產(chǎn)品作為塊精煤既可以單獨(dú)作為最終產(chǎn)品銷售，也可以經(jīng)過塊精煤破碎機(jī)破碎之后作為末精煤或者摻入混煤銷售，下層產(chǎn)品作為末精煤產(chǎn)品進(jìn)一步離心脫水之后摻入混煤銷售。經(jīng)過前期探索實(shí)踐，通過增加原煤小時(shí)量的方式檢測塊煤系統(tǒng)的整體過煤量時(shí)，作為塊煤分選系統(tǒng)的下游設(shè)備，出現(xiàn)塊精煤破碎機(jī)過負(fù)荷和末精煤去往離心機(jī)的溜槽防堵頻繁動作的問題。

1.2 細(xì)煤泥產(chǎn)品水分高

石圪臺選煤廠原煤細(xì)煤泥含量占原煤的10%，原有的生產(chǎn)組織方式為塊煤全入洗，末煤部分入洗，整體入洗率77%，細(xì)煤泥小時(shí)量120 t，采用3臺型號為GPJ120的加壓過濾和3臺過濾面積為800 m2的快開隔膜式壓濾機(jī)脫水處理，整體水分在33%以上，分析原因主要是超細(xì)粒級含量太多導(dǎo)致，細(xì)煤泥粒度組成表明<0.074 mm的物料占50%以上，特殊時(shí)期能達(dá)到70%，這部分物料極易堵塞濾布空隙，造成透水困難，導(dǎo)致煤泥產(chǎn)品水分高[7-9]。

1.3 煤泥系統(tǒng)處理能力不足

煤泥處理時(shí)，入洗塊原煤和末原煤經(jīng)過1.5 mm脫泥之后煤泥水集中進(jìn)入原生煤泥桶，用泵輸送至原生煤泥分級旋流器，溢流進(jìn)入濃縮池沉降濃縮，底流進(jìn)入螺旋分選機(jī)進(jìn)行分選，螺旋精礦由精礦桶收集。通過精礦泵輸送至精煤分級旋流器，精煤旋流器的溢流進(jìn)入濃縮池沉降濃縮，底流進(jìn)入精煤弧形篩進(jìn)行脫水，精煤弧形篩的篩下物返回精礦桶進(jìn)行循環(huán)，精煤弧形篩篩上物進(jìn)入離心機(jī)進(jìn)一步脫水，離心液泵送至精礦桶進(jìn)行循環(huán)，離心機(jī)脫水后的產(chǎn)物摻入混煤銷售。螺旋尾礦主要是矸石泥，由矸石桶收集，通過矸石泵輸送至矸石分級旋流器，溢流進(jìn)入濃縮池，底流經(jīng)過弧形篩+高頻篩脫水，篩下物返回原生煤泥桶循環(huán)處理，篩上物外排。存在的主要問題是粉矸石在系統(tǒng)的浸泡時(shí)間長、多次內(nèi)部大循環(huán)、多次泵送造成過粉碎、泥化嚴(yán)重，這部分矸石泥粉碎泥化后表面性質(zhì)發(fā)生變化，難凝聚、難沉降、難過濾，導(dǎo)致濃縮池內(nèi)煤泥沉降困難、煤泥脫水設(shè)備脫水難度大、脫水效率低下，煤泥排不出去，造成循環(huán)水發(fā)黑、濃縮池扭矩持續(xù)增大，限制了入洗量進(jìn)一步提升，在煤質(zhì)穩(wěn)定的情況下塊煤入洗量900 t/h，末煤入洗量僅僅達(dá)到660 t/h(設(shè)計(jì)900 t/h)。同時(shí)，這部分粉矸石灰分高，泥化之后無法通過螺旋分選機(jī)有效進(jìn)行分選排出，最終隨著細(xì)煤泥進(jìn)入了細(xì)煤泥處理系統(tǒng)摻入混煤銷售，影響混煤的灰分[10-11]。

2 前期改造

2.1 主要改造內(nèi)容

板框壓濾機(jī)使用效果提升：主要通過提高崗位操作技能、加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)和管理、加強(qiáng)濾布的清洗工作和通過二次旋流器向板框壓濾機(jī)入料摻粗從而改變板框壓濾機(jī)入料粒度組成，產(chǎn)品水分由33.26%降低到了31.48%，效率提高了20%，單臺處理能力由120 t/班提高到了144 t/班。

砂水分離器應(yīng)用：針對矸石泥進(jìn)入煤泥水系統(tǒng)影響煤泥系統(tǒng)處理效率同時(shí)造成煤泥灰分增加的問題，自主設(shè)計(jì)制造了砂水分離器，首次采用污水處理行業(yè)的砂水分離器，直接用于螺旋分選機(jī)矸石產(chǎn)品脫泥、脫水高頻篩篩下高灰矸石泥的預(yù)處理，將高頻篩篩下易泥化的高灰矸石泥盡快排出，減輕煤泥水系統(tǒng)負(fù)荷的同時(shí)提高了煤泥產(chǎn)品的發(fā)熱量，節(jié)約了煤泥系統(tǒng)的生產(chǎn)成本，混煤發(fā)熱量可以提高102.6 kJ，全年可節(jié)約藥劑成本和電費(fèi)成本63.8萬元。

助濾劑添加和入料摻粗：針對加壓過濾機(jī)排料時(shí)間長和產(chǎn)品水分高的問題，選煤廠采用了助濾劑添加工藝和入料摻粗工藝。助濾劑添加工藝主要是向加壓過濾機(jī)的入料桶添加陽離子(聚合氯化鋁)，改變煤泥表面化學(xué)性質(zhì)，減少煤泥表面的親水性，便于煤泥凝聚成團(tuán)的同時(shí)更加有利于水分的脫除。入料摻粗工藝主要是針對入料細(xì)粒級含量高的問題，通過摻粗的方式增加濾餅的透氣率，更有利于壓縮空氣穿過濾餅進(jìn)入濾腔內(nèi)將水分脫除，同時(shí)增加了濾餅的厚度，提高了加壓過濾機(jī)的處理能力。加壓過濾的排料時(shí)間縮短了350 s，由800 s降低至450 s，處理能力提高了40%以上。

煤泥干燥：針對細(xì)煤泥產(chǎn)品水分高、入洗量越大煤泥水分對指標(biāo)的影響越大的問題，石圪臺選煤廠引進(jìn)了煤泥干燥工藝，將通過加壓過濾機(jī)和板框壓濾機(jī)的產(chǎn)品經(jīng)過煤泥干燥系統(tǒng)進(jìn)行干燥，產(chǎn)品水分從平均33%降低到了18%以下，煤泥發(fā)熱量提高2 775.3 kJ，摻入混煤之后，混煤整體發(fā)熱量提高了167.44 kJ。

收口角度和排料口直徑改造：針對塊煤系統(tǒng)末精煤去往離心機(jī)的溜槽防堵頻繁動作的問題，通過對設(shè)備選型以及現(xiàn)場使員工情況分析，單臺實(shí)際過煤量為150 t/h，單臺離心機(jī)設(shè)計(jì)處理能力為250 t/h，符合生產(chǎn)要求?，F(xiàn)場分析發(fā)現(xiàn)離心機(jī)產(chǎn)品水分、運(yùn)行電流、設(shè)備振動等均在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，無明顯過負(fù)荷，初步預(yù)測是因?yàn)殡x心機(jī)入料溜槽結(jié)構(gòu)不合理，通過對收口角度和排料口直徑進(jìn)行改造，解決了塊煤系統(tǒng)末精煤去往離心機(jī)的溜槽防堵頻繁動作的問題。

2.2 入洗率未達(dá)到設(shè)計(jì)要求

通過前期改造有效解決了細(xì)煤泥水分高、煤泥處理設(shè)備效率低、矸石泥灰分導(dǎo)致混煤灰分升高、塊煤系統(tǒng)末精煤去往離心機(jī)的溜槽防堵頻繁動作的問題，使得末煤系統(tǒng)處理能力基本達(dá)到設(shè)計(jì)值900 t/h，但對于塊煤系統(tǒng)能力最大化以及應(yīng)對矸石泥化嚴(yán)重的問題無明顯改善。針對塊煤系統(tǒng)能力最大化和矸石泥化對分選系統(tǒng)的加量的影響，需要從篩分效率的提升、煤泥系統(tǒng)的增量、加藥系統(tǒng)的優(yōu)化、塊煤精煤瓶頸設(shè)備改造、人員管理等方面，開展進(jìn)一步優(yōu)化改造。

3 優(yōu)化改造實(shí)踐

3.1 高效篩板的應(yīng)用

應(yīng)用方式：原煤分級篩原設(shè)計(jì)采用市場常見的不銹鋼沖孔篩板、編織篩版和普通聚氨酯篩板，使用過程中發(fā)現(xiàn)13 mm分級效率低，大量的末煤進(jìn)入塊煤系統(tǒng)影響塊煤系統(tǒng)正常運(yùn)行，特別是原煤水分增大的時(shí)候、泥化更加嚴(yán)重，導(dǎo)致篩板堵塞現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，只能減量生產(chǎn)，對選煤廠的正常生產(chǎn)造成極大的影響，故采用25 mm對原煤進(jìn)行分級。石圪臺選煤廠經(jīng)過前期探索和研究，認(rèn)為鋼的材質(zhì)性能決定鋼質(zhì)篩板很難實(shí)現(xiàn)將振動篩的激振力二次疊加傳導(dǎo)給物料，普通聚氨酯篩板雖然材質(zhì)較軟，但目前大部分聚氨酯篩板均沒有能力根據(jù)振動篩的激振形式、激振力和物料工況設(shè)計(jì)能夠最佳傳導(dǎo)激振能力的參數(shù)，故通過對現(xiàn)場振動篩的振動參數(shù)和物料參數(shù)的采集與分析，結(jié)合新型材料和工藝方法，進(jìn)行新型篩板設(shè)計(jì)，通過試用以及有針對性的改進(jìn)，達(dá)到改善分級篩分尤其是細(xì)粒級物料篩分效果和提高脫水脫介效果的目的。

使用效果：入料端的篩板在保證良好的抗沖擊性能同時(shí)，能夠以最佳的傳導(dǎo)激振力形成拋擲方向，實(shí)現(xiàn)自身的自振系數(shù)和激振力形成二次隨振，使物料獲得最佳的翻滾軌跡，避免堵孔或致盲，提高過孔效率。后段篩板能夠穩(wěn)定物料的速度，在速度穩(wěn)定的前提下物料才能獲得有效的拋擲軌跡，既保證了物料保持好的透篩效果，又能避免堵孔的發(fā)生。使用效果表明，新型篩板采用13 mm分級時(shí)，篩分效率高達(dá)82%以上，篩板堵孔率小于6.1%，效率同原有篩板25 mm分級效率相近，并且塊煤系統(tǒng)入洗量達(dá)到了1 200 t/h，基本達(dá)到設(shè)計(jì)值，基本能夠滿足塊煤系統(tǒng)入洗量提升的要求。

3.2 塊精煤刮板篩的應(yīng)用

應(yīng)用方式：針對塊煤系統(tǒng)入洗量增大，塊精煤破碎機(jī)處理能力不足問題更加嚴(yán)重的情況，通過對破碎機(jī)的入料性質(zhì)、入料量、破碎機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，破碎機(jī)破碎粒度為50 mm，而破碎機(jī)入料為塊精煤脫節(jié)篩的上層物料，由于原煤采用25 mm分級，塊精煤上層篩采用13 mm分級，物料中含有大量粒度小于50 mm的物料，進(jìn)入破碎機(jī)之后造成冗余負(fù)荷，在原煤煤質(zhì)較好的情況下，破碎機(jī)總?cè)肓狭繛?30 t/h，其中<50 mm物料含量為260 t/h，前期實(shí)踐表明破碎機(jī)在處理量為600 t/h的情況下，很少出現(xiàn)過負(fù)荷問題，故需要考慮將這部分粒度符合要求的物料提前分離。

使用效果：通過對現(xiàn)場的生產(chǎn)工藝和設(shè)備安裝情況進(jìn)行考察，最終提出了對塊精煤破碎機(jī)的入料刮板機(jī)進(jìn)行改造。改造方式是將塊精煤刮板機(jī)的底板更換為孔徑50 mm的沖孔不銹鋼板，塊精煤在刮板機(jī)內(nèi)運(yùn)輸?shù)倪^程中粒度小于50 mm的部分物料會透過底板落入下方的收集溜槽，摻入混煤，使得運(yùn)輸至掛機(jī)機(jī)頭的物料中<50 mm比例降低，從而降低塊精煤破碎機(jī)的負(fù)荷。改造實(shí)踐表明，透篩量達(dá)到了200 t/h，能將<50 mm中的70%以上的物料提前處理，使得塊精煤破碎機(jī)的負(fù)荷降低到了630 t/h，維持在了塊精煤破碎機(jī)的處理范圍之內(nèi)，從而解決了塊精煤破碎機(jī)處理能力不足的問題。

3.3 增加煤泥處理設(shè)備

針對塊煤系統(tǒng)和末煤系統(tǒng)的實(shí)際處理能力到達(dá)設(shè)計(jì)能力的現(xiàn)狀，煤泥產(chǎn)量大幅度增加，由原來的100 t/h增加到了150 t/h，原有煤泥處理設(shè)備雖然通過改造提高了處理效率，但是處理能力僅僅為120 t/h，不能滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。為了解決這一問題，新增了4臺型號為HMZGFQ550/2000-U的景津壓濾機(jī)，單臺處理能力達(dá)到了27 t/h，合計(jì)增加處理能力約100 t/h，極大地緩解了入洗量增加帶來的煤泥系統(tǒng)過負(fù)荷的問題。同時(shí)，由于新增板框壓機(jī)處理能力富余，在煤質(zhì)正常、煤泥量不會突然增加、煤泥特性不會突變、煤泥處理難度穩(wěn)定的情況下，原有3臺板框壓濾機(jī)小時(shí)處理能力合計(jì)達(dá)到60 t/h，原有3臺加壓過濾排料時(shí)間按照450 s計(jì)算，則小時(shí)處理能力合計(jì)48 t/h。結(jié)合數(shù)據(jù)分析可知，采用3臺原有板框壓濾機(jī)和新增的4臺板框壓濾機(jī)處理能力達(dá)到了160 t/h，基本能夠滿足入洗量增加后的煤泥處理需求。反觀加壓過濾機(jī)需要空氣壓縮機(jī)提供罐體內(nèi)的壓力、3臺加壓過濾機(jī)配8臺150 kW的空氣壓縮機(jī)，造成電耗增加，因此在煤質(zhì)穩(wěn)定的情況下，采用停用加壓過濾機(jī)的方式組織生產(chǎn)，還能起到節(jié)約電耗的作用。在煤質(zhì)變差的情況下開啟加壓過濾機(jī)，可增加煤泥系統(tǒng)的處理能力，保證原煤的整體入洗率。

3.4 加藥系統(tǒng)改造

改造方式：石圪臺選煤廠正常生產(chǎn)過程中采用聚合氯化鋁作為凝聚劑，聚丙烯酰胺作為絮凝劑。分別采用2套自動制藥系統(tǒng)，由崗位現(xiàn)場觀察濃縮池溢流，并通過煤泥沉降試驗(yàn)確定加藥比例和加藥量。聚合氯化鋁的加藥點(diǎn)為緩沖池入料管和緩沖池內(nèi)，聚丙烯酰胺的加藥點(diǎn)為濃縮池穩(wěn)流桶，該加藥制度落后，應(yīng)對煤泥變化的效能太差，而且人為影響因素較大，特別是原煤泥化加劇的情況下，煤泥特性發(fā)生較大變化，粒度組成變細(xì)、表面電性增強(qiáng)、煤泥量明顯增加，導(dǎo)致煤泥難沉降、難過濾。

具體措施：采用高效絮凝劑聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺共聚物，用分子量2 000萬以上代替1 200萬的原有聚丙烯酰胺，分子鏈加長絮凝效果顯著。原煤泥化加劇的情況下，煤泥特性發(fā)生變化，需要大量的聚合氯化鋁中和煤泥表面電性，用量為平時(shí)的2～3倍，此時(shí)原有的加藥系統(tǒng)不能滿足要求，所以新增了一套加藥系統(tǒng)，專門用于特殊時(shí)期的聚合氯化鋁的添加，同時(shí)將加藥點(diǎn)選擇在主廠房內(nèi)去往濃縮池的管道上。將加藥點(diǎn)提前了30 m，更有利于藥劑與煤泥表面的接觸和反應(yīng)。

注意事項(xiàng)：在煤泥泥化的情況下切勿添加過量的聚丙烯酰胺，盲目加入大量絮凝劑，極易導(dǎo)致陽離子來不及中和煤泥表面的電荷，煤泥就已經(jīng)絮團(tuán)形成空間結(jié)構(gòu)，陽離子無法進(jìn)入絮團(tuán)內(nèi)部導(dǎo)致絮團(tuán)蓬松，與水分子作用極易懸浮在濃縮池內(nèi)，形成難以沉降的懸浮層，此時(shí)容易造成藥劑量不足的表觀現(xiàn)象，如果繼續(xù)加大絮凝劑用量，絮團(tuán)就會越來越大、越來越難以沉降，累積到一定程度之后突然沉降造成壓耙事故。所以在煤泥泥化的時(shí)候需要加大凝聚劑的用量，根據(jù)沉降試驗(yàn)添加一定量的絮凝劑。另外還需根據(jù)泥化煤泥的礦物組成進(jìn)行分析，以蒙脫石為例，主要為層狀結(jié)構(gòu)，層間距小于鋁離子的直徑，導(dǎo)致鋁離子無法進(jìn)入內(nèi)部，煤泥壓不實(shí)，形成懸浮層，影響煤泥沉降，面對這種情況石圪臺選煤廠采用了工業(yè)鹽作為凝聚劑，利用鈉離子直徑小的特點(diǎn)，容易進(jìn)入絮團(tuán)內(nèi)部，中和內(nèi)部煤泥表面的電荷，便于進(jìn)一步壓縮、沉降。

4 結(jié)語

通過一系列的改造末煤系統(tǒng)和塊煤系統(tǒng)的入洗量分別都達(dá)到了設(shè)計(jì)值，整體入洗率由77%提高到了82%，提質(zhì)幅度由1 900 kJ提高到了2 134.9 kJ，但是仍然有部分末煤沒有經(jīng)過分選系統(tǒng)直接作為商品煤銷售，選煤廠的提質(zhì)作用仍需進(jìn)一步發(fā)掘。針對這一情況，對生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)量分析發(fā)現(xiàn)，原煤小時(shí)量2 300 t/h，塊煤系統(tǒng)入洗量1 200 t/h，末煤系統(tǒng)入洗量900 t/h，還有200 t/h的原煤量未經(jīng)過分選。而原煤的粒度組成顯示有10%的煤泥含量，即原煤中有230 t/h的煤泥，可以采用原煤預(yù)先脫粉的方式將細(xì)煤泥提前脫除不進(jìn)入分選系統(tǒng)，既能實(shí)現(xiàn)非煤泥部分的物料的全部分選，同時(shí)減少了煤泥量、從而有效提高商品煤發(fā)熱量、控制煤泥處理成本。