華陽集團(tuán)二礦末煤系統(tǒng)工程技術(shù)改造實(shí)踐

張順杰，王貝貝，李 鵬，李宇光，徐 徐

(1.華陽新材料科技集團(tuán)有限公司，山西 陽泉 045000；2.北京國華科技集團(tuán)有限公司，北京 101300)

1 技改項(xiàng)目概況

1.1 簡介

二礦是華陽新材料科技集團(tuán)(原陽煤集團(tuán))第一大礦，礦井主采3號(hào)煤層、8+9號(hào)煤層(8、9號(hào)煤層聯(lián)合開采)、15號(hào)煤層無煙煤，各煤層均為變質(zhì)程度低的無煙煤，即年輕的無煙煤，3號(hào)煤層屬低硫、低灰或中等灰分煤；15號(hào)煤層部分屬于高灰分煤，但硫分差異較大，硫分在低硫、低中硫到中硫分變化；8號(hào)煤層屬高灰、中高硫煤。井下布置7個(gè)采煤工作面，年產(chǎn)商品煤8.00 Mt以上。

二礦選煤廠歷經(jīng)多次改造，形成的生產(chǎn)系統(tǒng)為：大于13 mm粒級(jí)塊煤由重介淺槽分選，產(chǎn)品為選中塊、選小塊；13～6 mm粒級(jí)末原煤由跳汰分選，生產(chǎn)的末精煤既可以作為噴吹精煤銷售，又可與小于6 mm粒級(jí)粉原煤摻混作為電煤(動(dòng)力精煤)銷售；跳汰中煤可摻入電煤，也可就地銷售；煤泥經(jīng)濃縮壓濾脫水后就地銷售。

1.2 技術(shù)改造的必要性

1.2.1 原煤煤質(zhì)變差

煤質(zhì)較好的3號(hào)煤層儲(chǔ)量逐年減少，已近枯竭。8號(hào)和9號(hào)煤層聯(lián)合開采的煤量比例逐年加大，這2個(gè)煤層中含有1 m左右厚的夾矸層，開采過程中大量矸石混入原煤，使各粒級(jí)灰分都顯著提高。

2018年，二礦3號(hào)煤層原煤產(chǎn)量僅0.08 Mt，8號(hào)、9號(hào)煤層原煤產(chǎn)量2.60 Mt，15號(hào)煤層原煤產(chǎn)量6.10 Mt，合計(jì)8.78 Mt，相比2017年，劣質(zhì)煤增加1.10 Mt。

1.2.2 洗選能力不足

未經(jīng)分選的混合末原煤發(fā)熱量約為20.08 MJ/kg，距電煤的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)22.18 MJ/kg、23.01 MJ/kg尚有較大的差距。所以二礦選煤廠跳汰系統(tǒng)生產(chǎn)的13～6 mm粒級(jí)的末精煤，一部分作為噴吹精煤銷售，另大部分摻入小于6 mm粒級(jí)的粉原煤中，以提高其發(fā)熱量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年往粉原煤中摻入了約1.60 Mt的跳汰精煤，而直接作為噴吹精煤銷售的跳汰精煤僅約0.50 Mt，也就是將單價(jià)較高的噴吹煤摻入灰分高的粉原煤中，以保證售價(jià)低的電煤質(zhì)量，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度衡量，這顯然是不合理的。

集團(tuán)公司要求二礦保證完成電煤生產(chǎn)任務(wù)的同時(shí)，銷售噴吹精煤0.9～1.3 Mt/a，原有的跳汰系統(tǒng)最大年生產(chǎn)精煤約2.30 Mt/a，所以目前的末煤分選系統(tǒng)已不能滿足生產(chǎn)要求。

1.2.3 原煤硫分差異大

二礦選煤廠各煤層不同采煤工作面硫分差異比較大，尤其是15號(hào)煤層，分選噴吹煤時(shí)，若是兼顧電煤質(zhì)量，勢必導(dǎo)致噴吹精煤損失。為保證正常的噴吹煤分選量，在井下高、低硫分原煤分采分運(yùn)的基礎(chǔ)上，2016年新增1套地面原煤篩分系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高、低硫分原煤在原煤準(zhǔn)備環(huán)節(jié)即分開儲(chǔ)存，但現(xiàn)有末煤分選系統(tǒng)不能同時(shí)分選電煤和噴吹精煤，分時(shí)段入選分選能力又不足，無法兼顧電煤質(zhì)量和噴吹煤產(chǎn)量。

基于以上存在的問題，末煤洗選系統(tǒng)技術(shù)改造已刻不容緩，而技改的本意在于實(shí)現(xiàn)高、低硫分末原煤的分別分選。

2 技改方案

2.1 技改原則

在現(xiàn)有原煤煤質(zhì)條件下，可以通過分選高硫末煤生產(chǎn)電煤，摻配小于6 mm粒級(jí)粉原煤銷售，滿足電煤發(fā)熱量指標(biāo)要求。同時(shí)所有的低硫末原煤能夠通過單獨(dú)分選，生產(chǎn)噴吹精煤，以達(dá)到充分利用資源、實(shí)現(xiàn)效益最大化的目標(biāo)。

二礦選煤廠原有的跳汰洗選車間目前存在兩方面比較突出的問題：一方面生產(chǎn)系統(tǒng)處理量提高受限；另一方面，不能同時(shí)分選電煤和噴吹精煤，因此新建末煤洗選系統(tǒng)，是解決當(dāng)下問題的比較好的選擇。

2.2 工藝選擇

2.2.1 脫粉和不脫粉的選擇

近年來，隨著細(xì)粒篩分技術(shù)研發(fā)的深入，篩分效率有了顯著提升；動(dòng)力煤洗選領(lǐng)域提出“煤泥減量化”的原則，其核心是：減少煤粉入選量，減緩煤泥水處理負(fù)荷。從而降低投資、降低運(yùn)行成本、在保證商品煤發(fā)熱量的基礎(chǔ)上，減少煤泥產(chǎn)出量，提高企業(yè)效益，該理念已在諸多選煤廠得到實(shí)施?；诖?，本技改項(xiàng)目中，對(duì)于原有的跳汰分選系統(tǒng)，增加弛張篩用于跳汰系統(tǒng)的脫粉；對(duì)于新增末煤重介分選噴吹精煤系統(tǒng)，利用原有篩分車間的弛張篩進(jìn)行脫粉，同時(shí)通過更換不同篩縫的篩板靈活調(diào)節(jié)入選粒度下限，增加系統(tǒng)的靈活性。

2.2.2 重介和跳汰的選擇

分選工藝的選擇上，首先有兩個(gè)先決條件，一是已有跳汰洗選系統(tǒng)要保留，二是要分選優(yōu)質(zhì)噴吹精煤?；谶@兩個(gè)條件，新建末煤分選系統(tǒng)采用重介工藝，理由是：產(chǎn)品既要求出電煤，又要求出噴吹精煤，生產(chǎn)電煤時(shí)，采用現(xiàn)有跳汰工藝進(jìn)行分選，可滿足電煤指標(biāo)要求，且生產(chǎn)成本低，投資少；但生產(chǎn)噴吹精煤時(shí)，由于煤質(zhì)整體粒度偏細(xì)，采用跳汰工藝很難保證末精煤的指標(biāo)，基于此，新增末煤系統(tǒng)考慮采用重介旋流器分選工藝，該工藝分選下限低、分選精度高，既能保證噴吹精煤質(zhì)量，又能提高噴吹精煤產(chǎn)率，減少矸石帶煤損失。

2.2.3 有壓和無壓給料的選擇

相對(duì)于有壓給料，無壓給料方式的原煤不經(jīng)泵打，矸石泥化現(xiàn)象和次生煤泥量大為減少。在淮南礦業(yè)集團(tuán)顧橋、淮北礦業(yè)集團(tuán)臨渙等選煤廠的應(yīng)用證明，次生煤泥量至少分別減少了5～7個(gè)百分點(diǎn)，所以本技改工程采用無壓給料方式。

2.3 主選設(shè)備選型

21世紀(jì)以來，我國的三產(chǎn)品重介旋流器得到了廣泛應(yīng)用。近年來，國華科技通過技術(shù)攻關(guān)，在原有的基礎(chǔ)上研發(fā)了新一代超大處理能力、超強(qiáng)排矸能力的超級(jí)重介旋流器(圖1)，在淮北臨煥、汾西南關(guān)等多個(gè)選煤廠已經(jīng)得到成功應(yīng)用。

1—重介質(zhì)入口；2—一段旋流器；3—原料煤入口；4—一段旋流器精煤排出口；5—一、二段旋流器連接口；6—二段旋流器中煤排出口；7—二段旋流器；8—二段旋流器矸石排出口圖1 S-3GHMC超級(jí)旋流器結(jié)構(gòu)

超級(jí)重介旋流器具有幾個(gè)特點(diǎn)：一是處理能力大，可達(dá)到同直徑傳統(tǒng)三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的1.5～2倍；二是排矸能力強(qiáng)，與同直徑傳統(tǒng)重介質(zhì)旋流器的排矸能力相比提高了30%；三是分選能耗低，電耗比同直徑傳統(tǒng)三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器降低20%～40%。

本技改工程選用1臺(tái)S-GHMC870/410/295型超級(jí)無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器，其一段旋流器直徑1 300 mm，二段旋流器直徑850 mm。

3 實(shí)施情況

入選能力3.00 Mt/a的二礦末煤分選系統(tǒng)技改工程于2018年6月開工建設(shè)，2019年9月投入運(yùn)行，其原則工藝流程見圖2。

圖2 末煤重介系統(tǒng)原則流程

3.1 脫粉環(huán)節(jié)

低硫末煤利用原有篩分車間弛張篩3 mm脫粉后，篩上物進(jìn)入重介旋流器系統(tǒng)分選，必要時(shí)也可以進(jìn)入跳汰分選；高硫末煤可通過新增的弛張篩6 mm脫粉后，進(jìn)入跳汰分選系統(tǒng)，也可經(jīng)弛張篩3 mm脫粉后進(jìn)入重介旋流器系統(tǒng)分選。

3.2 末煤重介分選環(huán)節(jié)

脫粉后低硫末煤給入新建末煤重介系統(tǒng)三產(chǎn)品重介旋流器進(jìn)行分選，精煤產(chǎn)品脫水后轉(zhuǎn)載進(jìn)入精煤倉，中煤產(chǎn)品脫水后轉(zhuǎn)載進(jìn)入中煤倉存儲(chǔ)，矸石產(chǎn)品脫水后轉(zhuǎn)載進(jìn)入矸石倉。脫粉后的高硫末煤進(jìn)入跳汰系統(tǒng)分選，分選的精煤脫水后轉(zhuǎn)載進(jìn)入末煤倉，中煤脫水后轉(zhuǎn)載進(jìn)入中煤倉存儲(chǔ)，矸石脫水后轉(zhuǎn)載送到矸石倉。

3.3 煤泥重介分選環(huán)節(jié)

精煤脫介弧形篩下的合格介質(zhì)全部進(jìn)入煤泥合格介質(zhì)桶，用泵打至煤泥重介旋流器進(jìn)行分選，選出精礦和尾礦，精礦進(jìn)入精煤磁選機(jī)，尾礦進(jìn)入中煤磁選機(jī)。

3.4 煤泥水處理環(huán)節(jié)

末煤重介洗選系統(tǒng)新增1臺(tái)φ30 m耙式濃縮機(jī)、循環(huán)水池及泵房，跳汰系統(tǒng)煤泥水處理利用1臺(tái)原有的φ30 m濃縮機(jī)，另1臺(tái)φ30 m濃縮機(jī)做為末煤重介系統(tǒng)、跳汰系統(tǒng)共用的事故濃縮機(jī)，重介、跳汰系統(tǒng)各自獨(dú)立，互不影響，技改過程也不影響現(xiàn)有生產(chǎn)。壓濾系統(tǒng)因?yàn)槟┰喝脒x量的增加需要增加壓濾機(jī)面積，技改將原有5臺(tái)ZKG300/2000壓濾機(jī)更換型號(hào)為KXGZ700/2000-U型，并保留原有KXGZ400/2000-U型壓濾機(jī)2臺(tái)，壓濾總面積達(dá)到4 300 m2，滿足選煤廠重介、跳汰2個(gè)系統(tǒng)煤泥處理的要求。

4 效果分析

末煤重介系統(tǒng)2019年9月投入試運(yùn)行，生產(chǎn)系統(tǒng)總體運(yùn)行穩(wěn)定、順暢，選煤工藝未出現(xiàn)明顯問題。

4.1 處理能力及重選設(shè)備單位電耗

生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)處理能力為586 t/h?，F(xiàn)場皮帶秤稱量顯示，系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下，重介質(zhì)旋流器入選能力穩(wěn)定在600 t/h左右，最大入選能力達(dá)到800 t/h，完全滿足設(shè)計(jì)的末煤洗選系統(tǒng)3.00 Mt/a的處理能力要求。

三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器本身沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，其分選過程所需的能耗，來自于合格介質(zhì)泵的主電機(jī)。

電動(dòng)機(jī)軸功率可按下式計(jì)算：

式中：V——電壓，實(shí)測V=6 kV；

A——電流，實(shí)測A=95 A；

cosφ——功率因數(shù)，電機(jī)銘牌cosφ=0.79，則得：P=779.92 kW，則重力選煤設(shè)備電耗小于1.3 kW·h/t。若按入選能力800 t/h計(jì)算，則重力選煤設(shè)備電耗約為0.97 kW·h/t。

4.2 排矸能力

采集2019年9—12月末原煤，檢測其中矸石含量，見表1。由表1可以看出，二礦由于井下煤質(zhì)變化較大，末原煤矸石產(chǎn)率變化幅度較大，在13.74%～32.33%之間波動(dòng)，按照入選600 t/h計(jì)算，其對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)矸石排量最大可達(dá)到約194 t/h，最小約為82 t/h。數(shù)據(jù)表明，該生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)入洗原煤矸石含量波動(dòng)適應(yīng)性強(qiáng)。

表1 末原煤中矸石含量統(tǒng)計(jì)

4.3 分選精度

在正常生產(chǎn)過程中對(duì)超級(jí)重介旋流器的入料、精煤、中煤、矸石采集煤樣，進(jìn)行了浮沉試驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表2 超級(jí)旋流器原煤及各產(chǎn)物密度組成

由表2可以看出：

(1)精煤中大于1.8 kg/L密度級(jí)產(chǎn)率為0，即精煤不帶矸。

(2)矸石灰分高達(dá)81.90%，純度極高，其中小于1.8 kg/L密度級(jí)比例為0.70%，該密度級(jí)灰分為39.94%，而原煤中小于1.8 kg/L密度級(jí)灰分為18.56%，兩者在灰分上差別甚大，不能等而視之，而應(yīng)該以等可燃體的原則加以修正。修正公式如下：

矸石中小于1.8 kg/L密度級(jí)修正產(chǎn)率：

A原<1.8——原煤中小于1.8 kg/L密度級(jí)灰分，%；

A矸<1.8——矸石中小于1.8 kg/L密度級(jí)灰分，%。

以上是非常良好的兩項(xiàng)指標(biāo)，這佐證原煤以大于600 t/h的給料量進(jìn)入相對(duì)窄小的分選空間里，瞬間就生產(chǎn)出質(zhì)量合格的產(chǎn)品，這乃是出于世界領(lǐng)先水平的超級(jí)重介質(zhì)旋流器的魅力所在。

5 效 益

在原有條件下，跳汰系統(tǒng)除擔(dān)負(fù)生產(chǎn)噴吹精煤任務(wù)外，還要生產(chǎn)部分電煤來保證電煤發(fā)熱量達(dá)標(biāo)，尤其是煤質(zhì)較差時(shí)，需要摻配部分噴吹精煤來保證電煤發(fā)熱量。由于精煤量的限制，不能生產(chǎn)發(fā)熱量大于23.01 MJ/kg的電煤，即使這樣，2019年仍沒有完成集團(tuán)公司90萬t噴吹精煤的目標(biāo)。通過新建末煤重介洗選系統(tǒng)分選低硫煤，跳汰系統(tǒng)分選高硫末煤時(shí)只生產(chǎn)電煤即可滿足配電煤需要，低硫煤全部通過新建末煤重介系統(tǒng)生產(chǎn)噴吹精煤，不僅超額完成了集團(tuán)公司2020年生產(chǎn)100萬t噴吹精煤的任務(wù)，還可以根據(jù)需要生產(chǎn)發(fā)熱量23.01 MJ/kg、22.18 MJ/kg的電煤。因此，其主要經(jīng)濟(jì)效益體現(xiàn)在兩方面：一是原有跳汰分選后的部分噴吹精煤摻配電煤銷售，改造后作為噴吹精煤銷售增加的經(jīng)濟(jì)效益；二是重介分選較跳汰分選增加精煤產(chǎn)率產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益。

二礦選煤廠2020年噴吹精煤產(chǎn)量同比改造前增加了17.74萬t，銷售收入增加超過1.08億元，取得了年增收2 847萬元的經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié) 語

華陽集團(tuán)二礦末煤系統(tǒng)技改工程是成功的，其表現(xiàn)在三個(gè)方面：

(1)生產(chǎn)系統(tǒng)靈活、適應(yīng)性強(qiáng)。一是原有的跳汰系統(tǒng)和新建的末煤重介系統(tǒng)可以根據(jù)需要分別對(duì)高、低硫分原煤進(jìn)行分選，還可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的互換；二是可以通過對(duì)弛張篩不同篩孔的篩面更換及弛張篩開啟臺(tái)數(shù)的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)入選粒度下限和入選量的變換。

(2)精煤產(chǎn)率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。采用超級(jí)重介質(zhì)旋流器分選精度高，充分保證了噴吹精煤的質(zhì)量，排出了高純度的矸石；增設(shè)的煤泥重介質(zhì)旋流器分選回收環(huán)節(jié)，使原煤的粒度分選下限降低，提高了精煤產(chǎn)率。

(3)經(jīng)濟(jì)效益顯著。技改完成后，2020年實(shí)現(xiàn)了同比增收2 847萬元的經(jīng)濟(jì)效益。