華陽集團二礦選煤廠精準配煤工藝升級改造方案研究

范 偉

(山西辰誠建設工程有限公司，山西 陽泉 045000)

山西華陽集團新能股份有限公司二礦選煤廠始建于1966年，經過多次擴建改造，洗選能力達到8.10 Mt/a，目前入洗煤種為8號、15號煤。選煤工藝為：東井和西井原煤經準備篩分處理后，120～13 mm粒級塊煤進入重介淺槽分選，產品經脫介脫水出洗中塊和洗小塊；入淺槽前進行13 mm預篩分，小于13 mm不入洗的末煤直接混入電煤；小于13 mm末煤入洗部分，低硫末煤經3 mm脫粉后通過三產品重介旋流器系統(tǒng)分選，精煤作為噴吹煤，篩下物不入洗直接摻配入電煤；高硫末煤通過3 mm脫粉后采用跳汰機分選，小于3 mm篩下物不入洗摻入電煤，跳汰機依次產出矸石、中煤和精煤，跳汰精煤作為高熱值煤摻入電煤。東井和西井的原煤經過篩分準備后可以部分或全部進入儲煤場分別儲存，儲煤場的末煤可以返回洗選系統(tǒng)，也可直接運至末煤倉。目前末原煤灰分波動較大(28%～36%)，無法達到穩(wěn)定的發(fā)熱量指標(23.01 MJ/kg)，現(xiàn)將跳汰洗選精煤與末煤摻配后作為電煤銷售，旋流器洗選精煤不參與摻配。

1 項目背景

(1)2019 年全年末煤配煤裝車合格率(發(fā)熱量大于21.34 MJ/kg)為 97.75%，因發(fā)熱量不合格罰款約千萬元；截止到 2020年5月底，末煤共銷售903批次，其中產品的發(fā)熱量大于22.18 MJ/kg的裝車批次合格率為 98.56%，而裝車批次發(fā)熱量在22.18～23.01 MJ/kg范圍內的合格率僅為47.29%，其中有463批次超過23.01 MJ/kg ，占比達到了51.27%。全部銷售末煤的發(fā)熱量加權平均為 23.15 MJ/kg，發(fā)熱量波動范圍超過4.18 MJ/kg ，人工配煤波動大導致產品質量過剩且不穩(wěn)定，極大地影響了品牌效應和經濟效益。

(2)2020年末煤產品要求的發(fā)熱量由原來的21.34 MJ/kg提高為22.18 MJ/kg，需要摻配的跳汰精煤量提高，從8月開始提高到23.01 MJ/kg，僅憑經驗無法滿足產品合格的要求，制約了生產。

(3)缺少煤質在線監(jiān)測技術：現(xiàn)場701、702 膠帶機各有1臺膠帶秤與灰分儀，501膠帶機僅有1臺膠帶秤，末煤產品線環(huán)節(jié)的煤質基本都通過人工采制化驗來獲取煤質信息，整個過程需要2 h，檢測數(shù)據(jù)滯后嚴重，無法實時指導配煤調節(jié)。

(4)人員勞動強度大：為實現(xiàn)配煤，需要調整不同煤源的來煤量，而現(xiàn)場大部分溜槽翻板需人工手動操作，需要專門崗位人員進行配煤調節(jié)，勞動強度高，安全風險大。

因此，二礦選煤廠精準配煤工藝升級改造工程的建設很有必要。

2 選煤廠工藝路線簡述及配煤影響因素分析

2.1 原煤及產品工藝路線簡述

(1)原煤運輸線路。東斜井來煤經原煤(低硫)準備篩分后，小于13 mm末煤進入篩分系統(tǒng)(也可返回儲煤場)，篩分后小于3 mm末煤進入配煤系統(tǒng)，13～3 mm進入末煤分選系統(tǒng)；大于13 mm 塊煤進入淺槽車間后進行預篩分，篩分后的末煤給入501 膠帶機后與淺槽粗煤泥共同轉載進入604末煤膠帶機。

西斜井來煤(高硫)經準備篩分后大于13 mm 塊煤進入淺槽車間，小于13 mm末煤進入 1302刮板輸送機，通過1302刮板中部卸料和機頭翻板進入3條煤流線：末煤分選系統(tǒng)、返回儲煤場和跳汰系統(tǒng)。

儲煤場返煤進入2208膠帶機，通過分流分別進入配煤系統(tǒng)、末煤分選系統(tǒng)、跳汰系統(tǒng)。

(2)末煤產品運輸線路。低硫末煤經250膠帶機轉載進入等厚篩分車間進行篩分。篩上物經263膠帶機轉載，根據(jù)其硫分調節(jié)入洗方式，高硫煤采用跳汰洗選，產品用于末煤摻配；低硫煤采用旋流器洗選，產品作為噴粉煤銷售。等厚篩篩下末原煤經265、266膠帶機轉載后分流為2條路線，分別進入605末煤方倉系統(tǒng)、740末煤筒倉系統(tǒng)。

高硫末煤經301膠帶機轉載后給入脫粉篩進行篩分，篩上物進入跳汰機洗選，洗選后的精煤給入333刮板機后，一部分精煤與淺槽預篩分小于13 mm末煤混合給入605末煤方倉系統(tǒng)；另一部分精煤與脫粉篩篩下末煤混合給入740末煤筒倉系統(tǒng)。

(3)粗煤泥產品線路。淺槽粗煤泥、跳汰粗煤泥經轉載給至605末煤方倉系統(tǒng)。

2.2 配煤影響因素分析

入洗原煤主要有高硫原煤和低硫原煤2種，根據(jù)市場銷售的需要確定具體的產品結構。通過對產品結構的分析，確定配煤的主要環(huán)節(jié)和主要影響因素。

(1)605末煤方倉系統(tǒng)。進入605末煤方倉系統(tǒng)共有6種產品，分別為：小于3 mm 低硫煤(等厚篩分)、小于13 mm 的高硫煤(儲煤場)、跳汰精煤、淺槽預篩分小于13 mm末煤及淺槽車間粗煤泥、跳汰粗煤泥。其中淺槽車間粗煤泥、跳汰粗煤泥占比較少，對配煤系統(tǒng)影響較少，可按常量考慮；小于3 mm 低硫煤煤量、小于13 mm 的高硫煤(儲煤場)、淺槽預篩分小于13 mm末煤，煤量、煤質較為穩(wěn)定，雖然對配煤有一定影響，但不是主要影響因素，配煤時進行監(jiān)測，但不做大范圍調整； 跳汰精煤的質量和數(shù)量為配煤效果的決定性因素，在配煤時要在監(jiān)測的基礎上進行控制，是設計方案的控制重點。

(2)740末煤筒倉系統(tǒng)。進入740末煤筒倉系統(tǒng)共有4種產品，分別為小于3 mm 低硫煤(等厚篩分)、小于13 mm 的高硫煤(儲煤場)、跳汰預篩分小于3 mm末煤(高硫)及跳汰精煤。其中小于3 mm 低硫煤(等厚篩分)、小于13 mm 的高硫煤(儲煤場)、跳汰預篩分小于3 mm末煤(高硫)煤量、煤質較為穩(wěn)定，雖然對配煤有一定影響，但不是主要影響因素，配煤時進行監(jiān)測，但不做大范圍調整； 跳汰精煤的質量和數(shù)量為配煤效果的決定性因素，在配煤時要在監(jiān)測的基礎上進行控制，是設計方案的控制重點。

3 精準配煤工藝升級改造

3.1 配煤方法分析

目前，成熟的配煤方法主要有產品倉下配煤、原煤倉下配煤和生產過程配煤。相對而言，倉下配煤容易實現(xiàn)，可操作性高，僅通過定量給煤機就可實現(xiàn)；生產過程配煤受現(xiàn)有工藝制約，配煤的不確定性高。

二礦配煤工藝為改造工藝，受現(xiàn)有選煤工藝流程和現(xiàn)場裝車情況制約，由于是產品配煤，非入洗配煤，無法實現(xiàn)通過原煤倉下配煤保證產品發(fā)熱量；末煤倉儲系統(tǒng)與洗精煤倉儲系統(tǒng)位置相距較遠，且末煤裝車火車軌道與精煤火車裝車軌道不同，導致產品倉下配煤難以實現(xiàn)；目前現(xiàn)場人工就采用洗選過程摻配生產，沿用現(xiàn)有配煤流程，將人工調節(jié)和化驗的流程實現(xiàn)智能化在線監(jiān)測調控，實現(xiàn)配煤過程精細化調節(jié)，整體建設投資低，見效快。

因此，采用在末煤入倉前摻混末精煤，通過洗選過程控制來實現(xiàn)產品入倉前的精準配比。

3.2 配煤工藝流程

配煤流程一：小于13 mm低硫煤經轉載給入脫粉篩，篩上大于3 mm進入旋流器洗選，產品作為噴吹煤，不參與配煤；小于3 mm旋流器脫粉末煤通過266機頭分叉溜槽內翻板控制進入流程一和流程二的比例，流程一的部分進入388膠帶機，與淺槽粗煤泥、跳汰粗煤泥以及經333刮板中間閘板分配來的跳汰精煤摻配，然后進入604膠帶機，在604和經501膠帶機過來的小于13 mm淺槽脫粉末煤摻配成最終產品，進入605末煤方倉。

配煤流程二：小于13 mm高硫煤經刮板機、膠帶機轉載進入301膠帶機，刮板機中間閘板調節(jié)開度大小可控制返回儲煤場的煤量，從而控制進入跳汰機的入洗量。301膠帶機機頭分叉溜槽內翻板控制小于13 mm直接跳汰入洗或經脫粉篩進行脫粉后跳汰入洗；跳汰脫粉末煤與266膠帶機分配過來的旋流器脫粉末煤摻配后經過269膠帶機進入701膠帶機，在701與333刮板機頭剩余跳汰精煤摻配形成最終產品，經過706膠帶機后進入740末煤筒倉。

3.3 配煤控制邏輯

為實現(xiàn)在線精準配煤，需要檢測各個配煤中間產品的煤質信息(灰分、水分、發(fā)熱量、來料量)，并按配煤公式計算結果精準控制摻配比例。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，控制邏輯如圖1所示。

如圖1所示，影響配煤的因素分為可控和不可控2種，對于末原煤灰分、淺槽粗煤泥、跳汰粗煤泥、淺槽預篩分末煤、旋流器脫粉末煤、跳汰脫粉末煤等6個不可控點，進行產品指標在線檢測；跳汰入洗比例和跳汰精煤產率2個可控點進行實時控制和在線檢測。

總體配煤邏輯為：

(1)對配煤過程中6種低熱值產品進行檢測；

(2)通過配煤公式計算出需要的高熱值跳汰精煤數(shù)量；

(3)根據(jù)精煤需求量反算出跳汰入洗量；

(4)確定進入跳汰環(huán)節(jié)的配煤中間產品種類和數(shù)量；

(5)通過控制點將各路配煤中間產品輸送到指定流程；

(6)根據(jù)產品指標調節(jié)跳汰機精煤產率，使產品保證合格的基礎上，避免發(fā)熱量過剩，增加效益。

根據(jù)原煤灰分變化影響，配煤方案具體歸為3種情況：

(1)原煤質量好，灰分較低時，跳汰機脫粉入洗；

(2)原煤質量變差，灰分升高，需增加跳汰入洗量，跳汰機不脫粉全入洗；

(3)原煤質量很差，灰分很高，將部分高硫末煤在儲煤場儲存，儲煤場日常存儲的部分較低灰分的高硫末煤定量給入配煤流程中與高灰末煤進行配洗或減少等厚篩下低硫末煤進入配煤環(huán)節(jié)，暫存儲煤場，待原煤質量變好后再入洗。

3.4 配煤實施方案

對現(xiàn)有控制點進行改造，增加定量給煤機或改造原有翻板、閘板；完善檢測點布置，檢測灰分、水分、硫分和運輸量；安裝混料器(265、268、388、604、701膠帶機機頭位置)；在關鍵儀表位置安裝監(jiān)控攝像機；增加變頻器，使跳汰機實現(xiàn)智能控制。檢測點布置見表1，控制點布置見表2。

表1 檢測點布置

表2 控制點布置

3.5 智能跳汰

通過前面論述可知，跳汰精煤的質量和數(shù)量為配煤效果的決定性因素，為保證對混煤發(fā)熱量的有效調控，同時減少精煤損失，提高混煤產率，本方案采用對跳汰機進行智能自動控制，實時調整分選密度，以保證產品合格并減少發(fā)熱量浪費。

跳汰機的智能控制主要體現(xiàn)在：

(1)將產品端灰分儀信號接入到跳汰機控制系統(tǒng)，根據(jù)灰分實時情況計算跳汰機最佳分選密度，實現(xiàn)自動跟蹤的灰分閉環(huán)控制功能；

(2)中煤排料電機加裝變頻器，進行變頻控制，智能調節(jié)中煤排料量，及時調整精煤產率，使產品發(fā)熱量逐步到達最優(yōu)指標；

(3)給鼓風機和循環(huán)水泵加裝變頻器，將頻率信號引入跳汰機控制系統(tǒng)，通過入洗量和精煤灰分等信息調整風量、水量、風閥周期，使跳汰系統(tǒng)保持穩(wěn)定運行；

(4)通過數(shù)據(jù)積累、比對和計算，不斷優(yōu)化和完善控制參數(shù)，使跳汰機逐步實現(xiàn)智能控制。

4 結 語

華陽集團二礦選煤廠精準配煤工藝升級改造工程方案實施后，不僅可以實現(xiàn)生產過程中的自動化配煤，解決人工配煤合格率低的問題，從而穩(wěn)定產品質量，提高企業(yè)經濟效益，而且為后期選煤廠智能化建設做好了準備。