磁窯溝選煤廠工藝系統(tǒng)優(yōu)化改造

王 偉

(山西晉神能源有限公司 洗煤廠,山西 河曲 036500)

當(dāng)前磁窯溝礦井煤炭開采技術(shù)經(jīng)優(yōu)化后采用厚煤層綜合機械化長壁放頂煤開采法,放頂煤開采新技術(shù)使礦井產(chǎn)能得到釋放。而作為礦井配套的洗煤廠,目前洗選能力不足,無法與高產(chǎn)能匹配,因此需將原煤洗選能力由原設(shè)計的300萬t/a提升至600萬t/a。洗選工藝優(yōu)化改造是一個歷久彌新的課題。張姝婷[1]提出通過應(yīng)用先進(jìn)的選煤工藝,優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng),達(dá)到生產(chǎn)系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的相互配套和協(xié)調(diào),并實現(xiàn)全系統(tǒng)的高效生產(chǎn)。近年來一些新興工藝開始出現(xiàn),例如動力煤脫粉入洗工藝的應(yīng)用,可降低煤泥處理系統(tǒng)負(fù)荷,提高末煤系統(tǒng)入洗能力[2,3]。為實現(xiàn)高產(chǎn)高效,應(yīng)根據(jù)洗煤廠實際情況,選用適合本廠的洗選工藝。本文以磁窯溝洗煤廠為例,對制約產(chǎn)能的環(huán)節(jié)進(jìn)行工藝優(yōu)化改造,以適應(yīng)礦井生產(chǎn)需求。

1 磁窯溝洗煤廠基本情況

山西河曲晉神磁窯溝煤業(yè)洗煤廠始建于2018年9月29日,2020年5月3日試運行,2020年12月正式投入生產(chǎn),建設(shè)周期為1年7個月,年洗選能力為300 萬t。隨著放頂煤開采技術(shù)的使用,礦井優(yōu)勢產(chǎn)能釋放,洗煤廠生產(chǎn)能力出現(xiàn)不匹配的情況。于是,在2020年10月份生產(chǎn)試運行期間著手進(jìn)行提能改造。初次改造后在實際生產(chǎn)運行過程中發(fā)現(xiàn)粗煤系統(tǒng)處理能力不足,并于2021年7月進(jìn)行粗煤泥系統(tǒng)技術(shù)改造,通過上述工藝系統(tǒng)優(yōu)化升級,現(xiàn)已實現(xiàn)了洗選能力的釋放,保障了礦井正常生產(chǎn)。

1.1 洗選工藝

磁窯溝洗煤廠現(xiàn)有工藝流程為150～13 mm塊原煤經(jīng)6.0 mm濕法脫泥后采用重介淺槽分選機分選;<13 mm粒級末原煤經(jīng)1.0 mm濕法脫泥后采用有壓兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選;1～0.25 mm粗煤泥采用螺旋分選機分選;<0.25 mm粒級細(xì)煤泥采用濃縮+壓濾機回收。另外,末原煤可經(jīng)4 mm(3 mm)脫粉,<4 mm粒級粉煤與4～13 mm末煤具有不入選、部分入選、全入選的靈活性。具體工藝流程見圖1。

圖1 磁窯溝洗煤廠現(xiàn)有洗選工藝流程圖Fig.1 Flow chart of washing process in Ciyaogou Coal Preparation Plant

1.2 存在的問題

1)選煤廠的生產(chǎn)能力與礦井生產(chǎn)能力不匹配。目前只能通過延長生產(chǎn)時間提升原煤入洗量,但設(shè)備長期高負(fù)荷運行,日常維護時間有限,導(dǎo)致設(shè)備維護效率低、維護難度大,設(shè)備長期處于帶病作業(yè)狀態(tài),大大增加了發(fā)生故障的風(fēng)險。鑒于以上問題,選煤廠生產(chǎn)工藝需進(jìn)行技術(shù)升級改造,提高選煤廠洗選能力,降低生產(chǎn)成本,提高企業(yè)經(jīng)濟效益。

2)為保證商品煤熱值,應(yīng)減少末煤直通煤量。增大末煤入洗量,將導(dǎo)致303塊煤脫泥篩處理效果變差、進(jìn)入淺槽的末煤量增加,塊煤脫泥篩下溜槽堵塞,引發(fā)塊煤合介桶桶位上漲、密度下降,無法保證塊煤合介系統(tǒng)正常運行。伴生造成A302原煤分級交叉篩機后側(cè)溜槽堵塞,進(jìn)而造成設(shè)備保護停機。隨著末煤入洗量增大,導(dǎo)致314末煤脫泥篩脫泥效果差,混料桶內(nèi)串入的煤泥量增加,使得末煤密度一直下滑。若將314末煤脫泥篩由原有的1.5 mm篩板更換為3.0 mm篩板，則可保證314末煤脫泥篩的處理效果,但會造成334、335弧形篩和336、337離心機無法滿足此時粉煤的脫水作業(yè)。在這種情況下,原有生產(chǎn)系統(tǒng)需新增1臺弧形篩、1臺末煤離心機,才能更好地滿足粉煤脫水效果。

3)當(dāng)原煤中塊煤(≥25 mm粒級物料)質(zhì)量比超過60%時,A301刮板機下A302原煤分級交叉篩分料閘板出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象,造成大部分原煤轉(zhuǎn)移到302原煤分級弛張篩,會造成303塊煤脫泥篩至304淺槽溜槽堵塞,進(jìn)而導(dǎo)致生產(chǎn)系統(tǒng)無法正常運行;當(dāng)306塊煤脫介篩上塊煤量較多時,會造成下307破碎機溜槽堵塞，設(shè)備處理原煤的能力會受到制約。

2 改造方案及設(shè)備選型

2.1 工藝優(yōu)化改造

此次工藝系統(tǒng)優(yōu)化改造項目利用現(xiàn)有廠房布局進(jìn)行升級改造,同時對生產(chǎn)集控及調(diào)度系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)等進(jìn)行升級改造,保障生產(chǎn)系統(tǒng)平穩(wěn)運行。充分考慮各種工藝設(shè)備和工藝環(huán)節(jié)的要求,在詳細(xì)的煤質(zhì)分析基礎(chǔ)上,根據(jù)原煤煤質(zhì)特性和密度、粒度組成,選擇合理的洗選工藝。通過對比篩分效率選用交叉篩作為新增加的原煤脫粉設(shè)備,同時增大塊煤、末煤的處理能力,從而擴大生產(chǎn)規(guī)模,提高生產(chǎn)效率。

以洗煤廠生產(chǎn)能力提升至600 萬t/a為目標(biāo),進(jìn)行核算,如果保持4 mm脫粉煤、塊煤、末煤、粉煤全部入選的生產(chǎn)方式,則塊煤、末煤主洗設(shè)備能力均可滿足要求，但原煤脫粉篩、塊煤脫泥篩、末精煤脫介篩、粉精煤離心機能力不足,需要增加設(shè)備。同時原煤倉至主廠房301原煤帶式輸送機、主廠房至產(chǎn)品倉701帶式輸送機的功率不足,需更換驅(qū)動并進(jìn)行提速改造。

新增的原煤脫粉篩布置在B-C跨、20.20平面(現(xiàn)有脫粉篩北側(cè)),將301機頭延長、抬高,通過機頭新增的刮板機將原煤分配至2臺脫粉篩中。新增脫粉篩篩上>13 mm粒級塊煤進(jìn)入304塊煤重介淺槽分選機中。新增脫粉篩篩下<4 mm粒級粉煤進(jìn)入361粉煤轉(zhuǎn)載皮帶機。<13 mm粒級末原煤通過刮板轉(zhuǎn)載進(jìn)入現(xiàn)有360刮板輸送機。由于306塊煤脫介篩處理能力不足,更換為雙層脫介篩,篩上>25 mm粒級塊煤進(jìn)入307塊煤破碎機,篩下25～13 mm物料進(jìn)入塊煤離心機脫水。替換下的原塊煤脫介篩改為處理重介旋流器的末煤脫介篩。鑒于塊煤破碎機處理能力不足,故重新更換大功率破碎機。同時,為滿足粗煤泥脫水效率,增加1臺末煤離心機。

2.2 篩分設(shè)備選型

2.2.1原煤分級篩產(chǎn)品性能

1)A302交叉篩購自賽普瑞特(天津)工業(yè)技術(shù)有限公司,篩分方式為干法篩分,入料性質(zhì)為長焰煤、外水7%～10%、入料粒度為150～0 mm,處理能力≥500 t/(h·臺),分級粒度為 6 mm、20 mm,篩分效率≥85%。交叉篩屬于結(jié)構(gòu)形式,非振動交錯篩片滾軸篩,篩面有效寬度為2.4 m,篩軸數(shù)量為34軸,篩軸布置形式為4段布置,一段10軸、二段8軸、三段10軸、四段6軸,篩縫寬度為一段6 mm、二段6 mm、三段20 mm、四段8 mm,篩面層數(shù)為1層,篩面角度為15°,每根篩軸獨立驅(qū)動,采用減速器變速連接,減速器采用垂直軸布置,電機位于減速機上方。

2)302弛張篩為秦皇島優(yōu)格瑪工業(yè)技術(shù)有限公司生產(chǎn)的UDH3661雙層直線篩,處理能力≥750 t/(h·臺),入料粒度為150～13 mm,振幅為9～11 mm可調(diào),轉(zhuǎn)速950 r/min,減振系統(tǒng)為鋼制螺旋彈簧,篩板有效篩面尺寸為3 600 mm×6 100 mm(雙層),篩板有2層,安裝傾角為0°,上層篩板采用沖孔不銹鋼25 mm篩縫篩板,下層采用4 mm、13 mm聚氨酯條縫篩板。

2.2.2篩分效率對比

交叉篩結(jié)構(gòu)為非振動交錯篩片滾軸篩,適用于粉煤干法篩分,處理黏性較大的煤或濕煤時,不易堵塞、不黏結(jié)。弛張篩以其獨特的結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出極強的拋料、防黏附、防堵孔的能力,適用于細(xì)粒煤的篩分作業(yè)[4]。利用粒度特性曲線(圖2)計算篩分效率,經(jīng)計算分析可知,A302交叉篩的篩分效率為78.2%;302弛張篩的篩分效率為74.7%[5]。對比可知,新選型使用的交叉篩篩分效率優(yōu)于弛張篩篩分效率,且交叉篩規(guī)格尺寸較弛張篩小,適用于空間有限條件下的技術(shù)改造使用。原煤分級篩的篩分試驗效果見表1所示。

(a) A302交叉篩粒度特性曲線

(b) 302弛張篩粒度特性曲線

圖2 篩分粒度特性曲線
Fig.2 Screening particle size characteristic curves

表1 篩分設(shè)備工藝效果試驗對比Table 1 Test comparison of screening equipment process

注:w1為入料中小于篩孔的物料的質(zhì)量分?jǐn)?shù),%;w2為篩下物中小于篩孔的物料的質(zhì)量分?jǐn)?shù),%;w3為篩上物中小于篩孔的物料的質(zhì)量分?jǐn)?shù),%.

2.3 主要洗選設(shè)備選型

現(xiàn)有大型設(shè)備共92臺(國產(chǎn)設(shè)備91臺,進(jìn)口設(shè)備1臺),裝機容量4 448.8 kW。主要洗選設(shè)備為301原煤入場膠帶機,輸送能力為1 150 t/h;原煤分級設(shè)備2臺,選用1臺優(yōu)格瑪弛張篩和1臺賽普瑞特交叉篩;塊煤選用彼得斯重介淺槽,處理能力為540 t/h;末煤選用克萊博斯重介旋流器,處理能力為450 t/h;粗煤泥選用海王螺旋分選機,處理能力為54 t/h;細(xì)煤泥選用3臺景津板框壓濾機，過濾面積為600 m2。主要設(shè)備選型見表2所示。

表2 主要設(shè)備選型表Table 2 Selection of major equipment

3 工藝優(yōu)化后運行效果

生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行工藝系統(tǒng)優(yōu)化改造后,系統(tǒng)帶煤量由每小時568 t,提升至每小時1 050 t,年產(chǎn)量可達(dá)到600 萬t。依據(jù)篩分試驗報告,合理調(diào)整原煤分級篩孔徑布局,重點關(guān)注末煤含量及發(fā)熱量，以洗選塊精煤與最大化不入洗末煤配比發(fā)熱量達(dá)到商品煤要求為調(diào)整篩板布局的界限。若高于商品煤指標(biāo),即需放大原煤分級篩孔徑,反之需縮小原煤分級篩孔徑。結(jié)合原煤粒度組成,通過調(diào)整篩板布局使系統(tǒng)均衡平穩(wěn)生產(chǎn),避免出現(xiàn)單臺設(shè)備超負(fù)荷運行的情況[6]。

沉浮試驗一方面能夠?qū)χ亟橘|(zhì)洗選過程進(jìn)行指導(dǎo)與評定,合理設(shè)置洗選密度,分析理論產(chǎn)率與實際產(chǎn)率的比值,最大程度地保證洗選質(zhì)量與產(chǎn)率[7];另一方面依據(jù)各粒級煤炭實際分選情況,合理調(diào)整末煤分級下限,在保證煤質(zhì)發(fā)熱量的前提下,盡量減少煤泥的產(chǎn)生。根據(jù)產(chǎn)率最大原則設(shè)定相應(yīng)的洗選密度及末煤不入洗占比,獲得最佳的經(jīng)濟效益[8]。

了解原煤煤質(zhì)特性、分析原煤可選性、進(jìn)行精煤產(chǎn)率預(yù)測、確定分選參數(shù)在選煤廠生產(chǎn)技術(shù)管理工作中是非常重要的。在此，采用數(shù)質(zhì)量平衡法測算洗選煤炭質(zhì)量,制定相應(yīng)的洗選方案[9]。利用修正后的原煤粒度組成曲線、可選性曲線及格氏法選煤產(chǎn)品產(chǎn)率計算表制作產(chǎn)品質(zhì)量平衡表。理論推導(dǎo)洗選煤炭質(zhì)量時,按照煤質(zhì)要求選定相應(yīng)的洗選密度,按照磁窯溝洗煤廠洗選工藝布局,洗大塊煤(100～13 mm粒級)時選淺槽入洗,大塊煤產(chǎn)率及灰分可從篩分試驗中查出,洗精煤及矸石的產(chǎn)率和灰分可按照格氏法選煤產(chǎn)品產(chǎn)率計算表得出。由此可得出洗混煤(13～2 mm粒級)的精煤及矸石的產(chǎn)率和灰分;洗粗煤泥(2～0.35 mm粒級)的精煤及矸石的產(chǎn)率和灰分。根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量平衡表對各粒級的精煤及矸石的產(chǎn)率和灰分進(jìn)行加權(quán)平均計算,質(zhì)量控制通過密度、末煤入洗量進(jìn)行靈活調(diào)節(jié),最終得出符合要求的洗選商品煤質(zhì)量[10]。磁窯溝洗煤廠產(chǎn)品質(zhì)量平衡表見表3所示。

表3 磁窯溝洗煤廠產(chǎn)品質(zhì)量平衡表Table 3 Product balance sheet in Ciyaogou Coal Preparation Plant

4 結(jié)論

磁窯溝洗煤廠工藝系統(tǒng)優(yōu)化改造后,產(chǎn)能進(jìn)一步釋放,日入洗原煤需由原先的0.9萬t增加至2.0萬t,生產(chǎn)系統(tǒng)帶煤量由原來的每小時568 t,提升至每小時1 050 t,年入洗原煤達(dá)到600萬t,滿足礦井生產(chǎn)的要求。在煤質(zhì)分析基礎(chǔ)上,按照高產(chǎn)高效的原則全面進(jìn)行優(yōu)化改造。技術(shù)改造充分考慮各種工藝設(shè)備和工藝環(huán)節(jié)的要求,以達(dá)到生產(chǎn)系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的相互配套和協(xié)調(diào),并實現(xiàn)全系統(tǒng)的高效生產(chǎn)。利用現(xiàn)有廠房布局進(jìn)行升級改造,不增加新的基建成本；工藝改造中因處理能力不足,替換下來的設(shè)備就近處理并進(jìn)行合理再利用,降低了改造成本,達(dá)到了優(yōu)化提升洗選工藝的目的。