智能粗煤泥分選機在鹿臺山選煤廠的應(yīng)用

翟 欣

(山西焦煤 山煤國際鹿臺山煤業(yè)有限公司， 山西 晉城 048200)

選煤工藝中的粗煤泥是指2～0.25 mm粒級煤,這部分粗煤泥的主要來源是開采過程中產(chǎn)生的原生煤泥和洗選過程中產(chǎn)生的次生煤泥。隨著煤礦開采情況逐漸復(fù)雜，采煤機械化程度不斷提高，開采設(shè)備逐漸大型化，導(dǎo)致末煤在原煤中所占比例逐漸增大，在選煤生產(chǎn)過程中，煤塊之間的相互碰撞及其與設(shè)備器壁之間的碰撞而產(chǎn)生次生煤泥難以避免[1-2]. 鹿臺山選煤廠采用原煤不脫泥無壓三產(chǎn)品重介旋流器分選，1～0.25 mm粗煤泥經(jīng)分級脫水后摻入重介中煤銷售，粗煤泥產(chǎn)品質(zhì)量灰分在25%左右。根據(jù)選煤廠設(shè)計資料，粗煤泥產(chǎn)率按9.88%進(jìn)行計算，日處理粗煤泥為269.45 t，現(xiàn)階段由于原煤質(zhì)量變化，粗煤泥產(chǎn)率增大，粗煤泥日產(chǎn)量為360～400 t，單日最大粗煤泥產(chǎn)量達(dá)440 t以上,粗煤泥量已超出煤泥離心機處理能力，成為制約洗煤生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。同時，粗煤泥產(chǎn)品灰分在25%左右，摻入重介中煤銷售，受中煤管控影響銷售不暢時還可能造成儲存場地緊張，增加管理難度，帶來環(huán)保問題。

1 鹿臺山選煤廠概況

鹿臺山選煤廠主要入洗鹿臺山礦主采的2號、15號煤層，品種為無煙煤3號，部分原煤性質(zhì)接近貧煤，選煤工藝為：50～0 mm 無壓三產(chǎn)品重介分選；1～0.25 mm粗煤泥經(jīng)分級旋流器分級后的底流經(jīng)煤泥離心機脫水后摻入重介中煤，0.25～0 mm煤泥濃縮壓濾脫水回收。主要產(chǎn)品指標(biāo)見表1.

表1 鹿臺山礦選煤廠主要產(chǎn)品指標(biāo)表

根據(jù)山西省地質(zhì)礦產(chǎn)局二一三實驗室提供的《煤炭篩分浮沉試驗報告》可知，鹿臺山礦井下生產(chǎn)的原煤，綜合灰分為30.25%，屬中高灰煤；硫分為0.33%，屬于特低硫煤；煤質(zhì)地較脆，易碎，毛煤中-3 mm物料占比28.19%.

2 粗煤泥可選性分析

對該礦原煤中-3 mm及1～0.2 mm粗煤泥分別進(jìn)行小篩分、小浮沉試驗，試驗結(jié)果見表2、表3.

由表2可知，1～0.25 mm粗煤泥占比為61.28%，占毛煤比例為17.27%，粗煤泥再回收可使噴吹精煤產(chǎn)率達(dá)到最大化，經(jīng)濟效益也會顯著提高。

由表3可知，>2.0 g/cm-3密度級含量為13.12%，灰分為84.06%，高密度物含量較低、灰分高。主導(dǎo)密度級為1.3～1.4 g/cm3，產(chǎn)率為48.15%，灰分6.79%，其次為1.4～1.5 g/cm3，產(chǎn)率為23.66%，灰分13.51%，中間密度級物料少，使用粗煤泥分選工藝分選較容易。

粗煤泥中輕產(chǎn)物和重產(chǎn)物含量均較高，呈現(xiàn)兩頭大，中間小的分布狀態(tài)，對分選有利，另一方面也反應(yīng)出，采用粗煤泥分選工藝分選時中煤產(chǎn)量低可直接摻入尾煤中[3-4].

表2 -3 mm入料粒度組成表

表3 1～0.25 mm粗煤泥浮沉實驗結(jié)果表

3 粗煤泥分選技術(shù)研究與工藝確定

根據(jù)煤源可選情況,并對國內(nèi)外現(xiàn)有的粗煤泥分選技術(shù)進(jìn)行綜合經(jīng)濟技術(shù)效益比較后發(fā)現(xiàn)，TCS智能粗煤泥分選機是在現(xiàn)有TBS干擾床分選技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新研發(fā)的智能分選設(shè)備，更適用于鹿臺山選煤廠粗煤泥精選及排矸工藝[5-7].

3.1 設(shè)備選型

根據(jù)鹿臺山選煤廠基本情況選用一套型號為TCS-1×30C1型智能粗煤泥分選機，具體參數(shù)型號見表4.

TCS智能粗煤泥分選機包括筒體、定壓水箱、頂水系統(tǒng)、排料泵、智能控制系統(tǒng)等。在頂水管、補水管、排料泵出口管、溢流管均設(shè)置流量計，且補水管還設(shè)置電動調(diào)節(jié)閥門，流量計選用進(jìn)口E+H的，調(diào)節(jié)閥選用進(jìn)口TYCO. 在排料箱上增加一個電控氣動開關(guān)閘閥，當(dāng)短時停車時需關(guān)閉此閥，排空泵體內(nèi)的物料。

表4 TCS智能粗煤泥分選機型號參數(shù)表

3.2 粗煤泥分選工藝

主選系統(tǒng)脫介產(chǎn)生的稀介質(zhì)及分流的合格介質(zhì)經(jīng)磁選機磁選，磁選尾礦經(jīng)煤泥濃縮分級旋流器分級，底流(1.0～0.25 mm)粗煤泥進(jìn)入TCS分選機分選，TCS分選機的溢流經(jīng)弧形篩、煤泥離心機脫水后，粗精煤泥與主選系統(tǒng)末精煤(25～1.0 mm)混合成為噴吹煤產(chǎn)品，TCS分選機底流經(jīng)高頻篩脫水后與重介矸石一起進(jìn)入矸石倉。

4 TCS操作參數(shù)調(diào)整及分選效果

4.1 操作參數(shù)調(diào)整

TCS智能粗煤泥分選機其主要工作原理為：利用上升水流在槽體內(nèi)產(chǎn)生紊流床層，一定壓力和流速的上升水流進(jìn)入壓力水箱，通過紊流板均勻地分布到分選機底部。固體物料進(jìn)入分選機后在上升水流的作用下開始分層，粗顆粒高密度的物料集中于槽體的底部，細(xì)顆粒和低密度物料則流向槽體上部。隨著物料的連續(xù)給入，細(xì)而輕的物料不斷溢流至溢流收集槽，高密度的物料通過由PID閉環(huán)控制器控制的排料閥排出[7].

采用進(jìn)口密度傳感器浸入到紊流層中相應(yīng)高度，對槽體內(nèi)的床層密度進(jìn)行不間斷的監(jiān)測。床層密度的任何變化都將產(chǎn)生一個4～20 mA的輸入信號到PID控制器，電流信號與傳感器上方的擾動懸浮液的實際密度成正比，實際密度與設(shè)定的密度值進(jìn)行比較后，調(diào)整尾礦排料泵的頻率，保證床層穩(wěn)定。

如果檢測密度高于設(shè)定密度，調(diào)高尾礦泵頻率，擾動床層中多余的物料排出量增大，反之，則調(diào)低尾礦泵頻率，限制床層的物料排放，以使槽體內(nèi)干擾床層保持穩(wěn)定的設(shè)定密度,從而實現(xiàn)穩(wěn)定床層和連續(xù)排料。TCS智能粗煤泥分選機實現(xiàn)了無論是高密度分選、還是低密度分選，即便是在排料量較小的情況下，也能實現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定排料，從而達(dá)到理想的分選效果[7].

全部數(shù)字化監(jiān)控，無人值守操作，底流、補水和頂水上設(shè)置流量計，精礦量、尾礦量在線可知，分選密度自動控制，控制系統(tǒng)穩(wěn)定。

尾礦采用泵進(jìn)行排料，尾礦排料連續(xù)、穩(wěn)定，排料量實時連續(xù)數(shù)字控制，排料量在線已知可控。

設(shè)備選型符合大型化、自動化要求，符合技術(shù)先進(jìn)、簡化高效原則。

全流程采用計算機模塊控制，具有手段先進(jìn)、調(diào)節(jié)快捷、精確及自動化程度高的特點。

通過2021年全年生產(chǎn)實際操作，確定了TCS 最佳分選條件為：頂水量為75 m3/h ，密度設(shè)定為1.371 g/cm3. 在最佳分選條件下，粗精煤產(chǎn)率65.15%，灰分控制在10.90%左右，與重介精煤執(zhí)行灰分≤11%相符，可直接摻入主選精煤。

4.2 分選效果

4.2.1 TCS分選后精煤指標(biāo)情況

對2021年全年TCS精煤質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)平均統(tǒng)計,見表5，可以看出TCS精煤灰分指標(biāo)相對穩(wěn)定，除2021年12月份超過主選精煤灰分指標(biāo)外，其余指標(biāo)均在要求質(zhì)量指標(biāo)范圍內(nèi)，說明TCS智能粗煤泥分選機對鹿臺山礦生產(chǎn)的原煤分選效果較好，精煤指標(biāo)相對達(dá)標(biāo)穩(wěn)定。

表5 鹿臺山選煤廠TCS精煤質(zhì)量統(tǒng)計表

4.2.2 TCS分選后尾煤指標(biāo)情況

TCS分選后的尾礦質(zhì)量統(tǒng)計見表6，可以看出尾礦灰分波動較大，當(dāng)灰分>65%時，基本做到“吃干榨凈”，尾礦可以摻入矸石中直接排放，但灰分<65%時仍有利用價值，且在原煤指標(biāo)變化較大時，分選效果較差，如10月、11月份由于井下出現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造，原煤指標(biāo)波動大，造成TCS分選后的尾礦灰分指標(biāo)低于60%.

表6 鹿臺山選煤廠TCS尾礦質(zhì)量統(tǒng)計表

4.3 TCS分選后的粗煤泥產(chǎn)率及灰分

TCS投入使用后，TCS精煤灰分平均10.93%，尾煤灰分高達(dá)67.37%，精煤產(chǎn)率達(dá)65.15%，粗煤泥占入洗原煤的13.24%，則精煤產(chǎn)率提高8.62%. 粗煤泥分選環(huán)節(jié)的增設(shè)不僅降低了粗精煤灰分，還提高了選煤廠精煤產(chǎn)率，增加了經(jīng)濟效益。2021年鹿臺山噴吹末精煤全年加權(quán)平均售價1 274元/t，中煤全年加權(quán)平均售價651元/t，尾煤處置費28元/t，增加粗煤泥分選環(huán)節(jié)，扣除尾煤處置費用后，比摻入中煤直接銷售增加經(jīng)濟效益1 339.97萬元。

5 結(jié) 論

鹿臺山選煤廠增設(shè)高效的粗煤泥分選環(huán)節(jié)，對粗煤泥實現(xiàn)了有效分選，完善了洗選工藝，有效解決了該廠重介為粗煤泥背灰的難題，提高了粗精煤質(zhì)量。通過試驗，確定了TCS 最佳分選條件，在最佳分選條件下，粗精煤產(chǎn)率65.15%，灰分控制在10.90%左右，與重介精煤產(chǎn)品灰分≤11%相符，可直接摻入主選精煤，不影響主精煤灰分，從而提高了精煤產(chǎn)率，增加了經(jīng)濟效益。