朔中選煤廠動力煤干法篩分脫粉的可行性研究

郝 俊，陳開玲

(朔州中煤平朔能源有限公司，山西 朔州 036002)

隨著國家產業政策的調整與環保治理力度的加大，動力煤洗選加工得到了快速發展。對于動力煤選煤廠而言，末煤(<13 mm粒級原煤) 入選可以穩定產品質量，能夠更好地適應原煤質量變化和滿足客戶對產品質量的要求。動力煤選煤廠末煤分選常用的生產模式為(以下簡稱“傳統模式”)：末原煤經1.50 mm濕法脫泥后采用重介質旋流器分選，篩下煤泥水以原煤分級旋流器進行0.25 mm分級，溢流(<0.25 mm粒級煤泥) 經壓濾機壓濾脫水后成為壓濾煤泥，底流( 1.5～0.25 mm粒級煤泥) 采用螺旋分選機或TBS干擾床分選處理。朔州中煤平朔能源有限公司選煤廠(以下簡稱“朔中選煤廠”)采用該生產工藝處理末煤。

多年的生產實踐發現，采用傳統模式處理末煤，導致煤泥量大、產品水分高而發熱量低、壓濾機排料不連續、物料粘度大，這部分煤泥與精煤摻配后形成的商品煤質量波動較大，極端情況下車廂易被粘附、凍結而無法卸車，甚至出現了運輸溜槽和煤倉被堵塞引發的洗選系統停產事故[1]。特別是<3 mm粒級粉煤洗選后水分大增，而其發熱量增加并不明顯，有時甚至降低，但洗選產品的產率不高[2]。此外，大量煤泥進入洗選系統，致使循環水量和煤泥量明顯增加，這不但使后續煤泥水處理難度增大，而且使洗選系統的介耗、電耗等日常運營指標增加，進而對選煤廠的經濟效益增長產生嚴重的負面影響。因此，在實際生產過程中，應將粉煤盡可能預先脫除，并通過旁路另行處理。

1 干法篩分脫粉的必要性與優勢

對于動力煤選煤廠來說，末煤全粒級入選將給洗選系統帶來大量原生煤泥，加之很多礦區的煤和矸石都極易泥化，導致洗選產品灰分增加；此外，細煤泥的比表面積大、水分高、粘度大，這為洗選產品的合理摻配帶來較大困難。在這種情況下，單獨銷售就成為處理煤泥的可行途徑，而其單獨外銷難度也較大，只能單獨晾曬后堆放；但大量煤泥的堆放與積存，不但浪費能源資源，影響企業經濟效益，而且嚴重污染廠區環境，不利于選煤廠的標準化建設。

隨著細顆粒篩分技術的日漸成熟，動力煤干法篩分脫粉成為一種較好的選擇，該工藝可將入選原煤中的大部分煤粉預先脫除。從選煤廠的基建費用與運營成本構成來看，煤泥水處理系統的基建費用占選煤系統總基建費用的35%左右，運營成本占末煤洗選成本的25%左右[3]。將傳統的1.5 mm濕法脫泥工藝改為3 mm干法脫粉工藝，不但可使選煤廠的基建費用和生產成本降低，而且能使洗選系統的煤泥量大幅下降，還可減輕煤泥水處理系統的壓力。另外，對于易泥化的煤和矸石，預先干法脫粉可以有效避免泥化物對預先脫除的粉煤的污染，且可以控制部分粉煤的水分，這有利于提高末煤產品的產量和質量。

重慶白巖選煤廠采用<50 mm粒級原煤以3 mm脫粉后由無壓三產品重介質旋流器主選的聯合工藝，與傳統的生產工藝相比，重介系統的煤泥量大大降低，脫介設備數量減少，洗選系統的介耗和能耗均降低，廠房體積更小，有效節省了建設投資與運營成本[4]。

2 干法篩分脫粉設備

干法篩分脫粉一般是以<6 mm的粒度對原煤進行干式篩分，將其預先分成不同的粒級。一般認為，當原煤外在水分在7%～14%之間時，以<6 mm的粒度進行干式篩分，物料處于難篩分狀態。這是因為原煤的外在水使細煤粒相互粘結成團，并粘附在大塊煤上[2]；另外，這些粘濕煤粒還會堵塞篩孔，導致細煤粒難以透篩。隨著篩分技術的發展，細粒煤難篩分的問題得到有效解決。

目前以>13 mm粒度篩分的工藝應用比較成熟，常見的篩分設備有煤用概率分級篩、圓振篩、等厚篩、曲張篩、馳張篩、博后篩、旋轉概率篩等[5]，而以<3 mm粒度進行干法篩分的設備主要采用弛張篩和交叉篩。

2.1 弛張篩

2.1.1 結構組成與工作原理

弛張篩(圖1)主要由浮動篩框、固定篩框、激振器、橡膠彈簧支撐底座等組成。浮動篩框和固定篩框組成雙質體共振系統，激振器用于為設備工作提供激振力，橡膠彈簧支撐底座有助于減小設備的不良振動。馳張篩采用雙質體亞共振原理工作，在篩機工作時，線性振動的固定篩框和被激勵的浮動篩框產生相對運動；同時，彈性聚氨酯篩面以800次/min的頻率連續不斷地擴張與收縮，從而使物料獲得很高的加速度，能夠有效地防止篩孔被堵塞。

1—浮動篩框；2—固定篩框；3—激振器；4—橡膠彈簧支撐底座

2.1.2 技術特點

從實際應用和設計方案來看，弛張篩的主要技術特點[2,6-8]如下：

(1)篩網采用可伸縮的聚氨酯橡膠材料制成，工作時篩網交替擴張與收縮，從而使篩分物料產生向前的彈跳運動，能夠有效避免物料粘附于篩網并堵塞篩孔。

(2)篩板振幅遠大于傳統篩分設備，物料的拋射加速度為重力加速度的30～50倍，故篩孔不易被堵塞，篩分效率較高，且處理能力大，動負荷小，功耗少，噪音低。

(3)由于篩板振幅較大，加之篩網是由橡膠材料制成的，易被入料中的大塊煤砸壞，故其入料粒度上限往往被控制在50 mm以下。

2.1.3 技術參數

根據現場實際情況和待篩分原煤的特點，選擇UFSB4380弛張篩作為工業試驗設備，其主要技術參數如下:

參數

數值

外形尺寸/(mm×mm×mm)

9 829×5 102×5 102

有效篩分面積/m2

29.21

篩板尺寸/(mm×mm)

4.50×25

驅動功率/kW

30

激振器角度/(°)

20

工作噪聲/dB(A)

<85

處理能力/(t·h-1)

550

2.2 交叉篩

2.2.1 結構組成與工作原理

交叉篩(圖2)是在傳統滾軸篩基礎上研制出的一種新型篩分設備，其主要由驅動電機、篩軸及固定在篩軸上的篩片組成。多組平行布置的篩軸組成篩面，篩軸轉動方向與物料流動方向相同，每根篩軸上安裝有若干等距篩片和驅動電機，相鄰篩軸上的篩片相互交叉排列，形成“動態篩孔”。物料在篩面滾動過程中不斷分層，小顆粒向下移動，在其長時間與篩孔接觸過程中，通過相鄰篩片的“手搓式”作用完成強制透篩；大顆粒繼續向前滾動，其在滾動過程中不斷遭受沖擊，團聚顆粒被打散，并自動清理粘附在篩片上的細微顆粒，從而達到“自清理”目的；篩軸下方設置有刮泥板，可以清理剩余的粘附顆粒。

1—驅動電機；2—篩軸和篩片

2.2.2 技術特點

交叉篩通過“動態篩孔”設計和物料“自清理”功能[9]，成功實現了篩孔“不粘、不堵、不卡”的篩分要求，基本解決了傳統滾軸篩的堵料、卡料問題。該篩機的主要技術特點為：

(1)篩分效率高。通過“動態篩孔”和物料“自清理”技術，充分保證了篩面的開孔率和料層的透篩速度，篩機的篩分效率高。

(2)可靠性高。篩機自身無振動，沒有沖擊，動載荷小，易損件少，工作噪聲低，可靠性高。

(3)不堵料、不卡料。篩面采用多曲段設計，布料均勻；篩片之間的動、靜篩孔間距大小變化為物料的3～4倍，基本解決了堵料和卡料的問題。

2.2.3 技術參數

根據現場實際情況和待篩分原煤的特點，選擇CRS1818-3交叉篩作為工業試驗設備，其主要技術參數為:

參數

數值

外形尺寸/(mm×mm×mm)

5 140×3 900×2 200

篩面尺寸/(mm×mm)

1 800×4 080

驅動功率/kW

58

篩面傾角/(°)

14

入料粒度/mm

≤300

工作噪聲/dB(A)

<75

處理能力/(t·h-1)

300

3 可行性探索

2015年10月底至12月上旬，朔中選煤廠會同設備廠家對弛張篩和交叉篩分別進行3 mm的工業篩分試驗。首先采用兩種篩機分別對煤樣進行篩分，再將篩分煤樣烘干，然后在實驗室對烘干煤樣進行篩分。

為了判斷兩種設備的篩分效果，采用篩分效率作為評價指標，其計算式[5]如下：

式中：η為篩分效率，%；α為待篩分原煤中小于篩孔尺寸粒級的含量，%；θ為篩上產品中小于篩孔尺寸粒級的含量，%。

3.1 物料特性

試驗時選取全水分為9.50%、分析水為1.67%的煤樣進行分析。實驗室篩分試驗結果(表1)表明：試驗煤樣主導粒級為>13 mm，其產率為62.19%，其次為<3 mm粒級，13～3 mm粒級產率最低。

表1 煤樣實驗室篩分試驗結果

3.2 試驗結果與分析

根據篩上物實驗室篩分試驗結果(表2、表3)，結合篩分效率計算式，可以計算出兩種不同篩機的篩分效率。以3 mm粒度篩分時，弛張篩的篩分效率為73.82%，交叉篩的篩分效率為86.76%，均遠遠高于一般的篩分設備。由此來看，采用這兩種設備作為原煤的干法脫粉設備可行。

表2 弛張篩篩上物實驗室篩分試驗結果

表3 交叉篩篩上物實驗室篩分試驗結果

原煤選前所脫粉煤，可以作為產品直接銷售，也可以摻入選后末精煤銷售，這樣不但可使混煤水分降低，有效減少凍車事故發生的概率，而且能夠避免銷售困難、露天堆放等問題，有助于企業經濟效益的提高和廠區的標準化建設。原煤選前脫粉，可使生產系統煤泥量減少30個百分點以上[10]，煤泥處理系統負荷降低，這對簡化煤泥處理工藝，提高末煤系統洗選能力和分選精度，降低粉煤灰分等極為有利。此外，生產系統所需設備數量減少，介耗、藥耗、電耗等生產成本顯著降低。

4 結語

現階段以>13 mm粒度篩分的工藝應用比較成熟，由于待篩分物料的水分和篩機的技術特點原因，以<3 mm粒度進行干法篩分脫粉的應用較少。以弛張篩和交叉篩作為干法篩分脫粉設備，對朔中選煤廠的動力煤進行3 mm脫粉工業試驗，在煤樣全水分為9.50%、分析水為1.67%的情況下，弛張篩的篩分效率為73.82%，交叉篩的篩分效率為86.76%，二者均較高，即這兩種方案可行。

動力煤干法篩分脫粉后，大部分原生煤泥不再進入洗選系統，不但可以進一步提高分選設備的分選效果，而且能夠大大減少洗選系統的煤泥量，降低煤泥水處理成本，提高末煤產量和發熱量，進而為企業帶來明顯的經濟效益和良好的環保效益。

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