一種新型高效的TBS配套脫水工藝

杜愛軍

(西山煤電(集團)有限責任公司 東曲選煤廠，山西 太原030200)

東曲選煤廠位于山西省古交市，隸屬于西山煤電(集團)有限責任公司， 1994年11月正式投產，2009年9月完成了分選系統的全面升級改造，將原有跳汰粗選+兩產品重介質旋流器精選+煤泥浮選的分選工藝改造為原煤預先脫泥+無壓三產品重介質旋流器分選+粗煤泥TBS分選+細煤泥浮選的聯合分選工藝。改造后，東曲選煤廠處理能力為3.0 Mt/a。產品以12級瘦精煤(灰分≤11%，硫分≤1.3%，粘結指數≥30)和12級高硫貧瘦精煤(灰分≤11%，硫分≤1.8%，粘結指數≥15)為主。

長期以來，我國選煤行業尤其是煉焦煤分選領域，已形成了以塊、末煤重介分選+煤泥浮選為主的成熟分選工藝，且重介質旋流器向大型化方向發展，煤泥浮選向著提高煤泥可浮性的方向發展[1-3]。從而帶來了大直徑旋流器有效分選下限的提高和浮選入料粒度上限的降低，最終導致介于重介質旋流器有效分選下限和浮選分選上限之間的粗煤泥(1～0.25 mm)得不到有效分選，因此，能夠有效補充上述工藝不足的TBS(Teetered Bed Separator)得到廣泛應用。其分選粒度區間居于重介質旋流器分選下限和浮選設備分選上限之間[4-6]。

1 存在問題

東曲選煤廠生產工藝為，進入分選系統的50～0 mm粒級原煤經篩孔尺寸為1.0 mm的脫泥篩預先脫泥后，50～1.0 mm粒級進入無壓三產品重介質旋流器分選；<1.0 mm 粒級煤經分級旋流器分級，底流為1.0～0.25 mm粒級煤采用TBS分選，溢流<0.25 mm粒級煤泥進入旋流微泡浮選柱浮選。TBS工藝環節為：經TBS分選后的精煤進入TBS產品桶或池，經泵給入濃縮旋流器進行濃縮，濃縮旋流器的溢流進入浮選系統進一步回收，底流(1.0～0.25 mm粒級)通過弧形篩脫水后進入煤泥離心機二次脫水形成TBS精煤產品[7-8]。TBS分選后的尾礦自流進入高頻篩脫水形成中煤產品。改造前TBS配套脫水工藝原則流程如圖1所示。

圖1 改造前的TBS配套脫水原則流程圖Fig.1 Flowsheet of TBS′s dewatering process before renovation

以東曲選煤廠多年運行情況來看，該工藝存在以下不足：

(1)系統復雜，初期投資費用高。該系統除核心設備KS-TBS/3000型TBS和終端脫水設備H1000型精煤泥離心脫水機外，還需搭配12 m3TBS產品桶一部、用于濃縮旋流器供料的100ZJ-B42渣漿泵一臺、FX500型濃縮旋流器兩臺及配套底流和溢流箱、Hxsa15-20-60-AT型精煤弧形篩兩部、含有傳感器及電控閥門的液位控制系統一套。不計配套管路與溜槽，不考慮安裝費用，單套系統總投資約為48萬元。東曲選煤廠有兩套系統，需投入96萬元。

(2)運營成本高。因投入設備較多，該系統弧形篩、渣漿泵、濃縮旋流器及相關耐磨管路的年維護費用達12萬元。渣漿泵功率為37 kW，按每班工作12 h，年運行300班，工作時電流按額定電流的75%計，年電耗約為37 kW×12 h×300 d×75% = 9.99萬kW·h,工業電價以0.8元/kW·h計，年電耗約7.99萬元。兩套系統年運營費合計為39.98萬元。

(3)TBS產品桶(或池)需可靠的液位及濃度穩定系統，否則將導致旋流器底流濃度不穩定，造成產品水分波動大，同時導致渣漿泵上料困難甚至淤塞、煤泥離心機產品帶水嚴重，造成安全質量事故。

(4)存在“跑粗”現象，易引起產品損失或導致下一環節工藝紊亂。在我廠，弧形篩篩網的篩縫為0.5～0.35 mm，弧形篩篩下水中>0.25 mm粒級產率為28.73%，這部分物料進入浮選系統會影響浮選效果。

2 改造方案

以東曲選煤廠原有TBS系統為研究對象，通過對各設備工藝性能、工藝效果進行評定試驗，得出各處理階段物料的粒度組成、產率、灰分、水分等指標。分析后，將工藝系統的不足歸結為兩點：(1)煤泥“跑粗”引起精煤損失和后續工藝紊亂；(2)無法有效滿足終端脫水設備煤泥離心機入料濃度<50%的要求，從而引起產品水分超標。

為解決系統存在的問題應考慮采用一種投資低廉、系統簡單、能耗低、隔粗效果好、產品水分滿足后續設備入料要求的TBS配套脫水設備。而如何確定預脫水設備或系統搭配就成了新工藝研究的關鍵點。

預脫水設備指標對比數據，見表1。由表1可知，電磁式高頻篩可滿足工藝需求，故新的脫水系統以電磁式高頻振動篩作為核心設備，具體為：設計一套由TBS干擾床分選機、分配管路、電磁式高頻振動篩、煤泥離心機組合而成的TBS產品配套脫水工藝系統。其特征為：TBS溢流不經TBS產品桶(池)進行收集，不經濃縮旋流器濃縮，而是直接給入分料器，分料器末端有控制閥門，經分料器將物料給入電磁式高頻振動篩進行預脫水。通過對電磁式高頻振動篩篩縫的選擇、篩面傾角調節、振幅調整，篩上物濃度與煤泥離心機入料濃度可實現較高程度匹配，篩下物料粒度得到了有效控制，為高效浮選創造了有利的入料條件。改造后TBS配套脫水工藝原則流程圖如圖2所示。根據煤種與產品灰分要求不同，電磁式高頻振動篩的篩下水和離心機離心液可選擇進入浮選系統或尾煤系統。

表1 預脫水設備優缺點對比

圖2 改造后的TBS配套脫水原則流程圖

3 應用效果

(1)改造前后預脫水設備效果對比數據見表2。改造后，電磁式高頻振動篩篩下物料中>0.25 mm粒級產率為5.89%；而改造前，濃縮旋流器溢流中>0.25 mm粒級產率為27.95%，弧形篩篩下水中>0.25 mm粒級產率為28.73%，說明改造前，濃縮旋流器濃縮效率低，弧形篩“跑粗”現象嚴重，致使一部分低灰的粗顆粒進入到浮選系統，影響浮選效果。電磁式高頻振動篩篩下水灰分為42.20%，可選擇直接進入尾礦系統處理，使困擾東曲選煤廠多年的浮選入料“跑粗”問題得到了有效治理。

(2)改造前后煤泥離心機脫水效果對比數據見表3。改造后，煤泥離心機回收量由17.64 t/h增加至22.17 t/h，增加了4.53 t/h，增加的這部分物料被提前回收，未進入浮選系統，降低了浮選系統壓力。粗精煤產品水分降低了1.4個百分點。煤泥離心機產品帶水嚴重的現象得到根治。

表2 改造前后預脫水設備效果對比Table 2 Comparison of performance indicators of predewatering equipment before and after renovation %

表3 改造前后煤泥離心脫水機效果對比

4 經濟效益

(1)初期投資。我廠兩套舊系統設備投入為96萬元。改造后，單系統僅需裝備兩臺DZSM2436型電磁式高頻振動篩，投資24萬元，雙系統總價為48萬元，故使用新系統可為選煤廠節約初期投資48萬元。

(2)后期投入。因投入設備較多，舊系統弧形篩、渣漿泵、濃縮旋流器及相關耐磨管路的年維護費用達39.98萬元。新系統的四臺電磁式高頻振動篩年維護費用為12.8萬元，單臺功率僅為4.2 kW，四臺電磁式高頻振動篩年電耗為6.04萬kW·h,電費約4.83萬元，故新系統年可節約成本23.35萬元。

5 結語

東曲選煤廠基于電磁高頻篩研發的TBS脫水新工藝投資低廉、系統簡單、能耗顯著降低、產品水分合格率及穩定率提高，對選礦廠后續工藝效果無干擾，為TBS干擾床工藝系統設計提供了全新思路。