石板選煤發電廠提高難選煤分選效果的實踐

王永勝，江 燕，朱財平

(四川達竹煤電(集團)有限責任公司 石板選煤發電廠，四川 達州 635015)

石板選煤發電廠(以下簡稱“石板選煤廠”)隸屬于四川達竹煤電(集團)有限責任公司，是一個集原煤洗選加工、煤矸石發電、粉煤灰建材生產為一體的循環經濟企業。其中，重介選煤系統于2007年10月建成，原煤洗選能力為1.50 Mt/a；原煤經過1.50 mm脫泥后，50～1.50 mm粒級由無壓三產品重介質旋流器分選，1.50～0 mm粒級進入斜板沉淀池，沉淀池底流采用振動弧形篩脫水，篩上物在脫泥篩篩口段脫水后由無壓三產品重介質旋流器分選，篩下水進入浮選系統，浮選尾煤經過濃縮、壓濾處理后成為產品[1]。石板選煤廠主要入選達竹公司下屬的金剛、斌郎及小河嘴煤礦的原煤，同時外購部分原煤(優質煤)洗選，主導產品為8～13級冶煉精煤。

經過多年的不斷開采，特別是近些年，各個礦井煤炭賦存條件發生了較大變化；加之大力推廣機械化采煤，原煤煤質不斷變差，綜合原煤的可選性等級從中等可選變為難選。由于原煤煤質的變化，中煤中<1.50 g/cm3密度級的產率在15%以上，末精煤灰分在14%以上，選煤數量效率在95%左右，噸原煤介耗在2 kg以上，浮選精煤快灰穩定率在80%以下，浮選劑用量在0.18 kg/t以上(以原煤計算)，選煤效果變差，生產成本變高[2]。

在煤炭行業經濟形勢較差的大環境下，較低的精煤產率和較高的材料成本直接影響企業經濟效益的提升。對石板選煤廠來說，必須面對內調煤數量增加的現狀，通過生產系統改造和優化，提高配煤的分選效果，以提高企業的經濟效益，進而提升企業的抗風險能力和發展能力。

1 優化方案與實施

結合多年的選煤生產實踐，確定原煤的可選性、重介質懸浮液的粘度和密度、循環水的水質及浮選劑的選擇性是直接影響內調煤分選效果的主要因素[3]。要想提高內調煤的分選效果，必須對這些影響因素進行深入研究。

1.1 優化配煤方案

1.1.1 優化原料煤摻配方案

由于內調煤的可選性已從中等可選變為難選，加之配煤設備陳舊落后，嚴重影響配煤均質化。為此，外購內灰低、易選的優質煤，與內調煤摻配入選，以改變入選原煤的可選性等級。在對多種原煤煤質對比分析的基礎上，選擇易選的A、B、C三種優質煤(煤種為1/3焦煤、G值≥70、硫含量≤0.80%)，與內調煤摻配后洗選。三種優質煤的煤質指標見表1，配煤的可選性指標見表2。

表1 優質煤的煤質指標

表2 配煤的煤質指標

注：配比為內調煤與外購煤的質量比。

由表2可知：將優質煤與內調煤摻配時，精煤理論產率增加到40%以上，分選密度提高了0.02 g/cm3，δ±0.1含量降到28.20%左右，原煤可選性得到改善，由難選轉為較難選。

1.1.2 優化相關的配煤設施

為了實現原煤處理系統給煤均質均量，一是為給煤機加裝倒閘控制箱，使一臺控制箱控制兩臺給煤機，從而保證配煤的精確性和均一性，同時能夠節約技改成本；二是在原煤倉的給煤漏斗、給煤機梭板上斜面及兩個側面鋪設高分子材料和鑄石，以降低倉壁阻力，防止相關設施被堵塞；三是在帶式輸送機機頭落煤溜槽處加裝防堵裝置，防止機頭處積煤影響配煤效果；四是在優質煤受煤坑和給煤刮板輸送機上方分別增加監控設施，以保證給煤的均勻性；五是當優質煤數量不足時，以小河嘴的原煤作為“引子煤”，與金剛、斌郎的原煤摻配。

此外，為了如實反映外購煤的質量，建立了一套基于煤壩收煤的管理運行模式，以保證供需雙方的共同利益。

1.2 優化粗煤泥分選工藝

重介質懸浮液的粘度直接影響重介質旋流器的分選下限，當重介質懸浮液粘度高時，重介質旋流器的分選下限高，不利于細粒級的分選。目前，控制重介質懸浮液粘度的方法就是分流，即將部分合格介質分流到稀介質內，再通過磁選機回收[4]。但當重介質懸浮液內煤泥特別多時，將分流量打到最大仍不能使其粘度降到合理范圍，這不但影響重介質旋流器的分選精度，而且導致磁選機的工作負荷增加，生產系統介耗偏高[5]。

為此，結合現場實際情況，將粗煤泥從重介分選系統分離出來，并采用干擾床分選機(TBS)分選(圖1)。原煤采用篩孔尺寸為1 mm的脫泥篩脫泥，篩下水經圓錐斜板沉淀池、分級旋流器預脫泥后，分級旋流器底流(主導粒級為1～0.25 mm)進入TBS分選，TBS精礦經弧形篩脫泥后進入精煤磁選尾礦桶，采用濃縮旋流器組、三質體電磁振動篩、煤泥離心機脫水、脫泥；TBS尾礦進入矸石(中煤)磁選尾礦桶[6]。

圖1 優化后的粗煤泥分選原則流程

優化后的粗煤泥分選工藝有6道脫泥工序，即TBS分選前的2道和分選后的4道，能夠保證精煤質量[7]。在粗煤泥分選中，將TBS的固定溢流堰改為可調溢流堰，使其可以適應煤質多變的原煤，特別是可選性為難選的原煤。

1.3 優化介質添加系統

介質添加系統是重介選煤中的一個重要系統，設計的合理性對選煤廠能否經濟運行至關重要[8]。石板選煤廠設計介耗為2 kg/t(以原煤計算)，投產初期介耗高達3 kg/t。這與介質添加系統經常堵塞，影響重介質的穩定性，濃介系統存在“冒、跑、滴、漏”等有關。

在投產初期，石板選煤廠與絕大多數重介選煤廠一樣，采用單梁電抓斗將介質庫內的加重質加入風力攪拌桶，經過充分攪拌的重介質通過渣漿泵進入合介桶。在實際工作過程中，由于單梁電抓斗故障頻發，不得不經常采用鏟車添加加重質，導致其浪費較多；此外，由于加重質中含有石塊等大塊雜物，且加重質在水中沉降速度更快，經常堵塞風管和渣漿泵；排除故障時不但費時費力，而且造成加重質大量流失，進而影響重介質懸浮液密度的穩定性[9]。

為了降低管理介耗，提高重介質懸浮液密度的穩定性，將重介質添加方式改為“地坑”式(圖2)。該添加方式采用液下泵代替渣漿泵，無需單梁電抓斗；通過篦子濾掉加重質中的石塊等大塊雜物，能夠減少風管和液下泵的堵塞頻率；液下泵運行后維護工作量少，且方便工人處理故障，能夠降低工人的勞動強度；地坑底部坡度為18°，方便清理雜物，能夠避免液下泵被堵塞[10]?！暗乜印笔街亟橘|添加系統投入運行后，生產系統的“跑、冒、滴、漏”現象得到遏制，為穩定重介質懸浮液密度起到關鍵作用，也為重介質旋流器的高效分選創造了條件，重介系統的介耗降低[11]。

圖2 “地坑”式重介質添加系統結構

添加加重介時，操作工采用沖水軟管沖擊堆放在篦子前的加重質，使其與循環水混合，形成高濃度的固液混合物(濃介質)，通過篦子濾掉濃介質中的石塊等雜物；去除雜物的濃介質自流進入地坑，在風力作用下進一步混合；在液下泵的作用下，地坑內的濃介質通過耐磨管被打到合介桶，重介質添加完成。

1.4 優化煤泥水處理系統

石板選煤廠擴能改造后，原煤入選量增加，加之TBS投入運行，生產系統煤泥水量增加了250 m3/h，實際在1 300 m3/h以上。濃縮池、沉淀塔并聯運行的方式明顯不能滿足煤泥水處理的需要，煤泥水沉降距離較短，部分煤泥來不及沉降就隨溢流進入循環水池；此外，濃縮池底流間斷性的排放，導致循環水濃度偏高且不穩定，并不時出現“黑水”。由于循環水濃度高，其中的細泥不斷積累，導致設備分選密度不穩定，精礦泡沫發粘，精煤灰分變高，煤泥分選效果變差。為此，在多次研究的基礎上，對煤泥水處理系統進行優化。

1.4.1 優化運行方式

將濃縮池、沉淀塔的運行方式由并聯改為串聯，即煤泥水(浮選尾礦、中煤/矸石濃縮旋流器組的溢流和高頻篩的篩下水)在濃縮池經過第一次濃縮、澄清后，其底流被泵送到沉淀塔，在其中進行第二次濃縮與澄清，沉淀塔底流采用壓濾機回收，兩者的溢流作為循環水。

2013年3月按照串聯要求搭接煤泥水處理系統管道，并將濃縮池底流泵更換為100ZJ-I-B42渣漿泵。通過生產調試后，濃縮池的底流濃度在120 g/L左右，自由沉降區的高度增加，池內沒有積煤，且濃縮池的清水層高度增加，沉淀塔的底流濃度在500 g/L以上，煤泥實現回收正常。優化后的煤泥水處理系統結構如圖3所示。

1.4.2 優化循環水消泡方法

循環水的消泡效果不佳一直是制約選煤廠正常生產的難題，為了提高循環水質量，減少泡沫對選煤效果的影響，在借鑒其他選煤廠消泡經驗的基礎上，對原消泡方法進行優化。一是在濃縮池溢流堰內側300 mm處安裝一圈由廢舊膠帶組成的高度500 mm圍堰，將泡沫圍在堰內，使其不隨溢流進入循環水池；二是在循環水管道上另接一根管道，并將其引到濃縮池入料管旁，利用高差將沉淀塔的溢流通過膠管小孔噴灑在泡沫表層，用于破壞池內泡沫結構。在不增加生產系統清水量和能耗的情況下，濃縮池的泡沫層被消除，能夠有效防止泡沫夾帶的高灰物進入循環水[12]。

圖3 優化后的煤泥水處理系統結構

此后，循環水濃度小于0.50 g/L，實現了清水選煤，為脫泥、脫介、粗煤泥降灰、浮選稀釋水添加奠定了基礎，重介系統介耗降低，精煤產率提高；選煤清水使用點被重新規范，清水消耗降低。

1.5 優化浮選生產系統

柴油對難浮煤泥的選擇性較差，且用量偏高。為了提高浮選效果，降低藥劑消耗，對捕收劑的種類和添加方式進行研究。一是基于對國內外捕收劑及其應用效果分析，采用MJ-9#作為內調煤的捕收劑；二是安裝兩臺FJR120浮選劑自動加藥系統，將藥劑添加方式由人工手動添加改為系統自動乳化及添加，在藥劑乳化后內調煤的浮選效果進一步提高。自動加藥系統與藥劑乳化裝置如圖4所示。

圖4 自動加藥系統與藥劑乳化裝置

1.6 優化重介質旋流器結構參數

石板選煤廠選用1300/920三產品重介質旋流器后，對原結構參數進行了優化。其精煤中心管標準直徑有380、390、400 mm三種，中煤中心管的標準直徑有370、385、400 mm三種，矸石底流口的標準直徑有245、265、285 mm三種，為選擇適合內調煤煤質特點的結構參數，經過近一年的探索，在保證精煤數質量和中煤、矸石質量的前提下，確定的最佳結構參數為精煤中心管直徑390 mm、中煤中心管直徑400 mm、矸石底流口直徑265 mm。一年多的試運行表明：該結構參數下設備分選效果較好。

為了進一步提高重介質旋流器的工作壓力，2013年5月將大合介泵的入料口直徑由150 mm×220 mm縮為150 mm×200 mm。在直徑縮小后，其流量不變，工作壓力升高，離心力場作用增強，矸石帶煤減少，分選效果提高。1300/920三產品重介質旋流器不同工作壓力下的分選效果見表3。

表3 1300/920三產品重介質旋流器不同工作壓力下的分選效果

由表3可知：大合介泵的工作壓力在0.26～0.28 MPa之間，小合介泵的工作壓力在0.31～0.33 MPa時，重介質旋流器的分選效果較好。

2 優化效果

通過生產系統優化前后的技術指標(表4)可知：優質煤與內調煤摻配后，原煤由難選變為較難選；粗精煤產率提高，重介質懸浮液穩定在較好水平，選煤數量效率由95%提高到98%以上，配煤的分選效果明顯提高，總精煤產率增加。

表4 生產系統優化前后的技術指標

在生產系統優化后，經濟效益提升明顯，根據2016年的技術指標計算的經濟效益見表5。

表5 2016年的經濟效益計算結果

注：計算經濟效益時已扣除優質煤采購成本和加工費。

3 結語

由于礦井的持續開采，煤炭賦存條件不斷發生變化；加上機械化采煤方式的推廣，難選煤數量越來越多。石板選煤廠通過不斷的優化與創新，為難選煤的分選和難浮煤泥的浮選提供了強有力的保證。在對生產系統優化后，精煤產率和數量效率均得到提高，產品質量得到保證，生產成本和工人勞動強度均降低，企業經濟效益顯著，為企業的生存和發展奠定了基礎。

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