從棄矸中回收低熱值燃料煤的工藝研究與應用

吳克勇

(四川川煤華榮能源股份有限公司 精煤分公司,四川 攀枝花 617065)

矸石是煤炭加工過程中的固體廢棄物。在洗選加工過程中，由于受質量要求、煤質狀況、洗選設備、生產工藝、操作技能等因素的影響，必然會出現矸石帶煤的現象[1]。大量矸石被丟棄，不僅占用土地資源，還會因自燃、雨淋、泥化等作用對環境產生污染，并且大量矸石的外排和堆放帶來的安全、環保、管理壓力也成為企業的嚴重負擔[2-3]。

川煤集團攀煤公司精煤分公司格里坪選煤廠于1989年正式建成投產,設計原煤入選能力為1.80 Mt/a，主選設備為LTG-15型跳汰機，采用跳汰、浮選聯合工藝，精煤產品為8級和10級煉焦煤。隨運行年限的增加，主要分選設備LTG-15型跳汰機老化嚴重，2018年一季度生產資料顯示：該機矸石產率為45%，矸石帶煤率(含<1.8 kg/L密度級物料)為10%，灰分為48.23%。理論分析表明，每年可從中回收8萬t灰分為60%的低熱值燃料煤，經濟效益顯著。

另外，該選煤廠生產的矸石需要通過1.8 km的索道運輸才能到達矸石堆放場，而選出的低熱值燃料煤可直接進入中煤系統，不僅可有效節約運輸成本，每年還可以減少8萬t的矸石堆放，進而減輕企業環保壓力。

1 矸石再選工藝

矸石再選采用原閑置的SKT跳汰機作為主選設備，在原系統矸石緩沖倉下方安裝分流閘板，使矸石既可直接外排，又可進入矸石再選系統[4]。生產時，采用帶式輸送機將矸石輸送到選煤機緩沖倉，再經過倉下振動給料機將矸石給入矸石跳汰機；矸石跳汰機排出的棄矸經斗式提升機脫水后，通過索道外排；低熱值燃料煤則通過溢流進入撈坑，經過斗式提升機脫水后進入原系統的中煤帶式輸送機。矸石再選設備流程如圖1所示。

圖1 矸石再選設備流程圖

2 矸石再選跳汰機改造

為更好地適應矸石的分選[5]，將原閑置的兩段式SKT跳汰機改為單段式跳汰機，并對篩板傾角和排料輪控制方式進行了調整。

2.1 篩板傾角的調整

與原煤比較，矸石分選密度高，在篩板上移動速度緩慢，嚴重影響處理能力和床層分層。調整篩板角度可以有效提高分選速度，基本原理是使顆粒在每一個跳汰周期內移動距離加大[6]。假設跳汰機的風量、水量和運動周期不變,則顆粒在不同角度篩板上的運動軌跡如圖2所示。

注:●為物料顆粒；L為物料移動距離；△L為物料移動增加距離。

由圖2可以看出,在同一個跳汰周期內,篩板傾角越大,顆粒在同一跳汰周期移動的距離就越大。經過多次計算分析和試驗比較，最終把篩板角度由3°提高至5°,從而使SKT跳汰機較好地適應了矸石的高密度分選。

2.2 排料輪控制方式優化

當來煤運輸量波動較大時，跳汰機排料輪可能發生卡輪現象。SKT跳汰機改成上排料結構后，排料輪長度增加了一倍，在增加重產物通過能力的同時，也直接降低了排料輪電機工作的頻率[7]，而跳汰機控制系統的變頻器出廠設置是V/F控制模式，電機在低頻、低轉速時轉矩比較小，所以導致了卡輪。將其調整為矢量控制模式之后，使電動機在基頻以下實現了恒轉矩。當電動機在低速運行區域內，變頻器能根據負載電流大小和相位進行轉差補償，從而有效解決了卡輪現象。

3 洗水控制工藝

3.1 斗式提升機溢流直接作為循環水

跳汰機每小時用水量為3～5 m3，這部分水直接從跳汰機溢流口進入斗式提升機，聚積在斗式提升機集水箱。工作時，聚積在斗式提升機集水箱的水量不斷增加，水中礦物不停地沉淀，然后被運轉的斗式提升機帶走。集水箱上層水相對澄清，可用管道將澄清水利用水位高差引入循環桶[8-9]。循環水進入循環桶后，采用泵直接輸送到跳汰機重復利用，循環水濃度高時通過閘門調整使之進入原系統濃縮機處理，暫從原系統高位水倉補充洗水。

原主選系統的斗式提升機溢流進入浮選系統，矸石再選的溢流水中物料灰分較高，不適合進入現有浮選系統，故將矸石再選系統中斗式提升機溢流直接作為循環水，最大限度地降低對原煤泥水系統的不良影響，實現系統的洗水閉路循環[10]。同時，生產中取消了濃縮、澄清等復雜的煤泥水處理環節，簡化了工藝，做到了既經濟、又節能。

3.2 溢流管安裝技術要求

溢流管安裝示意如圖3所示。

(1)溢流管的安裝高度，即斗式提升機底部到溢流管的垂直距離H2=3.5 m。溢流管盡量安裝在穩流層，位置過低，在脈沖水流的影響下粗顆粒容易進入溢流管，影響整個系統工作；位置過高，則會增加斗式提升機負荷。

(2)根據連通器原理，溢流管安裝高度不能高于溢流入口位置，并且要預留一定高度，否則會造成返水現象，溢流管安裝位置與溢流入口位置的高差H1=1 m。

圖3 溢流管安裝示意圖

(3)溢流管與斗式提升機結合部位應在斗式提升機的背面。這是因為粗顆粒物在脈沖水流的影響下是沿斗式提升機底部箱壁運動的。

4 改造效果

4.1 工藝指標

4.1.1 產品篩分試驗數據分析

入料(矸石)、輕產物及重產物的篩分試驗結果見表1。

表1 篩分試驗結果Table 1 Screen analysis %

由表1可以看出，從矸石中回收低熱值燃料煤之前矸石的灰分為75.77%，洗選后重產物的灰分為77.02%，說明矸石的含煤率有所降低；產品中輕產物的灰分在52.77%～69.84%之間,工藝效果明顯。

4.1.2 跳汰選矸工藝的優點[11]

(1)此工藝所用的部分設備和材料屬于閑置利用，改造使閑置的物資發揮了作用，大大降低了資金投入。

(2)此工藝投入生產后4個月即可收回成本，且當年就創造了可觀的利潤，給企業帶來明顯的經濟效益。

(3)該工藝所用的都是常用洗選設備，不需要引進新的技術，生產狀況良好，維護成本低。

(4)工藝流程簡單，不需要太多的勞動力和技術投入。

(5)矸石再選完善了選煤廠產品結構，豐富了產品規格，減少了資源浪費和環境污染[12]。

4.2 經濟效益

4.2.1 成本計算

(1)該系統設備總功率為280 kW，每班運轉7 h，每年320個生產班，年耗電量為62.72萬kW·h，其他費用為42.65萬元(含改造、購買設備費用，折算為每年15萬元，年水費為3.75萬元，人員工資為23.90萬元)。

(2)每年維護費用10萬元。

4.2.2 銷售收入及新增利潤

新增低熱值燃料煤7.50萬t，回收率為93.75%。低熱值燃料煤銷售價格按150元/t計算，每年可增收1 125萬元。綜上，新增利潤為1 125萬元-42.65萬元-10萬元=1 072.35萬元。

5 結語

跳汰選矸具有工藝簡單、技術成熟、便于管理、加工費低等優點，是一種有效從棄矸中回收低熱值燃料煤的分選工藝。此工藝不但提高了煤炭資源的利用率，為企業增加了可觀的經濟效益，而且大大減少了矸石排放，有效節約了運輸成本，節約了土地資源，減輕了大量矸石外排和堆放給企業帶來的安全、環保、管理壓力，是一項符合國家環保節能要求的環保項目，因此還具有良好的社會效益。