山西陽煤一礦選煤廠末煤重介系統改造設計

黃國棟

(大地工程開發(集團)有限公司 天津分公司，天津 300381)

陽泉煤業(集團)有限責任公司一礦選煤廠位于山西省陽泉市西北部，蒙村河上游，距市中心十公里，有專用鐵路線與石太線相連，有公路直通市區，交通便利。

陽煤一礦自建設至今已有60年歷史，期間，選煤廠進行過多次系統的擴建和技術改造，工業廣場內建筑物布置較為復雜。現有選煤工藝為：90～13 mm粒級塊煤采用淺槽重介分選機分選，13～9 mm粒級粒煤采用跳汰機分選，<9 mm粒級末煤不入選。其中淺槽重介分選系統采用6臺3661香蕉篩進行13 mm干法分級，篩上物進淺槽重介分選機分選，13～0 mm篩下物運至粒煤跳汰車間，主要產品有洗中塊、洗小塊、粒精煤和末煤。

1 存在問題及煤質分析

1.1 存在問題

粒煤跳汰分選系統存在分選精度較低，循環水用量大，<13 mm粒級原煤進行9 mm分級時，末煤透篩量大等缺點[1]。2015年4月粒煤跳汰系統停用后，13～0 mm粒級末煤不入選，直接上煤臺儲存。由于陽煤一礦礦井開采進入構造帶，原煤煤質變差，構造帶末煤灰分達到30%以上，發熱量降至21.3 MJ/kg左右，硫分2.37%，產品質量較以前下降明顯，導致該部分低質末煤銷售困難，大量積壓，影響了礦井的生產與經濟效益[2]。

1.2 末煤煤質分析

陽煤一礦主要開采丈八煤(15#煤)，煤種為無煙煤。2015年4月2日末煤篩分浮沉試驗結果，見表1。由表1可知：

(1)<13 mm各粒級含量不均勻，6～3 mm粒級和3～1 mm粒級含量較高，分別為24.32%和23.63%，其他均在15%以下。由于6～1 mm粒級含量高達47.95%，說明3 mm篩分難度較大。

(2)末原煤灰分較高，為30.71%，灰分隨粒度的降低呈下降趨勢，說明煤相對于矸石易碎。

(3)末原煤硫分較高，為2.37%，各粒級硫分不同，>3 mm粒級硫分較高，均在2.53%以上，其中：6～3 mm粒級硫分最高，為2.6%；<3 mm粒級硫分均在2.31%以下，<0.50 mm粒級最低，為1.97%。總體上粒度越大，灰分越高，硫分越高。

13～3 mm粒級原煤浮沉綜合表見表2。由表2可知：13～3 mm粒級低密度物含量高，<1.4 g/cm3密度級含量44.88%，灰分為8.36%；>1.8 g/cm3密度級累計含量為34.89%，灰分為77.42%，矸石含量較高；當分選密度為1.9 g/cm3時，理論精煤灰分為14.32%，硫分為1.73%，其可選性為較難選。

表1 末煤篩分浮沉試驗表Table 1 Small coal screen and float-and-sink analysis %

注：1～0.5 mm粒級占全樣為12.96%，灰分為23.73%，硫分為2.31%；<0.5 mm粒級占全樣為14.73%，灰分為21.66%，硫分為1.97%；全樣綜合灰分為30.71%，綜合硫分為2.37%。

表2 13～3 mm原煤浮沉綜合表Table 2 Composite float-and-sink data of the 13-3 mm raw coal %

2 改造方案

2.1 改造目標

本次技術改造目的是提高末煤產品質量，增加企業效益。技術改造時，拆除原有末煤跳汰系統，新增末煤重介系統。改造在現有礦井及選煤廠工業廣場范圍內進行，新增末煤重介分選系統的來煤及產品必須與現有系統做好銜接，同時避讓已有建筑物。末煤重介系統設計規模與現有礦井和選煤廠的生產能力相適應，最終確定末煤重介系統設計處理能力為5.0 Mt/a,小時處理能力為946.97 t。

2.2 選煤方法及工藝流程

2.2.1 末煤選煤方法

根據煤質資料、產品結構等基礎資料和確定的相關設計原則，在對煤質數據進行詳細分析和對可能工藝方案綜合比較預測的基礎上[3]，分選工藝確定為：13～3 mm粒級原煤采用無壓三產品重介質旋流器分選，3～0 mm粒級粉煤不入選[4-5]，粗煤泥(1～0.25 mm)由離心機回收，細煤泥(0.25～0 mm)由壓濾回收。

2.2.2 改造后的工藝流程

原煤準備：<13 mm粒級末煤通過A201皮帶運輸至現有粒級煤車間進行3 mm脫粉，13～3 mm粒級末煤進入無壓三產品重介質旋流器分選，<3 mm粒級原煤由A702膠帶轉運至A705膠帶后進末煤倉經鐵路裝車外運，也可轉載至煤臺或進粒級煤倉儲存。

分選系統：13～3 mm粒級末煤進入無壓三產品重介質旋流器分選，精煤經弧形篩預先脫介后，進入精煤脫介篩脫介脫水，精煤脫介篩為雙層篩，上層篩孔為9 mm，下層篩孔為1 mm，13～9 mm粒級精煤經脫介脫水后直接進入轉運膠帶，可單獨運輸至粒煤產品倉；9～1 mm粒級末精煤進入離心機再次脫水作為末精煤產品。該系統可根據市場情況及產品質量要求調整系統是否分選出中煤產品，在不出中煤情況下，中煤混入精煤產品中；出中煤產品時，分選出的中煤經弧形篩、振動脫介篩脫介脫水后運至原粒級煤系統中煤倉。分選出的矸石經振動脫介篩脫介脫水后轉運至現有重介塊煤矸石倉。

介質回收系統：弧形篩和精煤、中煤、矸石振動脫介篩的篩下合格介質進入布置在粒級煤車間的合格介質桶，稀介質自流(加設緩沖箱)至磁選機，磁選精礦自流至合格介質桶，磁選尾礦進入原粒級煤車間分級旋流器入料池。

煤泥水系統：分級旋流器入料池中的煤泥水由泵打至分級旋流器分級，分級粒度為0.25 mm。分級旋流器的底流進入煤泥離心機脫水，脫水后的粗煤泥摻入末精煤，煤泥離心機離心液進入分級旋流器入料池。分級旋流器溢流進入現粒級煤車間煤泥桶，由煤泥水轉排泵打入現有兩臺φ20 m的濃縮機進行濃縮，濃縮機的底流由壓濾機回收作為煤泥產品，煤泥經收集運至現干燥車間或煤泥棚。濃縮機溢流作為循環水使用。

末精煤在運輸過程中與回收的粗煤泥及<3 mm末煤混合作為動力煤產品，匯總收集膠帶上設有灰水熱值分析儀，根據監測的產品發熱量指標，反饋給調度集控中心，由集控調整參數，通過介質制備系統調配出合適分選密度的合格介質，生產出滿足要求的動力煤產品。

系統調整靈活，生產工藝成熟、先進，精煤產率高，產品結構搭配靈活多樣，對市場多元化需求適應性強。

2.3 主要設備選型

所選設備技術先進、性能可靠、高效低耗，主要分選設備及生產輔助設備的關鍵部件選用進口組裝產品，包括原煤分級篩、脫介篩、磁選機、離心機、集中控制系統、在線密度儀、各種壓力、液位、料位、扭矩傳感器、各種電動(或氣動、液壓)執行機構、關鍵閥門(閘門)及配套設施。輸送機及其他泵類采用國內知名廠家的先進可靠設備，主要設備選型見表3。

2.4 工藝布置

陽煤一礦礦井工業場地建筑物較多，自建廠以來經過多次改造，工業場地布局復雜，新增重介末煤分選車間工業場地位于原粒級煤車間東側13.2 m以東、煤臺返煤地道以西的空地。選煤廠新增的主要生產設施包括原粒煤車間改造、末煤重介車間及膠帶棧橋，其它均利用原有設施。

2.4.1 末原煤

<13 mm粒級末煤經A201膠帶進入粒級煤車間進行3 mm分級，13～3 mm粒級進入無壓三產品重介質旋流器分選；<3 mm原煤經A702膠帶轉運至A705膠帶后進末煤倉，由鐵路裝車外運，也可轉載至煤臺或進粒級煤倉儲存。末精煤產品經轉載至現粒級煤車間外棧橋A705末煤膠帶機，實現末精煤既可進末煤倉由鐵路裝車外運，也可轉載至煤臺或進粒級煤倉儲存。末精煤產品運輸設備與現有返煤系統設備互不干擾。13～9 mm粒級煤經A706膠帶機轉載給入A707膠帶機入粒級煤倉。

末煤重介分選系統矸石最終給至現有重介塊煤矸石運輸系統，運輸路線為：原粒煤車間→原轉載點→原洗煤樓→主廠房(重介塊煤)→塊煤矸石倉。

2.4.2 原粒煤車間改造

粒煤車間頂層布置了末原煤篩分系統對原煤進行3 mm脫粉，共設置了4臺3610雙層弛張篩，4臺弛張篩平行布置，整齊美觀，通過一條配篩刮板布料。13～3 mm的粒煤通過膠帶轉載輸送至末煤重介車間分選；3～0 mm的末煤通過A702膠帶運輸到A705膠帶或51#膠帶。

車間六層設置有一臺φ500 mm×9的分級旋流器組，五層設置有3臺φ1 000 mm型的煤泥離心機，離心機脫水后的產品通過2#轉載點至末精煤帶式輸送機轉載到A705膠帶。

車間二層設有4臺φ1 219 mm×2 972 mm的磁選機，一層新增有兩臺合介桶與合介泵。兩臺合介泵距離檢修口或檢修門均較近，檢修方便。

2.4.3 末煤重介車間

末煤重介車間主要分為五層進行布置(局部地下結構)。車間的頂層(標高+34.00 m)布置有末原煤入洗膠帶；四層(標高+27.00 m)主要布置有兩臺三產品旋流器；三層(標高+22.80 m)布置了預脫介弧形篩；二層(標高+18.50 m)主要布置脫介篩、矸石脫介篩、中煤脫介篩及粒精煤皮帶和末中煤皮帶；一層(標高+13.50 m)布置有末精煤離心機、末矸石膠帶及介質庫與清掃泵；局部地下室部分布置了末精煤膠帶、清掃泵。

整個車間內布置有樓梯間和提升孔，各個設備上方均考慮了相應的檢修梁。廠房內盡量采用臺階式布置，實現一臺起重機滿足每一臺設備的起重要求。

末煤重介車間的工藝系統簡述如下：來自原粒煤車間的入選末原煤首先進入兩臺無壓三產品重介質旋流器進行分選；精煤產品通過兩臺弧形篩脫介后進入兩臺雙層精煤脫介直線篩進一步脫介、脫水、分級，精煤脫介篩篩上13～9 mm粒級粒精煤直接運走，精煤脫介篩下層篩上9～1 mm粒級末精煤先進入兩臺末精煤離心機脫水后，由末精煤膠帶輸送機運出車間；中煤經弧形篩、中煤脫介篩脫水脫介后出車間；矸石進入兩臺矸石脫介篩脫介脫水后至塊煤重介矸石運輸系統。

3 改造后的問題及對策

根據該選煤廠的原煤篩分資料，<13 mm粒級原煤中<3 mm粒級原煤灰分較低，發熱量能滿足商品煤銷售要求，這也是工藝流程采用3 mm脫粉的重要原因[6]。但是，根據末原煤篩分資料分析，該廠<13 mm各粒級含量不均，3 mm篩分較為困難。為了有效提高3 mm篩分的效率，本次改造在原煤脫粉環節采用了4臺AFDD3610雙層弛張篩(上層篩孔9 mm、下層篩孔3 mm)。

在帶煤調試期間，當末原煤水分≤6%時，弛張篩篩分效果良好，基本能達到850 t/h的處理能力；當末原煤水分在7%～9%之間波動時，弛張篩篩分效果較差，系統處理能力降低到500 t/h[7]。

經過對原煤水分和粒度進行分析發現，水分是影響弛張篩篩分效果的最主要因素，同時末原煤中片狀、板狀物料較多，而弛張篩篩孔多為長方形孔，所以導致實際篩分中透篩困難[8]。此外，該廠末原煤黏性較大，水分高于7%時手握即可成團，且不易散開。

弛張篩脫粉效果差，粉煤黏附在煤粒表面，大量帶入分選系統，導致脫介效果差介質消耗增加；濃縮機中煤泥量增加，影響濃縮效果，會導致濃縮機溢流濃度升高。為了保證選煤廠的正常運行，必須提高末原煤脫粉環節的處理能力和脫粉效率[9]。

根據以上分析，在末原煤水分不斷變化的情況下要想使脫粉環節達到設計處理能力，必須調整篩孔尺寸。經過現場多次帶煤試驗，將雙層篩上層篩面去除，下層篩面采用入料端5塊6 mm篩板、中間10塊4 mm篩板、出料端16塊3 mm篩板的布置形式，可以達到設計處理能力950 t/h，且脫粉效率為80%，同時弛張篩下末煤發熱量等指標亦能滿足商品煤銷售要求[10]。

4 結語

陽泉一礦選煤廠技術改造于2016年4月底開工建設，同年底竣工進入調試期；在末原煤脫粉環節通過對弛張篩篩面進行調整，使各項指標均達到了設計要求，于2017年10月完成了單項工程的驗收工作。

陽泉一礦選煤廠改造工藝設計在詳細的煤質分析的基礎上，依據高產高效的原則進行全面設計。在改造設計的各個環節，充分考慮各種工藝設備和環節的要求，使系統各個環節相互配套、協調，實現全系統的整體高效。在原有工業場地建筑較多，空間緊張狹小的情況下，通過多方面比較進行了合理布置，較好地利用了現有場地，實現了末原煤提質增效的設計目標。