金鳳洗煤廠工藝升級(jí)改造實(shí)踐

董衛(wèi)黨，朱金波

(安徽理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 淮南 232001)

煤炭是我國(guó)的主要能源，隨著煤炭開(kāi)采程度的加大，煤質(zhì)越來(lái)越差，直接使用會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，因此煤炭的洗選加工十分重要[1-5]。金鳳洗煤廠是一座群礦型選煤廠，位于寧夏回族自治區(qū)吳忠市，隸屬于神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)選配煤中心，設(shè)計(jì)能力為8.00 Mt/a，主要入選金鳳礦井和金家渠礦井原煤，煤質(zhì)具有特低灰或低灰、低硫、中高揮發(fā)分、高熱值、不具粘結(jié)性等主要特征，是良好的動(dòng)力、氣化、間接液化、噴吹配煤等用煤。該廠一期系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力為4.00 Mt/a，于2014年3月投入使用，入選金鳳礦井原煤。文章對(duì)金鳳洗煤廠一期分選系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行了介紹，分析存在的問(wèn)題，并對(duì)二期系統(tǒng)的分選工藝提出設(shè)計(jì)建議。

1 現(xiàn)有工藝系統(tǒng)

在金鳳洗煤廠一期生產(chǎn)系統(tǒng)中，200～25 mm粒級(jí)塊煤采用淺槽重介分選機(jī)分選，25～1.5 mm粒級(jí)末煤采用有壓兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選，1.5～0.1 mm粒級(jí)粗煤泥采用螺旋分選機(jī)分選，0.1～0 mm粒級(jí)煤泥采用三段濃縮回收(兩段串聯(lián)濃縮和一段凈化濃縮，即沉降過(guò)濾式離心機(jī)和快開(kāi)壓濾機(jī)聯(lián)合回收的工藝)，主要產(chǎn)品為：>25 mm粒級(jí)塊精煤，灰分低于10%，地銷(xiāo)民用；<25 mm粒級(jí)洗混煤，灰分低于17%,可作為煤制油原料煤；<25 mm粒級(jí)不入選的混煤，發(fā)熱量高于18.84 MJ/kg，可供電廠；<25 mm粒級(jí)全入選的洗末煤，灰分低于8%，作為高爐噴吹用煤；煤泥晾干后地銷(xiāo)民用。

1.1 原煤篩分系統(tǒng)

入選原煤在分選前破碎至200 mm以下，破碎后的原煤采用兩臺(tái)博后篩進(jìn)行25 mm分級(jí)，其中>25 mm粒級(jí)進(jìn)入塊煤分選系統(tǒng)而<25 mm粒級(jí)處理方式為：生產(chǎn)噴吹煤時(shí)，<25 mm粒級(jí)煤不脫粉全部進(jìn)入末煤分選系統(tǒng)；生產(chǎn)動(dòng)力煤或化工用煤時(shí)，<25 mm粒級(jí)經(jīng)過(guò)6(3) mm脫粉后，25～6(3) mm粒級(jí)進(jìn)入末煤分選系統(tǒng)，<6(3) mm粒級(jí)粉煤直接作為混煤產(chǎn)品；當(dāng)生產(chǎn)動(dòng)力煤時(shí)，<25 mm粒級(jí)末煤也可以不經(jīng)脫粉直接作為混煤產(chǎn)品。

1.2 塊煤分選系統(tǒng)

>25 mm粒級(jí)塊煤分選時(shí)，采用篩孔為6 mm的濕法脫泥篩預(yù)先脫泥，篩上物進(jìn)入淺槽重介分選機(jī)分選，選后精煤分別經(jīng)脫介、脫水、分級(jí)，分成200～25 mm粒級(jí)和25～0 mm粒級(jí)兩種產(chǎn)品：200～25 mm粒級(jí)大塊精煤再經(jīng)50 mm、25 mm分級(jí)，分成200～50 mm粒級(jí)洗大塊、50～25 mm粒級(jí)洗中塊和<25 mm粒級(jí)的末煤；25～0 mm粒級(jí)末精煤進(jìn)入末煤離心機(jī)二次脫水后作為最終產(chǎn)品。脫泥篩篩下物經(jīng)振動(dòng)弧形篩、直線(xiàn)振動(dòng)篩預(yù)脫水，再經(jīng)末煤離心機(jī)二次脫水后摻入混煤產(chǎn)品，弧形篩篩下水、直線(xiàn)振動(dòng)篩篩下水、離心液進(jìn)入一段濃縮機(jī)；濃縮機(jī)底流可經(jīng)篩網(wǎng)沉降離心機(jī)脫水后摻入混煤產(chǎn)品，也可經(jīng)脫泥篩脫泥后進(jìn)入末煤分選系統(tǒng)。

1.3 末煤分選系統(tǒng)

25～0 mm粒級(jí)末煤分選時(shí)，首先經(jīng)孔徑為1.5 mm的脫泥篩脫泥，脫泥后的末原煤采用兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選，旋流器溢流經(jīng)過(guò)脫介脫水后成為末精煤；旋流器底流經(jīng)過(guò)脫介脫水后成為矸石。

末原煤脫泥篩下1.5～0 mm粒級(jí)煤泥水經(jīng)分級(jí)旋流器組濃縮分級(jí)后，溢流至濃縮車(chē)間，底流進(jìn)入煤泥螺旋分選機(jī)分選；螺旋分選機(jī)輕產(chǎn)物經(jīng)過(guò)振動(dòng)弧形篩、煤泥離心機(jī)脫水后成為粗精煤，摻入末精煤中，尾煤經(jīng)高頻篩脫水后成為矸石產(chǎn)品，摻入矸石中；振動(dòng)弧形篩篩下水、離心機(jī)離心液、高頻篩篩下水進(jìn)入螺旋分選機(jī)尾煤桶。

1.4 煤泥水處理系統(tǒng)

煤泥水系統(tǒng)采用兩段串聯(lián)濃縮、第三段凈化濃縮的處理方式，一段底流采用沉降過(guò)濾式離心機(jī)回收，濾餅直接進(jìn)入末精煤，濾液同一段溢流進(jìn)二段濃縮機(jī)；二段濃縮機(jī)底流采用快開(kāi)隔膜壓濾機(jī)回收，二段濃縮機(jī)的部分溢流做循環(huán)水，另一部分溢流進(jìn)入三段濃縮機(jī)凈化；三段底流進(jìn)快開(kāi)壓濾機(jī)，溢流凈化水作為冷卻水或循環(huán)水使用，壓濾機(jī)濾液返回二段濃縮機(jī)。二、三段壓濾機(jī)濾餅作為煤泥產(chǎn)品，既能摻入末精煤，也能單獨(dú)作為煤泥產(chǎn)品。

1.5 介質(zhì)回收系統(tǒng)

在塊煤、末煤介質(zhì)回收系統(tǒng)中，脫介篩合格介質(zhì)與分流的合格介質(zhì)一起直接進(jìn)入合格介質(zhì)桶循環(huán)使用。脫介篩的稀介質(zhì)與分流出的部分合格介質(zhì)進(jìn)入稀介桶，經(jīng)泵輸送至磁選機(jī)回收介質(zhì)，磁選精礦進(jìn)入合格介質(zhì)桶；塊煤磁選尾礦作為塊煤脫泥篩噴水，末煤磁選尾礦進(jìn)入末煤煤泥水桶，通過(guò)泵送至末煤分選系統(tǒng)的粗煤泥分選系統(tǒng)。合格的磁鐵礦粉通過(guò)介質(zhì)添加系統(tǒng)的濃介泵補(bǔ)加至合格介質(zhì)桶。

1.6 存在問(wèn)題

金家渠礦井所產(chǎn)原煤灰分高、質(zhì)量不穩(wěn)定，需要進(jìn)行洗選，以滿(mǎn)足產(chǎn)品質(zhì)量要求和國(guó)家相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策。金鳳洗煤廠一期系統(tǒng)分選能力為4.00 Mt/a，僅能滿(mǎn)足先期建成的金鳳的礦井煤炭分選，分選能力不足。

金家渠礦井和金鳳礦井生產(chǎn)煤質(zhì)不完全相同，當(dāng)煤質(zhì)差別較大時(shí)，兩礦的塊煤產(chǎn)品需要單獨(dú)銷(xiāo)售，因此要求金鳳洗煤廠生產(chǎn)工藝適應(yīng)金家渠礦井和金鳳礦井原煤，既可以實(shí)現(xiàn)配煤入選，也可以實(shí)現(xiàn)分時(shí)輪選。

2 二期系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)

2.1 二期煤質(zhì)資料分析

2.1.1 篩分資料分析

金鳳選煤廠入選原煤粒度組成見(jiàn)表1。由表1可知：原煤灰分為23.00%，屬中灰分煤；原煤中>50 mm粒級(jí)中的矸石產(chǎn)率為4.18%，屬中等含矸率；<0.5 mm粒級(jí)灰分顯著高于其他粒級(jí)灰分，說(shuō)明矸石易碎。

2.1.2 浮沉試驗(yàn)資料分析

金鳳選煤廠入選原煤200～25mm粒級(jí)和25～6 mm粒級(jí)的浮沉試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2和表3。

表1 原煤篩分試驗(yàn)表

由表2和表3可知：200～6 mm粒級(jí)原煤中<1.5 g/cm3的低密度物綜合產(chǎn)率高達(dá)75.19%、綜合灰分僅為5.48%；1.5～1.8 g/cm3中間密度物綜合產(chǎn)率僅為4.08%；>1.8 g/cm3高密度物產(chǎn)率較高，綜合產(chǎn)率為20.73%，綜合灰分為80.07%?？梢?jiàn)，入選原煤中低密度物含量多，灰分低；高密度物含量次之，灰分較高；中間密度物含量非常少。當(dāng)分選密度在1.50～1.80 g/cm3之間時(shí)，原煤的可選性為易選或中等可選。

2.1.3 可選性評(píng)定

金鳳選煤廠入選原煤200～25 mm粒級(jí)和25～6 mm粒級(jí)的可選性曲線(xiàn)如圖1和圖2所示。

由表2和圖1中可知：當(dāng)理論分選密度為1.70 g/cm3和1.80 g/cm3時(shí)，δ±0.1含量分別為12.93%和13.79%，可選性等級(jí)為中等可選；當(dāng)理論分選密度為1.90 g/cm3時(shí)，δ±0.1含量<10%，可選性屬易選。由表3和圖2中可知：當(dāng)理論分選密度分別為1.70 g/cm3、1.80 g/cm3和1.90 g/cm3時(shí)，δ±0.1含量均小于10%，可選性屬易選。

表2 200～25 mm入選原煤浮沉試驗(yàn)綜合表

表3 25～6 mm入選原煤浮沉試驗(yàn)綜合表

圖1 200～25 mm粒級(jí)塊原煤可選性曲線(xiàn)

圖2 25～6 mm粒級(jí)塊原煤可選性曲線(xiàn)

2.2 二期選煤方法比選

根據(jù)煤質(zhì)資料分析和產(chǎn)品粒度、灰分要求，針對(duì)金鳳洗煤廠二期系統(tǒng)擬定兩種選煤方案進(jìn)行比較：

方案一：二期原煤經(jīng)25 mm分級(jí)后200～25 mm粒級(jí)塊煤采用淺槽重介分選機(jī)分選，25～6(3) mm粒級(jí)末煤采用有壓兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選，粗煤泥采用螺旋分選機(jī)分選，煤泥水采用現(xiàn)有三段濃縮(即兩段串聯(lián)濃縮+凈化濃縮)回收工藝。

方案二：二期原煤經(jīng)25 mm分級(jí)后200～25 mm粒級(jí)塊煤采用淺槽重介分選機(jī)分選，25～6(3)mm粒級(jí)末煤采用無(wú)壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選，粗煤泥采用螺旋分選機(jī)分選，煤泥水采用現(xiàn)有三段濃縮(即兩段串聯(lián)濃縮+凈化濃縮)回收工藝。

方案一和方案二的比選也就是有壓兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器與無(wú)壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的比選。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，廠外系統(tǒng)不具備出中煤的條件，因此，無(wú)壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器只能當(dāng)兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器使用[6-9]。無(wú)壓三品重介質(zhì)旋流器雖然可以以較低的分選密度實(shí)現(xiàn)高密度排矸，但缺點(diǎn)是懸浮液循環(huán)量大、所需壓力高、廠房高度高[10-13]。

在有壓兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選工藝中，循環(huán)懸浮液量少、所需壓力低、廠房高度低。因原煤的中間密度級(jí)產(chǎn)物含量很少，其不出中煤的情況下能夠保證精煤的指標(biāo)和矸石的純度。缺點(diǎn)是混料泵對(duì)煤有一定的破碎作用、對(duì)管道磨損大[14-16]。

根據(jù)流程計(jì)算，得出方案一和方案二的最終產(chǎn)品對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可以看出，兩種方案最終產(chǎn)品指標(biāo)相差不大，其中方案一產(chǎn)率和灰分稍高。

表4 二期不同方案最終產(chǎn)品對(duì)比

綜上所述，兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，兩者最終產(chǎn)品、投資、電耗都相差不大。由一期工程的生產(chǎn)實(shí)踐可知，一期現(xiàn)有選煤方法較好地滿(mǎn)足了實(shí)際生產(chǎn)需要。根據(jù)方案對(duì)比結(jié)果，并結(jié)合系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性和維修保障兼容性等因素，確定方案一為二期選煤工藝。

2.3 二期工藝分選下限

由表1可知：原煤中<6 mm粒級(jí)含量為39.03%，粉煤含量高，因煤泥灰分較高，可知矸石易泥化，因此在滿(mǎn)足產(chǎn)品質(zhì)量要求的前提下，應(yīng)盡量減少原煤水洗的數(shù)量。而脫粉粒度的選擇對(duì)入選量的影響十分明顯，且隨著脫粉粒度的降低，篩分設(shè)備的單位面積處理能力和篩分效率都將有所下降。脫粉粒度的降低將提高入選量，增大矸石排放量，降低洗混煤的灰分，同時(shí)會(huì)增大煤泥量和洗混煤水分。

對(duì)優(yōu)選方案的最終產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)測(cè)分析，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 二期系統(tǒng)不同分選下限的洗混煤產(chǎn)品灰分、發(fā)熱量對(duì)照

由表5可知，二期分選下限為6 mm時(shí)可滿(mǎn)足集團(tuán)煤化工(煤制油)原料煤17%最低灰分要求；二期分選下限為3 mm時(shí)可滿(mǎn)足集團(tuán)煤化工(煤制油)原料煤12%～15%的最佳灰分要求；二期分選下限為6 mm時(shí)生產(chǎn)的洗混煤和一期分選下限3 mm、螺旋分選機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的洗混煤混合后產(chǎn)品灰分為14.55%可滿(mǎn)足集團(tuán)煤化工(煤制油)原料煤12%～15%最佳灰分要求。

綜上所述，二期分選下限推薦為6 mm，并結(jié)合具體煤質(zhì)和產(chǎn)品要求靈活調(diào)整，在滿(mǎn)足產(chǎn)品質(zhì)量要求的情況下盡可能的降低入選粉煤量和煤泥量，減小煤泥水系統(tǒng)壓力。

2.4 二期設(shè)備選型

為提高對(duì)煤質(zhì)的適應(yīng)性，二期系統(tǒng)按照3 mm脫粉來(lái)進(jìn)行設(shè)備選型。金鳳選煤廠一、二期主要設(shè)備的選型見(jiàn)表6。從表6可以看出：此次選型主要依據(jù)工藝流程的特點(diǎn)、煤質(zhì)波動(dòng)區(qū)間及現(xiàn)場(chǎng)使用效果等方面進(jìn)行設(shè)備選型。在充分的煤質(zhì)分析和工藝流程計(jì)算的基礎(chǔ)上，整個(gè)分選系統(tǒng)設(shè)備具有以下特點(diǎn)：

表6 主要設(shè)備選型

(1)技術(shù)先進(jìn)，處理量大，而且具有很強(qiáng)的煤質(zhì)適應(yīng)性和整體配套性。塊煤重介分選系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足>13 mm粒級(jí)塊煤全部入選的需要，末煤分選系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足3 mm脫粉入選的需要。

(2)設(shè)備質(zhì)量的可靠性高、穩(wěn)定性好、適應(yīng)性強(qiáng)，適應(yīng)客觀條件變化的能力強(qiáng)。

(3)一期25 mm原煤分級(jí)篩選擇的是博后篩，日常檢修維護(hù)工作量大，能耗高；二期25 mm原煤分級(jí)篩選擇雙層馳張篩，上層固定篩板分級(jí)，下層弛張篩板脫粉，可增加篩分面積，提高脫粉效率，減小設(shè)備占地面積，降低煤泥水系統(tǒng)負(fù)荷。

(4)一期壓濾機(jī)選擇的是500 m2快開(kāi)式壓濾機(jī)，處理能力低；二期選擇800 m2快開(kāi)壓濾機(jī)，處理量增大。

3 改造后工藝系統(tǒng)

3.1 原煤準(zhǔn)備系統(tǒng)

二期系統(tǒng)新增3個(gè)10 000 t原煤倉(cāng)，倉(cāng)上設(shè)2條配倉(cāng)刮板輸送機(jī)，可實(shí)現(xiàn)新老原煤倉(cāng)內(nèi)原煤靈活配入一、二期系統(tǒng)，不僅實(shí)現(xiàn)了金鳳礦井原煤和金家渠礦井原煤都可以進(jìn)入一、二期洗選系統(tǒng)，還能根據(jù)煤質(zhì)情況實(shí)現(xiàn)配煤入選。

3.2 原煤篩分系統(tǒng)

二期主廠房?jī)?nèi)設(shè)一套原煤分級(jí)系統(tǒng)和脫粉系統(tǒng)。原煤經(jīng)除鐵、25 mm分級(jí)后，>25 mm粒級(jí)塊煤進(jìn)入淺槽重介分選系統(tǒng)；<25 mm經(jīng)過(guò)脫粉后，25～6(3) mm進(jìn)入末煤分選系統(tǒng)，<6(3) mm粉原煤直接作為末煤產(chǎn)品；<25 mm末煤不分選時(shí)直接作為末煤產(chǎn)品。

根據(jù)金鳳洗煤廠建成以來(lái)的噴吹煤銷(xiāo)量分析，噴吹煤產(chǎn)品一般年銷(xiāo)售量30萬(wàn)t左右，最高不超過(guò)70萬(wàn)t，一期系統(tǒng)采用錯(cuò)時(shí)開(kāi)車(chē)方式就能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。

3.3 分選系統(tǒng)

當(dāng)二期分選系統(tǒng)中的塊煤不分選時(shí)可通過(guò)50 mm、25 mm分級(jí)，最終產(chǎn)出200～50 mm粒級(jí)大塊、50～25 mm粒級(jí)中塊和<25 mm粒級(jí)末煤三種產(chǎn)品。當(dāng)>25mm粒級(jí)塊煤需要分選時(shí)，采用6 mm脫泥篩濕法脫泥，篩上物進(jìn)入淺槽重介分選機(jī)分選， 6～0 mm粒級(jí)經(jīng)振動(dòng)弧形篩、直線(xiàn)篩預(yù)脫水，再經(jīng)末煤離心機(jī)二次脫水后摻入混煤產(chǎn)品；弧形篩篩下水、直線(xiàn)篩篩下水、離心液進(jìn)入分級(jí)旋流器，分級(jí)旋流器溢流進(jìn)入一段濃縮機(jī)，底流經(jīng)篩網(wǎng)沉降離心機(jī)脫水后摻入混煤產(chǎn)品。

塊煤經(jīng)淺槽重介分選機(jī)分選后，精煤分別經(jīng)脫介脫水和分級(jí)，分成200～25 mm粒級(jí)和25～0 mm粒級(jí)兩個(gè)產(chǎn)品，其中：200～25 mm粒級(jí)大塊精煤在塊煤裝車(chē)點(diǎn)經(jīng)80 mm、50 mm、25 mm分級(jí)，分成200～80 mm粒級(jí)精大塊、80～50 mm粒級(jí)精中塊、50～25 mm粒級(jí)精小塊和<25 mm粒級(jí)限下末煤；也可以在塊煤倉(cāng)經(jīng)50 mm、25 mm分級(jí)，分成200～50mm粒級(jí)混大塊、50～25 mm粒級(jí)精小塊和<25 mm粒級(jí)末煤。

3.4 產(chǎn)品存儲(chǔ)

新增塊煤裝車(chē)點(diǎn)，設(shè)塊精煤分級(jí)篩，塊精煤分級(jí)后直接裝車(chē)，減少塊精煤破碎。與原有的塊煤倉(cāng)裝車(chē)相比，利用新增塊煤直裝點(diǎn)裝車(chē)，跌落次數(shù)減少1次，跌落高度減降低5 m，且省去配倉(cāng)刮板輸送機(jī)，可減少塊煤損失。

延長(zhǎng)原有一期塊煤、混煤、矸石帶式輸送機(jī)機(jī)尾至二期主廠房，二期不分選的末原煤或脫粉脫下來(lái)的粉煤由新增的粉(末)原煤刮板輸送機(jī)收集后，進(jìn)入現(xiàn)有的末原煤轉(zhuǎn)載刮板輸送機(jī)，不僅實(shí)現(xiàn)了既可利用塊煤汽車(chē)裝車(chē)倉(cāng)分倉(cāng)存儲(chǔ)，還可利用塊煤直裝點(diǎn)直接裝車(chē)運(yùn)至儲(chǔ)煤場(chǎng)分儲(chǔ)。

4 結(jié)語(yǔ)

金鳳洗煤廠通過(guò)二期系統(tǒng)的升級(jí)改造，既滿(mǎn)足了金家渠礦井生產(chǎn)入選需求，又可靈活調(diào)整洗煤廠的生產(chǎn)方式，生產(chǎn)出的產(chǎn)品不僅指標(biāo)穩(wěn)定，且符合產(chǎn)品質(zhì)量要求。