ZM礦物高效分離機在開灤東歡坨礦的應用

夏靈勇，田立新，王海生

(開灤集團公司，河北 唐山 063018)

開灤(集團)有限責任公司(以下簡稱開灤集團)是中國特大型煤炭企業。始建于1878年，享有“中國煤炭工業源頭”、“北方民族工業的搖籃”等盛譽。目前已形成五大區域，七大戰略基地，分布在河北唐山、河北張家口蔚州、內蒙古鄂爾多斯、新疆伊犁和準東、山西介休地區和加拿大蓋森地區，煤炭資源量達到167億多噸，煤種、煤質呈現復雜多樣化，既有變質程度較高的焦煤，也有變質程度較低的長焰煤，選煤工藝技術也呈現多樣化[1]。

開灤集團蔚州、鄂爾多斯礦區煤炭以易泥化程度不等的長煙煤為主，唐山區域有以東歡坨礦動力煤用途為主的氣煤。為了提高動力煤發熱量、改善煤質，開灤集團自2003年開始與中國礦業大學合作，對易泥化的長焰煤和矸石以泥化的氣煤洗選工藝技術進行了課題研究，最終選擇了以干選技術為主的煤炭提質工藝。從2005年開始，開灤集團蔚州礦區、鄂爾多斯礦區全部選煤廠以及唐山區域部分動力煤選煤廠全部采用了唐山神州機械公司的FGX復合干選技術，總設計能力達到1 700萬t/a，工藝采用單段、兩段中煤再選、風選重介聯合工藝，分別用于動力煤全級干選提質、塊煤排矸。單侯礦風選廠還被中國煤炭加工利用協會評為全國十佳選煤廠。

東歡坨選煤廠屬礦井型動力煤選煤廠，建設規模為1.5 Mt/a。選煤工藝50～30 mm粒級采用FGX復合式干法分選機分選，30～8 mm粒級采用重介質旋流器分選。近年來，東歡坨礦井進行了續建擴能改造，礦井生產能力擴建到4.5 Mt/a[2]。原有洗選能力嚴重不足，商品煤質量不能滿足用戶需求，選煤能力急需擴能改造。為此，選煤廠從商品煤市場需求、原煤煤質狀況、投資和運行成本等方面進行了研究，最終確定采用先進的干法礦物分離技術——ZM礦物高效分離機。

1 分選粒級的確定

1.1 商品煤市場定位

選煤廠產品為動力煤，產品灰分Ad不大于40.00%；選后矸石灰分Ad不小于70.00%，作為綜合利用產品。

1.2 分選粒級的確定

選煤廠利潤與分選粒度下限的變化關系是分選粒度下限越低，利潤越低。因此，在當前動力煤產品價格高位運行且本礦產品銷售緊俏的形勢下，生產動力煤的分選粒度下限不宜過低，僅滿足最低銷售條件即可。

鑒于本選煤廠動力煤提質環節的功能定位及本選煤廠目前面臨的環保壓力，其工藝設置應該盡可能依托選煤廠現場實際，簡化系統、減少投資，且易于實施、能夠早日投入使用。

目前，東歡坨礦選煤廠已經對原煤倉上篩分環節進行改造，改造后使用型號為3661和4373的2臺弛張篩對原煤進行篩分，有效篩分粒度約25 mm(考慮了原煤水分等方面的影響，單位面積處理能力約25 t/(h·m2))。

根據原煤篩分資料，小于25 mm粒級原煤發熱量大于16.30 MJ/kg，基本滿足市場定位需求，只需對大于25 mm粒級進行分選即可確保產品滿足市場需求。因此，動力煤分選粒度下限設定為25 mm。

2 入選原煤煤質

2.1 可選性分析

東歡坨礦選煤廠大于25 mm粒級原煤浮沉試驗結果見表1。

表1 大于25 mm粒級浮沉組成

依據浮沉組成，按照煤炭可選性評定方法國家標準(GB/T16417-2011)對選煤廠原煤可選性進行評定，可選性評價結果見表2。

表2 入選原煤可選性評價

2.2 煤和矸石泥化分析

根據礦區地質報告，頂底板巖性主要為泥巖與炭質泥巖，存在矸石泥化的潛在因素。依據東歡坨選煤廠實際生產狀況，本礦矸石，特別是9號煤層頂底板泥化現象嚴重。

3 分選方法確定

選煤廠對干法選煤工藝、跳汰選煤工藝、重介質淺槽和TDS干選工藝進行了技術經濟對比，結果見表3。

綜合比選后，雖然干選方法的分選效率不是最佳的，但能夠滿足排矸要求，且具有建設速度快、加工費用低、建設模式靈活等優點，更符合目前本選煤廠的動力煤分選環節功能定位[4]。因此，綜合分選粒級和分選方法的分析比選，生產動力煤時，選煤廠采用的分選方法為50～25 mm粒級塊煤干法分選。

4 干選技術與工藝選擇

4.1 干選技術選擇

東歡坨礦選煤廠原有FGX-24型干選機，由于當時為臨時應對煤質變化和產品市場需求，生產能力和環保不能滿足目前要求，隨著ZM礦物高效分離機干選技術的成功應用，分選精度和環保指標等得到較大提升，為此決定采用ZM礦物高效分離機對原有干選系統進行改造。

該設備是神州機械有限公司在引進美國干法分離技術的基礎上，經多次試制改建而成的。設備采用階梯式分離原理，根據不同物料密度差異，分離出煤炭、硫鐵、矸石等礦物質。分選系統主要包括分選床、布風裝置、吊掛裝置、激振器等，根據入料煤特性，各個參數也可進行靈活調整，在床面上實現煤與矸石的有效分離。

表3 不同分選方法的技術經濟指標對比

除塵系統主要包括集塵罩、布袋除塵器、噴霧除塵和引風機等，集塵罩布置在分選床面的上部，在引風機的作用下，集塵罩內形成負壓空間，粉塵不外溢。布袋除塵器是除塵系統的核心部件，可有效清除循環風中的各粒級煤粉，同時保證外排空氣中的粉塵濃度低于國家標準。

相較于FGX復合式干選機，ZM礦物高效分離機在分選精度和環保方面更具優勢[3]：

(1)分選精度高。ZM礦物高效分離機的主機采用中美合作技術，分選精度高，可實現個性化設計。ZM礦物高效分離機的可能偏差Ep=0.13～0.23 g/cm3，高于FGX(FGX復合式干選機的可能偏差Ep=0.25～0.30 g/cm3)及其它干選設備。ZM礦物高效分離機主選機、風室結構、布風結構和布風控制更合理、高效，風室不易存渣，煤矸石在主選機上被分離時間長，分選效率和分選效果更高。

(2)環保效果好。ZM礦物高效分離機整個系統在全封閉的狀態下運行。分選風量閉路循環處理，設備采用全布袋除塵，確保設備負壓運行，無粉塵外溢，滿足環保要求；采用獨立降噪處理，無噪聲污染。

4.2 干選工藝選擇

分選工藝為：原煤首先進行50 mm篩分，大于50 mm塊原煤經檢查性手選后破碎，與小于50 mm原煤一起進行25 mm篩分。50～25 mm原煤進入ZM干選系統分選，干選精煤和小于25 mm原煤一起作為動力煤銷售，矸石排棄。當原煤煤質惡化時，小于25 mm末煤可部分進入ZM干選系統分選，提高入選比例，滿足市場需求。干選系統工藝流程如圖1所示。

圖1 干選工藝流程示意

5 實施效果

5.1 環保效果

ZM600礦物分離機循環風系統是閉路循環，通過啟動鼓風機后產生風壓，主風閥控制保護風機啟停，分風板調節進入篩床下各風室風量，循環風透過分選床板，通過吸風罩進入重力沉降室預先除塵，之后進入旋風除塵器二次除塵，旋風除塵器的出風管與鼓風機進風管相連，形成閉路循環。風力系統的另一路為外排風系統，通過啟動引風機產生負壓，外排風通過吸風罩進入重力沉降室，然后均勻進入兩臺布袋除塵器進行除塵，經過除塵器凈化之后的外排風排至車間外大氣中。東歡坨干選廠主廠房外局部示意如圖2所示。

圖2 東歡坨干選廠主廠房外局部示意

ZM600礦物高效分離機重力沉降室的預先除塵可以有效降低進入除塵器的入風粉塵濃度及原煤中塑料雜物污染物，減少風選床板開孔堵塞次數，降低循環風對鼓風機葉輪及風道磨損程度，保證干選機正常運轉，使外排風更符合環保要求。東歡坨干選廠主廠房內局部示意如圖3所示。

圖3 東歡坨干選廠主廠房內局部示意

布袋除塵器的螺旋卸料器下方加裝雙軸攪拌機和清水噴霧對煤粉進行攪拌卸料，攪拌、清水噴霧與卸料裝置通過遠程集控系統連鎖運行，開啟攪拌裝置連鎖開啟的供水管路電磁閥，并且根據煤粉量來控制噴霧量，使物料水分適中，有效降低次生粉塵量。廠房內各產塵點的粉塵濃度如表4所示。

表4 實測干選主廠房各點粉塵濃度

由表4可以看出，現場粉塵濃度可完全達到國家排放標準。

5.2 分選效果

東歡坨干選廠ZM礦物高效分離機的分選結果見表5。從表中可以看出，經分選后，在確保矸石帶煤在3%(占本級)以下時，最終精煤發熱量可達到19.94 MJ/kg以上，相對于入料提高10.21 MJ/kg以上。

表5 ZM礦物高效分離機分選結果

6 結 語

ZM礦物高效分離機具有分選精度高、環保效果好的特點，通過對大于25 mm粒級塊原煤和部分小于25 mm粒級原煤的分選排矸，能夠確保東歡坨商品煤熱值達到16.72 MJ/kg以上，有效解決了東歡坨礦原煤銷售和環保問題。