王村選煤廠煤泥脫水技術優化與實踐

石國華

（大同煤礦集團大地選煤工程有限責任公司 山西大同037003）

1 引言

粗煤泥分選是當前選煤廠分選工藝中的一項重要環節。目前，一般將粒度在0.3 mm～0.5 mm 以上，但又不適合采用浮選工藝進行分選的特殊粒級的煤泥稱為粗煤泥[1-2]。這部分煤泥由于無法采用浮選分選，因此在生產實際中往往采用適宜的重選手段進行分選，再對輕重產物分別脫水。由于優質煤炭資源的不斷消耗，選煤廠入洗原煤的品質呈現逐漸惡化的趨勢，主要特點之一就是矸石種類的增多[3]。而這些變化的出現往往導致現有洗選流程的生產效果惡化，影響產品最終指標。

本文以王村選煤廠為例，對粗煤泥處理及脫水工藝優化方案進行了實踐研究。王村選煤廠屬于煉焦煤選煤廠，設計生產能力240 萬噸/年，主洗工藝為脫泥有壓兩產品重介旋流器分選，入洗粒度為50 mm，脫泥粒度為1.5 mm。其中，脫出后的煤泥進入煤泥分選系統（采用螺旋分選機進行分選，分選后的精尾煤經弧形篩預脫水后，分別經煤泥離心機和高頻篩進行最終脫水后運出）。煤泥分選系統又分為粗煤泥分選系統和細煤泥回收系統（將濃縮機濃縮后的細煤泥采用壓濾機脫水后，摻入精煤產品出售）。主要工藝指標范圍如表1所示。

表1 入洗原煤主要工藝指標參考范圍(空氣干燥基)

由于該廠入洗原煤可選性較差，分選密度為1.70 g/cm3時僅為中等可選。因此，本廠采取了兩產品分選，粗煤泥二次分選回收的洗選工藝，并將最終精煤產品的灰分控制在26%以下，水分控制在8%以下。

2 煤泥分選系統運行工況

2.1 粗煤泥分選工藝選擇

本廠粗煤泥分選工藝的入料主要是原煤準備過程中脫除的1.5 mm～0.15 mm 粒級煤泥。對這部分煤泥進行浮沉試驗分析，結果表明，隨著分選密度的升高，該粒級煤泥的可選性逐漸變好。當分選密度為1.6 g/cm3時，煤泥可選性為中等可選，此時浮物累計灰分僅為9.96%，可以滿足生產需求。綜合考慮設備投資規模與分選精度要求，最終本廠采用螺旋分選機對粗煤泥進行分選，工藝流程如圖1所示。

圖1 王村選煤廠煤泥分選系統工藝流程圖

按照圖1 所示的系統工藝流程，壓濾煤泥的水分要求控制在23%以內，精煤產品水分控制在8%以內。

2.2 煤泥水分異常工況

近年來，由于原煤開采深度的不斷加大，原煤煤質出現了一定的變化，主要表現在原煤灰分變化，圖2所示為近三年原煤灰分的變化情況，每個灰分值均為半年內每月原煤平均灰分與各月入洗量的加權平均值。

圖2 原煤灰分變化曲線

如2圖可見，自2017年以來，入洗原煤灰分呈現波動上升趨勢，原煤灰分由40%以下上升至45%～50%之間。而與原煤灰分上升現象同時發生的是精煤水分出現異常升高。在10 個連續的生產班次中，分別取精煤、螺旋精礦和細煤泥進行灰分和水分的測定，如圖3、圖4。

圖3 不同產品水分波動情況

圖4 不同產品灰分波動情況

如圖3、4所示，原煤煤質變化后，精煤和螺旋精礦的水分明顯升高，灰分基本不變。其中，精煤水分平均值達到7.24%，最大值達到8.11%；螺旋精礦水分平均值為11.23%，最大值達到12.48%。同時，細煤泥的水分基本不變，但灰分明顯升高，說明有高灰物質混入細煤泥。

3 煤泥水分異常分析

在原煤煤質變化后，生產過程中最直接的表現即為精煤水分的升高。為了查找精煤水分升高的原因，對該廠生產過程中的異常現象進行了綜合分析。

首先是原煤灰分升高，其灰分平均值由40%以下上升至45%～49%，說明原煤中部分高灰物質含量增多。其次，在生產過程中，用于脫水脫介的弧形篩和振動篩篩板堵塞情況加劇，平均一個班次內至少發生一次篩板堵塞情況，使得跑介現象加重，脫水效果也有所惡化。此外，在生產過程中，觀察到濃縮池中的水體顏色發生了顯著變化，由黑色變成了灰白色，并且進入循環水池的水體中明顯存在大量細小懸浮顆粒。結合本廠早期的地質勘探資料，確定這些現象是由于原煤中白砂巖含量突然增加所致。白砂巖中有15%左右的粘土類物質，這些粘土組分進入循環水后使水質逐漸惡化，并且容易堵塞篩縫，對分級或者脫水效果產生不利影響。

王村選煤廠的粗煤泥經螺旋分選機分選得到的精尾礦直接經振動弧形篩預脫水后，分別進入煤泥離心機和高頻篩脫水。經測定，振動弧形篩的入料濃度一般在15%～20%內。對于這一入料濃度，在煤質較好時，振動弧形篩可滿足預脫水需求，保證最終產品水分合格；但白砂巖侵入后，其所含的粘土類物質極易堵塞弧形篩篩縫，脫水效果變差，造成煤泥離心機和高頻篩的入料水分過高使得最終產品的水分超標。在現場生產中，曾嘗試通過改變弧形篩傾角、增加篩板清理次數等手段改善弧形篩脫水效果，但均未能達到預期效果。

4 煤泥脫水技術優化方案與實施效果

4.1 優化方案制定

在當前煤質條件下，為有效降低煤泥離心機和高頻篩入料的水分，必須先降低振動弧形篩的入料水分。因此，本方案采用濃縮旋流器對螺旋分選后的精尾礦進行預處理，使得濃縮后的底流以較高的濃度進入弧形篩二次脫水，保證煤泥離心機和高頻篩的入料濃度符合設備要求。改造后的工藝流程如圖5所示。

圖5 改造后的煤泥分選系統工藝流程圖（方框內為新增設備）

經改造后的工藝流程，在具體實施過程中需要結合當前生產實際進行設備選型，主要是對濃縮旋流器進行選型。

對煤泥水系統進行設備選型，取不均衡系數為1.25。目前，螺旋精礦所使用的是100ZJ-I-A30 型渣漿泵，理論流量為150 m3/s，揚程20 m。現有濃縮旋流器理論最大處理量為160 m3/s，所需精礦濃縮旋流器臺數n1按（1）計算：

因此螺旋精礦濃縮旋流器應選兩臺。

螺旋尾礦泵使用的是80ZJ-I-A36型渣漿泵，理論流量為100 m3/s，揚程20 m，旋流器處理量仍預估為160 m3/s，則所需尾礦濃縮旋流器臺數n2按（2）計算：

因此螺旋尾礦濃縮旋流器應選1臺。

為便于檢修及備件采購，螺旋精尾礦濃縮旋流器選擇同一型號，如表2所示。

表2 濃縮旋流器設備選型參數表

4.2 優化方案實施

改造后的工藝流程的現場實施方案主要分三個部分進行，即安裝螺旋精礦濃縮旋流器、安裝螺旋尾礦濃縮旋流器和濃縮旋流器的調試。

在安裝濃縮旋流器前，需要為新設備開辟出充足的安裝空間。本次改造選用的濃縮旋流器所需安裝高度為2.7 m，而螺旋精礦弧形篩現有上部空間高度不足2.7 m，需降低弧形篩位置后再制作支架安裝濃縮旋流器。同時，旋流器底流作為振動弧形篩的入料，其進入振動弧形篩時的狀態對弧形篩的脫水效果影響較大。因此，需專門制作濃縮旋流器底流箱，保證濃縮旋流器底流在全寬度范圍內均勻給入振動弧形篩的篩面。旋流器入料口與精礦泵上料管接通，并在入料口前段安裝刀閘閥門一個，用于調節旋流器入料量。此外，將濃縮旋流器溢流管與磁選機尾礦管連接，溢流返回煤泥桶。

安裝尾礦濃縮旋流器時，由于尾礦振動弧形篩上方空間高度大于2.7 m，因此可直接制作支架安裝旋流器。與精礦濃縮旋流器相同，尾礦濃縮旋流器也需要制造底流箱，用以保證后續的振動弧形篩入料均勻。將旋流器入料管與尾礦泵相連，并在入料口前段安裝刀閘閥門。溢流管與濃縮機主回料管相連，溢流直接進入濃縮機。

螺旋精尾礦濃縮旋流器安裝完畢后，需要對其入料量進行調節。由于該濃縮旋流器的目的在于對振動弧形篩入料進行預先脫水，因此既要保證底流達到濃縮效果，又要保證溢流中固體含量最少。為同時滿足這兩項要求，需要對濃縮旋流器入料量進行調節，從大到小調整入料量，并注意觀察溢流與底流，直至溢流中無粗顆粒，并且底流口出料呈傘狀排出，此時濃縮效果最佳。

改造完成后，分別取4個連續生產班的精煤產品、螺旋精礦和細煤泥的綜合樣進行灰分、水分的測定可知：改造完成后，不同產品的灰分、水分產生的變化不同。首先，細煤泥的水分基本保持不變，但灰分增加。其次，螺旋精礦灰分降低，水分基本不變。最后，精煤產品的水分基本不變，灰分有所上升，但仍可控制在26%以下。這主要是由于增加濃縮旋流器后，其溢流去往濃縮機并最終進入細煤泥產品，而白砂巖等矸石組份粒度較細且容易泥化，進入溢流后混入細煤泥，從而造成細煤泥灰分升高。同理，螺旋精礦在經過濃縮旋流器脫水的過程中實際發生了一次強度較弱的二次分選，脫除了一部分白砂巖，從而使得螺旋精礦灰分相對降低。這一作用也導致了最終精煤的灰分有所上升，但仍可滿足生產需求。精煤水分也再次恢復至4%～5%的范圍。

5 結語

在選煤廠生產過程中，隨著入洗原煤品質的變化，原有洗選工藝可能逐漸難以滿足生產需求，基于保障生產和節約投資的考慮，生出產工藝改造需根據本廠實際情況，以最精簡的方案達到預期目標。本文針對王村選煤廠粗煤泥分選系統出現的產品水分偏高的問題，提出了采用濃縮旋流器對螺旋精尾礦進行預脫水的改造方案。該方案實施后，最終精煤水分重新恢復到4%～5%的范圍內，這一水平與白砂巖侵入前的精煤水分基本一致；精煤灰分有所上升，但仍可控制在26%以下，滿足生產需求。