天云選煤廠分選工藝設(shè)計(jì)研究

仇恒建

(中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054)

天云選煤廠隸屬于橫山縣天云煤礦有限公司，為礦井型選煤廠，與礦井位于同一個(gè)工業(yè)廣場(chǎng)。天云煤礦建設(shè)規(guī)模為0.90 Mt/a，配套入洗量0.90 Mt/a的選煤廠，實(shí)際入洗能力可達(dá)1.80 Mt/a，服務(wù)年限39.0 a。

1 煤質(zhì)分析

1.1 煤質(zhì)特征

天云選煤廠的入洗原煤全部來(lái)自天云礦井，井田主采煤層為4-1煤和4-2煤。4-1煤平均厚度1.84 m，4-2煤平均厚度1.03 m，煤層頂、底板巖性主要為泥巖。根據(jù)現(xiàn)有井田鉆孔資料，煤層以長(zhǎng)焰煤為主，存在少量氣煤。井田主采長(zhǎng)焰煤具有低灰、低硫、高揮發(fā)分、高發(fā)熱量、抗碎強(qiáng)度高、化學(xué)反應(yīng)性強(qiáng)、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，是良好的氣化和動(dòng)力用煤；井田內(nèi)的部分氣煤具有強(qiáng)粘結(jié)性，是良好的煉焦用煤。

1.2 原煤可選性

天云選煤廠設(shè)計(jì)時(shí)礦井處于停產(chǎn)狀態(tài)，沒有原煤篩分浮沉資料，因此采用臨近礦井焦家溝煤礦生產(chǎn)大樣作為設(shè)計(jì)依據(jù)，并根據(jù)天云煤礦鉆孔資料對(duì)生產(chǎn)大樣進(jìn)行校正。

1.2.1 篩分資料分析

原煤篩分試驗(yàn)結(jié)果見表1。

從表1可以看出，隨著粒級(jí)由大到小，各粒級(jí)灰分有所降低；主導(dǎo)粒級(jí)為50～25 mm，產(chǎn)率占22.72%；各粒級(jí)灰分以100～50 mm粒級(jí)最高為48.22%；大于50 mm以上塊煤平均灰分較高，為43.16%，說(shuō)明塊煤中含矸量較高，塊煤需進(jìn)行排矸；0.5～0 mm粒級(jí)灰分為31.15%，低于原煤灰分35.22%。

表1 原煤篩分試驗(yàn)綜合

1.2.2 浮沉資料分析

浮沉試驗(yàn)結(jié)果見表2。

從表2可知，原煤各粒級(jí)中，小于1.4 g/cm3密度物含量較高，隨著粒度降低，灰分逐漸下降；1.5～1.8 g/cm3密度物含量較少，大于2.0 g/cm3密度物含量高。說(shuō)明兩頭產(chǎn)物多、中間產(chǎn)物較少，屬于易選～中等可選煤。

1.2.3 可選性分析

根據(jù)表2繪制300～50 mm、50～1 mm、1～0.25 mm可選性曲線，見圖1。

表2 浮沉試驗(yàn)結(jié)果

分析圖1可知：

圖1 原煤可選性曲線

(1)對(duì)于300～50 mm原煤，主導(dǎo)密度級(jí)為大于2.0 g/cm3密度級(jí)，占本級(jí)39.68%，灰分為81.69%。小于1.3 g/cm3為次主導(dǎo)密度級(jí)，占本級(jí)20.01%，灰分為5.83%。當(dāng)分選密度為1.50 g/cm3時(shí)，浮物產(chǎn)率達(dá)47.91%，浮物累計(jì)灰分為10.60%，δ±0.1含量為21.43%，屬于較難選煤；當(dāng)分選密度為1.60～1.90 g/cm3時(shí)，δ±0.1含量小于10%，屬易選煤。

(2)對(duì)于50～1 mm原煤，主導(dǎo)密度級(jí)為小于1.30 g/cm3密度級(jí)，占本級(jí)29.09%，灰分為5.56%。大于2.0 g/cm3為次主導(dǎo)密度級(jí)，占本級(jí)22.99%，灰分為82.53%。當(dāng)分選密度為1.50 g/cm3時(shí)，浮物產(chǎn)率達(dá)56.40%，浮物累計(jì)灰分為9.72%，δ±0.1含量為23.41%，屬于較難選煤；當(dāng)分選密度為1.60 g/cm3時(shí)，浮物產(chǎn)率達(dá)64.29%，浮物累計(jì)灰分為12.13%，δ±0.1含量為16.63%，屬于中等可選煤。

(3)對(duì)于1～0.25 mm原煤，主導(dǎo)密度級(jí)為小于1.30 g/cm3密度級(jí)，占本級(jí)34.34%，灰分為4.01%。大于2.0 g/cm3為次主導(dǎo)密度級(jí)，占本級(jí)19.04%，灰分為82.50%。當(dāng)分選密度為1.50 g/cm3時(shí)，浮物產(chǎn)率達(dá)51.51%，浮物累計(jì)灰分為7.28%，δ±0.1含量為14.31%，屬于中等可選煤；當(dāng)分選密度為1.60 g/cm3時(shí)，浮物產(chǎn)率達(dá)56.83%，浮物累計(jì)灰分為9.23%，δ±0.1含量為13.44%，屬于中等可選煤。

2 產(chǎn)品用戶

2.1 氣煤

原煤經(jīng)過(guò)洗選加工后，精煤作煉焦配煤，中煤供電廠作為燃料用煤。

2.2 長(zhǎng)焰煤

原煤經(jīng)過(guò)洗選加工后，塊精煤作氣化用煤，洗后末精煤及末原煤則主要供電廠作為燃料用煤。

3 洗選工藝設(shè)計(jì)

3.1 分選上下限

(1)當(dāng)?shù)V井生產(chǎn)的煤種為氣煤時(shí)，該煤是良好的煉焦配煤，應(yīng)進(jìn)行保護(hù)性開發(fā)利用。為保證精煤最大回收率，原煤需全部入洗。

(2)當(dāng)?shù)V井生產(chǎn)原煤為長(zhǎng)焰煤時(shí)，主要作為化工和動(dòng)力用煤。因此，設(shè)計(jì)時(shí)留有調(diào)整入洗上下限和小于3 mm或小于6 mm末煤不入洗的可能性。

3.2 分選方法

3.2.1 300～50 mm塊煤

塊煤選煤方法采用智能選矸系統(tǒng)預(yù)排矸。智能選矸系統(tǒng)是目前先進(jìn)的排矸分選方法，具有工藝簡(jiǎn)單、分選精度高、對(duì)煤質(zhì)變化適應(yīng)性強(qiáng)等顯著特點(diǎn)。

與跳汰、淺槽重介等傳統(tǒng)塊煤洗選方法相比較，優(yōu)點(diǎn)是原煤不見水，不需要設(shè)置煤泥回收系統(tǒng)及介質(zhì)回收系統(tǒng)，并且工藝簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)易操作、后期運(yùn)營(yíng)成本低。

3.2.2 50～1 mm末原煤

目前國(guó)內(nèi)外使用成熟、適合于50～1 mm粒度級(jí)的主流選煤方法是重介旋流器分選工藝。而重介旋流器分選工藝又分多種類型，有兩產(chǎn)品和三產(chǎn)品之分、有無(wú)壓入料和有壓入料之分。

洗選原煤頂?shù)装鍘r性以泥巖為主，易泥化，因此設(shè)計(jì)選用無(wú)壓入料三產(chǎn)品重介旋流器分選工藝，這是國(guó)內(nèi)外最成熟的選煤方法之一，最大特點(diǎn)是有較寬的粒度調(diào)節(jié)范圍，生產(chǎn)成本低；與有壓旋流器相比，能耗低，泥化量少；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)易操作。

3.2.3 1.0～0.25 mm粗煤泥

目前1.0～0.25 mm粗煤泥分選工藝有螺旋分選機(jī)、小直徑重介旋流器和干擾床3種工藝，設(shè)計(jì)推薦采用干擾床(TBS)分選粗煤泥工藝，其具有以下優(yōu)點(diǎn)。

(1)干擾床的分選精度為Ep=0.038～0.16，螺旋分選機(jī)的分選精度I=0.2～0.25，顯然干擾床的分選精度要好于螺旋分選機(jī)，可以提高精煤回收率；螺旋分選機(jī)的分選密度一般在1.7 kg/m3以上，而干擾床的有效分選密度在1.4～1.6 kg/m3，因此螺旋分選機(jī)分選出的精煤灰分必然要高于干擾床，不利于保證總精煤質(zhì)量。

(2)干擾床的入料只需要提供一個(gè)穩(wěn)定的上升水流，其系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，而螺旋分選機(jī)則需要復(fù)雜的入料分配系統(tǒng)。

(3)干擾床的另一大特點(diǎn)是體積小，處理能力大。

3.3 工藝流程

根據(jù)所確定的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、選煤方法、分選上下限，確定選煤工藝為：300～50 mm塊煤采用智能選矸系統(tǒng)，50～1 mm末煤無(wú)壓三產(chǎn)品重介旋流器分選，1.0～0.25 mm粗煤泥采用TBS分選，0.25～0 mm細(xì)煤泥采用快開隔膜壓濾機(jī)進(jìn)行回收。原則工藝流程如圖2。

圖2 原則工藝流程

工藝流程簡(jiǎn)述如下。

(1)原煤倉(cāng)的小于300 mm原煤經(jīng)50 mm分級(jí)，大于50 mm塊煤進(jìn)入智能選矸系統(tǒng)進(jìn)行排矸，排矸后的塊煤進(jìn)入塊煤破碎機(jī)破碎至小于50 mm，與篩下50～0 mm末原煤混合，再通過(guò)帶式輸送機(jī)運(yùn)至主廠房進(jìn)行洗選(也可作為最終產(chǎn)品)，塊矸石進(jìn)入矸石轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)。

(2)50～0 mm原煤進(jìn)入無(wú)壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器，分選出精煤、中煤和矸石。產(chǎn)品先由弧形篩預(yù)先脫介脫水，然后進(jìn)入脫介篩上噴水脫介，精煤、中煤分別由離心機(jī)進(jìn)行二次脫水后作為最終產(chǎn)品，經(jīng)帶式輸送機(jī)運(yùn)至產(chǎn)品倉(cāng)；矸石經(jīng)過(guò)脫介脫水后進(jìn)入矸石帶式輸送機(jī)運(yùn)至矸石倉(cāng)。

(3)1.0～0.25 mm粗煤泥分選。精煤磁選尾礦和中矸磁選尾礦分別進(jìn)入各自的粗煤泥回收系統(tǒng)，精煤磁選尾礦依次通過(guò)濃縮分級(jí)旋流器、TBS分選機(jī)、煤泥弧形篩和煤泥離心機(jī)回收粗精煤摻入精煤，TBS分選機(jī)底流進(jìn)入高頻篩進(jìn)行脫水，脫水后的產(chǎn)品進(jìn)入矸石帶式輸送機(jī)。中矸磁選尾礦依次通過(guò)濃縮分級(jí)旋流器、高頻篩回收粗煤泥，摻入中煤。精煤泥濃縮分級(jí)旋流器溢流、中矸煤泥濃縮分級(jí)旋流器溢流及中矸煤泥高頻篩下水進(jìn)入濃縮機(jī)。弧形篩篩下水和煤泥離心機(jī)離心液進(jìn)入精煤磁選尾礦桶。

(4)細(xì)煤泥回收。精煤泥濃縮分級(jí)旋流器溢流、中矸煤泥濃縮分級(jí)旋流器溢流及中矸煤泥高頻篩下水進(jìn)入濃縮機(jī)。2臺(tái)φ28 m高效濃縮機(jī)，1用1備。濃縮機(jī)溢流作為循環(huán)水由循環(huán)水泵打回主廠房循環(huán)使用。濃縮機(jī)底流經(jīng)底流泵送到壓濾機(jī)入料攪拌桶，再經(jīng)壓濾機(jī)脫水回收。壓濾機(jī)回收的煤泥經(jīng)帶式輸送機(jī)運(yùn)至煤泥落載場(chǎng)地晾干，再裝車外運(yùn)。

(5)介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)。重介旋流器精煤稀介質(zhì)進(jìn)入精煤磁選機(jī)，旋流器中煤和矸石稀介質(zhì)進(jìn)入中矸磁選機(jī)，選出的磁選精礦返回合介桶，磁選尾礦進(jìn)入各自的磁選尾礦桶。廠內(nèi)跑、冒、滴、漏的介質(zhì)收集后，由掃地泵打入稀介系統(tǒng)進(jìn)行回收處理。

根據(jù)工藝流程，確定主要設(shè)備選型，見表3。

表3 主要工藝設(shè)備選型

4 工藝布置

結(jié)合工業(yè)場(chǎng)地地形，充分利用現(xiàn)有場(chǎng)地，將選煤廠布置在礦井廠區(qū)東南側(cè)，原煤倉(cāng)布置在主井驅(qū)動(dòng)機(jī)房東側(cè)，主廠房、產(chǎn)品倉(cāng)及濃縮車間呈南北布置。總平面沿工業(yè)場(chǎng)地南部及東部邊側(cè)布置，無(wú)折返環(huán)節(jié)，煤流順暢，各單位工程銜接合理，整體美觀、整齊。工藝總布置見圖3。

圖3 工藝總布置

5 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

(1)塊煤排矸采用智能選矸系統(tǒng)，將塊煤中的矸石預(yù)先排除，減少泥化現(xiàn)象，減輕煤泥水系統(tǒng)負(fù)荷。

(2)50～1 mm原煤采用無(wú)壓三產(chǎn)品重介旋流器分選，與有壓三產(chǎn)品相比，減少次生煤泥量。

(3)篩分破碎車間與主廠房采用聯(lián)合建筑，包括原煤分級(jí)、塊煤排矸、末煤洗選、煤泥分選與壓濾，緊湊合理，分區(qū)明確，減少占地，節(jié)約投資。

(4)篩分破碎車間采用雙層弛張篩進(jìn)行分級(jí)作業(yè)，弛張篩上層篩孔50 mm，下層為預(yù)留弛張篩，篩孔為3 mm(6 mm)，增加了整個(gè)選煤廠入洗系統(tǒng)的靈活性，分級(jí)篩前布置1臺(tái)塊煤智能選矸系統(tǒng)進(jìn)行排矸作業(yè)。

(5)設(shè)計(jì)考慮預(yù)留末煤不入洗的可能性。

6 結(jié) 語(yǔ)

按照不同煤種，選擇不同分選上、下限，使各分選系統(tǒng)達(dá)到最佳效能。設(shè)計(jì)最終采用工藝：300～0 mm粒級(jí)原煤采用雙層弛張篩進(jìn)行50/3 mm分級(jí)，300～50 mm粒級(jí)塊煤采用智能干選分選機(jī)分選，50～1 mm采用無(wú)壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選，1～0.25 mm粗煤泥采用TBS分選機(jī)分選，0.25～0 mm細(xì)煤泥采用濃縮壓濾回收的選煤方法。工藝設(shè)計(jì)靈活，對(duì)不同煤質(zhì)適應(yīng)能力強(qiáng)，設(shè)備選型先進(jìn)，智能化程度高，工藝布置緊湊合理，分區(qū)明確。