粗煤泥深度洗選回收工藝的優化設計

姚明剛

（晉神能源有限公司 沙坪洗煤廠，山西 沂州 036500）

0 引 言

我國煤炭儲量豐富，煤炭種類多種多樣，特殊行業對煤炭品質的要求各有不同。如冶金行業對焦炭的品質要求甚高，且僅有精煤才能夠用于煉制焦煤。一般的精煤常通過洗選工藝從原煤中與中煤和矸石分離出來。在實際洗選過程中，由于洗選工藝的不合理導致精煤混入中煤中，進而造成精煤資源以中煤的價格被銷售，導致稀缺資源的大量流失[1]。因此，需對洗選工藝進行優化，提升精煤的回收率。本文著重對粗煤泥深度洗選的回收工藝進行優化設計。

1 洗煤廠洗選現狀分析

洗煤廠的生產任務是將原煤通過脫泥篩進行脫泥操作后，進入重介質旋流器中對原煤中的精煤、中煤以及矸石等產品進行分選。其中，精煤經脫介處理后基于精煤離心機對其中的水分進行脫水處理后得到精煤產品，對應的中煤所涉及的核心設備為中煤離心脫水機，對應的矸石所涉及的核心設備為矸石離心脫水機。目前，沙坪洗煤廠在實際生產中主要系統包括重介質系統和浮選系統均能夠正常運行，但由于部分原煤中的煤泥含量由設計之初的10%增加至平均22%，最高時甚至可達30%。因此，完成沙坪洗煤廠粗煤泥的深度洗選工作極為重要。

目前，該廠針對粗煤泥分選工藝的流程設計如圖1所示。原煤在水沖溜槽的作用下被充分潤濕后進入脫泥篩中，其中，進入脫泥篩中1 mm以下的煤泥進入粗煤泥分選系統中，1 mm以上的煤泥進入重介質分選系統中[2]。

圖1 粗煤泥TBS分選工藝流程示意Fig.1 TBS separation process of coarse slime

由圖1可知，進入粗煤泥分選系統中的原煤在水力分級旋流器的作用下，0.2 mm以下的煤泥進入浮選機中，0.2～1 mm的煤泥進入TBS干擾床分選機中。進入TBS干擾床分選機的煤泥在精礦振動弧形篩和尾礦振動弧形篩的共同作用下實現精煤與TBS尾礦的分離。

經對TBS尾礦的成分進行分析發現，其中含有大量的可燃體未被完全回收，即TBS尾礦中混有一定量的精煤，導致精煤的回收率下降[3]。導致上述問題的主要原因在于TBS入料粒度的范圍較大，進而對粗煤泥的分選效果造成影響。此外，原選煤工藝還存在以下問題：①重介質精煤磁尾進入TBS分選機中造成了對精煤的重復分選，增加了分選的生產成本；②粗煤泥采用兩產品TBS分選工藝，此種分選工藝對精煤回收率較低，造成了煉焦資源的浪費；③進入浮選系統中產品的濃度值較低，從而降低了浮選系統的處理能力，無形中造成了電能的浪費，增加了生產成本；④原回收工藝中壓濾系統處于超負荷運轉，且所得產品中的水分較大，壓濾機的工作效率低[4]。

2 粗煤泥洗選回收工藝的優化設計

2.1 優化設計

為提升粗煤泥中精煤的回收率，采用將兩產品TBS替換為三產品TBS的優化改造措施，實現對粗煤泥的深度分選，優化后深度分選的工藝流程如圖2所示。

采用三產品TBS優化分選方案后，工藝流程為1～0.2 mm的粗煤泥在三產品TBS排矸的作用下深度排矸—TBS分選出的中煤磨礦—煤泥直接浮選—尾煤濃縮壓濾。

根據沙坪洗煤廠日常生產的篩分、浮沉以及浮選的運行狀態，針對圖2中的粗煤泥深度分選工藝流程圖設計質量流程如圖3所示。

粗煤泥分選操作中采用水力旋流器將粗煤泥中的細泥脫除。實踐表明，水力旋流器的脫泥效率可達70%。圖3中精煤產率按照浮選操作精煤的產率計算，設煤泥的運送速度為68.56 t/h，基于上述粗煤泥分選工藝流程后，進入浮選機中煤量為原煤總量的50.73%，根據日常浮選機精煤產率為58.94%。可以得出粗煤泥經磨礦浮沉操作+浮選操作后所得精煤的產量為：

圖3 粗煤泥分選質量流程示意Fig.3 Quality process of coarse slime separation

按照沙坪洗煤廠最初設計的入洗能力為4 Mt/a，得出與當前沙坪洗煤廠的精煤回收率相比較，采用圖2粗煤泥分選工藝流程后沙坪洗煤廠的精煤回收率可最少提高2.5%。

圖2 粗煤泥深度分選工藝流程示意Fig.2 Indication of deep separation process for coarse slime

2.2 工藝方案優化

優化后的工藝流程為，原煤進入脫泥篩完成脫泥操作后基于重介質旋流器分選得出對應精煤、中煤以及煤矸石3種產品。其中，精煤由1 mm脫介處理后進入精煤脫水機經脫水處理后獲得；中煤由1 mm脫介處理后進入中煤脫水機經脫水處理后獲得；煤矸石由1 mm脫介處理后進入煤矸石脫水機脫水處理后獲得。進入合介桶的合格介質主要包括有精煤脫介處理后除精煤外的合格介質、中煤脫介處理后除中煤外的合格介質、煤矸石脫介處理后除煤矸石外的合格介質；進入精煤磁選機的物質包括有精煤脫介處理后除精煤外的合格介質、精煤脫介處理后除精煤外的稀介以及精煤離心機中的離心液等，經磁選機所獲得的精煤在此進入合格介質桶內；進入中煤磁選機的物質包括有中煤脫介處理后除精煤外的稀介以及中煤離心機中的離心液等，經磁選機所獲得的精煤在此進入合格介質桶內；進入煤矸石磁選機的物質包括有煤矸石經脫介處理后除煤矸石外的稀介，經磁選機所得的精礦進入合格介質桶內。

對優化工藝后的產品質量和產率指標進行預測，粗煤泥深度洗選回收工藝經優化后對應TBS機分選后所得精煤的灰分小于10.5%；經浮選機浮現后所得精煤的灰分小于11.5%。數量和質量對比見表1。

表1 粗煤泥深度洗選回收工藝優化前后產品對比Table 1 Comparison of products before and after optimization of deep washing and recovery process of coarse slime

由表1可知，粗煤泥深度洗選回收工藝優化后精煤數量較優化前增加了0.12 Mt/a，精煤質量由優化前的13.11%增大到14.12%，增量為1.01%。中煤數量工藝優化后數量明顯降低，降低量約為0.51 Mt/a，中煤質量也較優化前明顯降低，降低量約為4.91%；煤矸石的數量優化后比優化前增加約0.26 Mt/a。

2.3 優化后洗選回收工藝的設備選型

工藝設備選型依據，煤泥入料速度為2 000 m3/h，煤泥水系統中水量系數為1；煤量系數為1.15；矸石系數為1.5。結合上述設計依據對洗選回收工藝中浮現系統的浮選能力、浮選精煤的脫水能力、浮選尾煤的脫水能力、煤泥水濃縮設備能力以及TBS精煤振動弧形篩的處理能力進行校核[5]。

2.3.1 浮選機的選型

浮選機的選型原則應以對煤泥的處理能力進行。沙坪洗煤廠煤泥水濃度為74.14 g/L，當煤泥水濃度低于80 g/L時，應以礦漿處理能力為選型浮選機的指標。沙坪洗煤廠礦漿的流量為7～12 m3/h。目前，沙坪洗煤廠所采用的浮選機的型號為XJM-S16，4臺。每臺浮選機的處理能力為64×（7～12）=448～748 m3/h，取其平均值640 m3/h。則當前洗煤廠浮選機的處理能力為：4×640 m3/h=2 560 m3/h。

經對粗煤泥深度洗選工藝優化后，進入浮選機的煤泥量的流量為170.6 t/h，所選型浮選機處理礦漿的流量為0.6～1 t/h，對應單臺浮選機的處理能力為64×（0.6～1）t/h=38.4～64 t/h，平均值為51.2 t/h，4臺浮選機的處理能力為4×51.2 t/h=204.8 t/h。

經換算可知，目前4臺XJM-S16浮選機已具備足夠的處理能力，無需增加浮選機數量。

2.3.2 精煤脫水設備的選型

經對粗煤泥深度洗選工藝優化后，浮選精煤的量可達93.83 t/h。

目前，沙坪洗煤廠配置的過濾機型號為GPJ-120，2臺。該型過濾機的處理能力為60～96 t/h，精煤加壓過濾機的生產靈力為120～192 t/h，因此，現有2臺加壓過濾機可滿足優化回收工藝的浮選精煤產量，無需增加壓濾機數量。

2.3.3 浮選尾煤脫水設備的選型

經對粗煤泥深度洗選工藝優化后，浮選尾煤的量可達76.77 t/h，對應所需壓濾面積約為2 207.25 m2。

目前，沙坪洗煤廠配置的過濾機為開式隔膜壓濾機，3臺，每臺壓濾機可提供的壓濾面積為450 m2，洗煤廠所配置壓濾機可提供的壓濾面積為3×450 m2=1 350 m2。因此，需增加壓濾機的臺數或為單臺壓濾機更換較大的壓濾面積。

2.3.4 煤泥水濃縮設備的選型

經對粗煤泥深度洗選工藝優化后，要求濃縮機處理煤泥水的流量為2 488.01 m3/h，且工藝優化后要求濃縮機提供的沉降面積為1 244 m2。

目前，洗煤廠共配置了2臺高效濃縮機，每臺濃縮機的沉降面積可達961.63 m2，2臺濃縮機可提供的沉降面積為2×961.63 m2=1 923.26 m2。根據煤泥水量，需配置2臺直徑為35 mm的高效濃縮機，且在應用過程中應加強對濃縮機的管理，避免在生產中故障的頻繁出現。

2.3.5 弧形篩的選型

經對粗煤泥深度洗選工藝優化后，精煤磁尾水的總量為955.94 m3/h。

目前，洗煤廠配置的弧形篩的型號為BOSB242060，2臺，每臺弧形篩的脫水面積為5.02 m2，對應每臺弧形篩的脫水能力為276.1 m3/h，洗煤廠的脫水能力為2×276.2 m3/h=552.2 m3/h，遠小于其所需的955.94 m3/h。因此，洗選回收工藝經優化后續為根據TBS精煤及精煤磁尾水量配置對應弧形振篩能力的濃縮設備。

綜上所述，粗煤泥分選工藝優化后對應主要工藝設備的選型結果見表2。

表2 優化洗選回收工藝的設備選型Table 2 Equipment selection for optimizing washing and recycling process

2.4 洗選回收工藝優化效果

經對粗煤泥洗選回收工藝進行優化，并對關鍵工藝設備和輔助設備進行重新核算選型后，不僅達到了提升精煤回收率，且解決了原洗煤廠針對粗煤泥洗選工藝中各分系統中的實際問題。經實踐表明，洗選工藝優化后的效果見表3。

表3 洗選工藝優化前后對比Table 3 Comparison of washing process before and after optimization

按照精煤的銷售價格為794元/t，中煤的銷售價格為180元/t，煤泥的銷售價格為80元/t計算，洗選工藝優化前每年的產值為1.17 Mt/a×794元/t+1.17 Mt/a×180元/t×0.22 Mt/a×80元/t=115 715萬元，優化后每年的產值為，1.29 Mt/a×794元/t+0.66 Mt/a×180元/t×0.36 Mt/a×80元/t=117 186萬元，每年可增產1 471萬元。

3 結 論

（1）將原洗選工藝中的兩產品TBS分選改進為三產品TBS分選，并針對性將洗選工藝中關鍵工藝設備和輔助設備進行重新核算選型。

（2）經對洗選工藝優化后，不僅提高了原煤中精煤的回收量，而且洗煤廠每年可增產1 471萬元。