選煤廠分選工藝改造及效益評估

王建偉

（山西焦煤集團有限責任公司屯蘭礦， 山西 古交 030200）

引言

隨著國民經濟的增長，煤炭作為其發展的主要動力，在未來很長一段時間內將仍然占據我國能源結構的主導地位。隨著綜采設備自動化、智能化水平的提升，以及采煤工藝的不斷改進，進入選煤廠中原煤的在3～0.3 mm 粒度占比越來越大。同時，在當前煤炭資源清潔化利用的號召越來越強烈，對原煤分選效果提出了更高的要求[1]。目前，選煤廠針對3～0.3 mm粒度原煤的分選，采用弧形篩+離心機等設備完成回收工藝，其在實際分選中存在脫水效率低、分選效果差且設備維修、管理等成本增加的問題。本文將針對上述等一系列問題對其分選工藝進行改造，并對改造后的效益進行評估。

1 選煤廠分選工藝現狀分析

本文所研究選煤廠的設計規模為300 萬t/年，而且主要分選的原煤為1/3 焦煤，其主要任務為對周邊礦區原煤進行分選，分選后的主要產品為煉焦煤，分選后的副產品可供發電廠使用。本選煤廠洗選的主要設備為三產品重介質旋流器，并在此基礎上配置煤泥浮選和煤泥水兩段凝縮工藝，進而實現了對原煤中精煤、中煤及煤矸石的分類，而后上述三類產品分別進入各自相對應的弧形篩并經過離心機的脫水作用后得到最終的產品[2]。選煤廠當前的洗選工藝流程如圖1 所示。

結合實踐生產經驗和圖1 中分選工藝流程的分析結果，該選煤廠當前分選工藝在實際應用中存在如下問題：

圖1 選煤廠現階段分選工藝流程圖

1）鑒于選煤廠分選原煤的種類較多且對應的分選密度不同，為了保證最終精煤產品的質量，在實際分選過程中采用了低密度分選。該工藝的應用導致粗中煤泥中夾帶了大量的精煤，造成資源浪費的同時也影響了選煤廠的經濟效益。

2）針對該分選中的粗中煤泥的分選流程采用弧形篩+離心機相結合的方式，該種方式在實際應用中存在脫水效率低、維護成本高及能耗大的問題。

3）整個分選工藝流程中煤泥的含量較高，為保證選煤廠主分選設備工作的穩定性和可靠性，需要將部分煤泥分選出來。該項操作需要消耗大量的介質，直接增加了煤炭分選的成本[3]。

綜合分析選煤廠當前的工藝流程和現實生產中所存在的問題，重點對當前粗中煤泥分選工藝進行改造。

2 分選關鍵設備及工藝改造

本節將對選煤廠分選關鍵設備及其工藝進行改造設計，從而最終達到分選的效果。

2.1 三錐角水介質旋流器結構及工藝參數的實驗室確定

旋流器是對粗中煤泥進行分選的關鍵設備，旋流器結構參數的最優化設計是保證最終分選效果的根本。本小節將結合選煤廠原煤的粒度、密度特性確定旋流器的最佳結構參數，包括筒體高度、錐角、溢流管直徑、溢流管插入深度等[4]。

以三錐角水介質旋流器為例開展研究，重點對上述不同結構參數下對應的分選效果進行評價，最終得出最佳的結構參數。基于三錐角水介質旋流器建立的試驗平臺的流程如圖2 所示。

圖2 粗中煤泥分選工藝流程

本次試驗屬于單因素試驗，首先研究筒體高度（60 mm、80 mm、100 mm、120 mm）對最終分選效果的影響，在此基礎上分別對錐角（100°、110°、120°、130°、140°）、溢流管直徑（40 mm、45 mm、50 mm、55 mm、60 mm）及溢流管插入深度（20 mm、30 mm、40 mm、50 mm、60 mm、70 mm、80 mm）等結構參數進行確定。三錐角水介質結構參數確定后，將對其工藝參數包括入料壓力（0.02 MPa、0.04 MPa、0.06 MPa、0.08 MPa、0.10 MPa、0.12 MPa）、入料濃度（120 g/L、150 g/L、180 g/L）等參數進行確定。結合三錐角水介質旋流器在其他選煤廠的應用效果，本次試驗的分選對象為直徑＞0.2 mm 的粗顆粒，對分選后產品的綜合產率、綜合灰分等指標進行綜合評估，得出最佳的結構和工藝參數。

基于上述方案的試驗所得的試驗結果，適用于該選煤廠的三錐角水介質旋流器結構參數如表1 所示。

表1 三錐角水介質旋流器結構及工藝參數

2.2 三錐角水介質旋流器及改造工藝的工業性試驗

將上述結構參數的三錐角水介質旋流器按照標準工藝加工完成后，應用于選煤廠的生產中，并針對性地對相關工藝流程進行改造，對相關配套設備進行重新選型。

結合該選煤廠原煤的粒度和密度特性，并按照當前市場對不同規格產品的要求，為最終能夠得到最大產率的精煤，達到提升經濟效益的目的，在原分選工藝流程的基礎上進行改造，改造后的工藝流程如圖3所示。

圖3 選煤廠改造后工藝流程圖

分選工藝改造后為其配置合理設備才能最終達到改造的目的。結合《煤炭洗選設計工程》[5]標準的相關規范、生產能力和選型原則，重點對三錐角水介質旋流器和振動翻轉弧形篩的具體型號進行確定，具體選型結果如表2 所示。

表2 分選工藝改造后設備選型

結合選煤廠的生產能力，所配套三錐角水介質旋流器為3 臺，振動翻轉弧形篩為2 臺；同時，所選型設備的空間外形尺寸與現場空間也較匹配，改造工作量較小。

2.3 經濟效益評估

本工程改造的核心為增加了3 臺三錐角水介質旋流器和2 臺振動翻轉弧形篩，加上改造所需要的管路材料費和安裝、調試等費用，總計本次改造的總成本約為185 萬元。

經試驗生產評估，采用上述改造后的工藝和工藝設備后，對應從粗中煤泥中所得精煤的產率較之前提高了55.25%，選煤廠粗中煤泥占原煤比例約為1.1%，則通過改造后，從原煤中可增加的精煤的產率約為55.25%×1.1%=0.607%，可直接增產精煤的量為300 萬t×0.607%=1.82 萬t。

結合當前市場行情，精煤銷售價格為700 元/t，中煤銷售價格為300 元/t，則改造后可直接增產的經濟效益為：1.82 萬t×（700-300）元/t=728 萬元。

3 結論

1）結合選煤廠原煤特性和生產能力，為該選煤廠配置3 臺三錐角水介質旋流器和2 臺振動翻轉弧形篩，并對應地對其粗中煤泥分選工藝進行改造；

2）改造后，精煤產率可直接增產1.82 萬t，可直接增產的經濟效益約728 萬元。