粗煤泥分選工藝在呂家坨礦選煤廠的應用

魏立勇，李曉剛，劉向東

(開灤(集團)有限責任公司，河北 唐山 063018)

粗煤泥分選工藝在呂家坨礦選煤廠的應用

魏立勇，李曉剛，劉向東

(開灤(集團)有限責任公司，河北 唐山 063018)

針對呂家坨選煤廠粗煤泥含量高，原煤分級脫泥困難，以及原煤截粗系統水力分級旋流器組脫泥效果較差等問題。通過采用三錐角水介質旋流器代替FX600×3水力分級旋流器組并配置相關輔助設備的方式對粗煤泥分選工藝進行改進，有效解決了粗煤泥分選的問題，并改善了重介旋流器及浮選系統的分選效果，提高了原煤小時入選量和精煤產率，同時也為其他選煤廠的改造提供了較好的參考價值。

粗煤泥；三錐角水介質旋流器；粗煤泥分選工藝；原煤截粗系統；介耗

呂家坨選煤廠是一座處理能力為2.4 Mt/a的礦井型煉焦煤選煤廠，于1968年建成投產，該廠主要入選呂家坨礦原煤，原設計工藝為80～13 mm粒級塊煤由重介立輪分選，13～0.5 mm粒級末煤由跳汰機分選，<0.5 mm粒級煤泥采用濃縮浮選，并采用火力干燥的方式對浮選精煤進行脫水，浮選尾煤煤泥在沉淀池進行回收。隨著開采深度的增加，呂家坨礦原煤分選難度增大，導致精煤產率大幅度下降。為了提高經濟效益和實際生產需要，呂家坨礦選煤廠進行了多次工藝系統改造和擴能建設，原煤入洗能力提高到3.0 Mt/a，現有生產工藝為：>13 mm粒級原煤由立輪重介主再選，13～0.5 mm粒級原煤由無壓三產品重介旋流器分選，<0.5 mm粒級煤泥采用濃縮浮選，浮選精煤及尾煤由壓濾系統回收。入洗原煤煤種為肥、焦煤，主要產品為精煤、塊中煤、末中煤、煤泥。

經過多次改造，呂家坨選煤廠主要工藝系統基本完善，近年來，選煤廠入洗原煤中的粗煤泥含量不斷增加，造成原煤分級脫泥困難，處理量達不到設計能力，原煤截粗系統處理效果難以保證，末煤重介旋流器系統的負荷加重[1-2]，這些問題不僅制約了正常的洗煤生產，也造成了一定的經濟損失。因此，結合生產實際，有必要增加粗煤泥分選工藝[3-4]，即呂家坨選煤廠粗煤泥分選采用三錐角水介質旋流器代替原有水力分級旋流器的方式，對粗煤泥分選工藝進行技術改造，以解決存在的問題，提高選煤效率。

1 呂家坨選煤廠工藝流程

1.1 選煤工藝流程

入選原煤經過濕法分級，將>13 mm粒級部分進入立輪重介分選，13～0.5 mm粒級部分與原煤截粗系統底流脫泥后的物料一起進入三產品旋流器分選，原煤截粗系統旋流器組的溢流及篩下水與三產品重介旋流器系統的精煤磁選機尾煤進入浮選，選煤廠工藝流程如圖1所示。

圖1 呂家坨選煤廠選煤工藝流程圖

1.2 原煤截粗系統流程

呂家坨選煤廠原煤截粗系統流程如圖2所示。從圖2可以看出：原煤分級篩篩下水(濕法篩分)進入387篩下水池，通過K335煤泥泵將底流引入>28m層面的φ600×3濃縮分級旋流器組進行濃縮分級，分級旋流器組溢流引入387溢流槽自流進入濃縮機，之后進入浮選機洗選。底流經K337弧形篩脫水后進入K338振動篩進一步脫水，篩上物進入三產品重介旋流器進行分選。

2 存在問題與分析

近年來，隨著井下采煤機械化程度不斷提高，原煤中煤泥含量不斷增加，呂家坨選煤廠原煤中2～0.5 mm粒級含量提高20%左右，極大影響了原煤分級及原煤截粗系統的效果[5-6]。

(1)原煤分級系統處理能力達不到設計要求。原煤分級有2個系統，5臺雙層分級篩。根據GB50359—2005《煤炭洗選工程設計規范》的要求，下層篩按0.5 mm脫泥計算，5臺原煤分級篩總處理量為561～748 t/h。但由于原煤中13～0.5 mm粒級含量高，且波動大，0.5 mm粒級分級環節實際處理量接近理論值的下限，約600 t/h，嚴重制約了選煤廠的洗選能力，增加了選煤成本。

圖2 呂家坨選煤廠原煤截粗系統流程圖

(2)分級篩下層篩板易跑水，生產連續性差。由于選煤廠煤源多且有效配洗困難，原煤粒度組成變化較大。當13～0.5 mm粒級含量高時，下層篩板處理能力不足，易發生跑水造成皮帶打滑現象，造成生產中斷，生產連續性較差。

(3)煤泥量增加造成原生煤泥截粗效果難以保證。受原煤分級篩篩面面積小、末煤含量高、脫泥效果差等問題的影響，實際生產過程中原煤分級篩下層篩板(設計為0.5 mm)存在一定程度的跑水問題[7]。為保證洗煤生產的連續性，洗煤廠采取將部分下層篩板篩縫由0.5 mm增加至1.5 mm或2 mm的措施來解決跑水問題，但造成篩下水濃度過高的弊端。篩下水中含有大量>0.5 mm粒級的物料，造成截粗系統中的水力分級旋流器組分級濃縮效果變差。這是由于旋流器組底流含有大量細泥，導致截粗系統的脫泥篩處理能力不足，大量細泥進入三產品旋流器，造成旋流器系統分選效果變差、帶煤偏高、脫介困難，旋流器組溢流中也有部分粗粒進入浮選系統，使浮選系統出現跑粗現象[8]。溢流的低灰粗粒精煤難于再回收利用，影響了浮選效果，也造成了精煤損失[9]。

3 改造方案與實施

3.1 工藝選擇

目前，我國選煤生產中粗煤泥處理主要采用的方法有以下幾種，即高頻篩回收粗煤泥，不分選直接摻入末煤中銷售；粗煤泥返回主選系統進入旋流器或其它設備分選；煤泥重介洗選；精煤脫介稀介質與中煤脫介稀介質單獨磁選，尾礦回收粗精煤泥和粗中煤泥；螺旋分選機分選；干擾床分選機分選；水介質旋流器分選等[10-11]。通過現場生產實際狀況并調研分析，結合實驗室試驗及現場試驗結果，呂家坨選煤廠粗煤泥分選采用三錐角煤泥水介分選旋流器分選工藝，同時分選旋流器底流再返回末煤重介系統的方式，以提高選煤效率。

3.2 工藝布置

原煤分級篩的篩下水進入篩下水池，其底流通過煤泥泵打入重介車間九層布置的6臺336三錐角水介質旋流器組，三錐旋流器組溢流進入末煤重介旋流器車間，通過車間七層平面布置的4臺339高效弧形篩脫泥脫水后，再進入車間六層布置的2臺340高頻篩進一步脫泥，篩上物料與旋流器精煤共同進入離心機脫水后得到最終精煤，弧形篩與高頻篩的篩下水進入浮選系統。而三錐旋流器組底流經原337弧形篩、338振動篩脫水后，隨末原煤共同進入三產品重介旋流器，其中呂家坨選煤廠粗煤泥分選工藝流程圖如圖3所示。

圖3 呂家坨選煤廠粗煤泥分選工藝流程圖

3.3 改造項目

(1)更換833循環水泵1臺套，以提高處理能力，降低煤泥水濃度，現用泵處理能力為1 100～1 200 m3/h。

(2)更換335煤泥水泵1臺套，以便提高三錐旋流器組入料壓力，現用泵處理能力為1 100～1 200 m3/h。

(3)在三車間28 m標高安裝三錐水介質分選旋流器組1套6臺，單臺處理能力為180～220 m3/h，分選粒級為0.2～2 mm。

(4) 在車間25.3 m和19.3 m標高安裝4臺高效弧形篩(設備號為3391-4)、2臺高頻振動篩(設備號為3401-2)，用于三錐旋流器組溢流產品脫水。

(5)安裝387煤泥水倉、833循環水倉倉位計，編制自動運行控制程序等，以便實現根據三錐旋流器組的入料壓力自動調整335泵頻率，根據387倉位自動調整833泵頻率。

(6)合并改造旋流器系統精煤和中矸磁尾截粗系統。拆除新廠原0191-2、0241-2分級旋流器組、0211-2高頻篩，用于安裝高效弧形篩(3391-4)和高頻篩(3401-2)。

(7)對涉及改造的管路及配電系統進行升級完善，并做相應的土建加固。

4 改造效果與效益分析

呂家坨洗煤廠粗煤泥分選工藝改造正式投產后，系統運行平穩，原有問題得到了有效解決。通過調整入料濃度、入料壓力和溢流管直徑等實現了精煤灰分的精確調整，精煤灰分可控區間為11.0%～13.0%，實際精煤灰分介于11.5%～12.5%之間；進入三產品重介旋流器的細泥含量有所減少，改善了分選效果，減少了產品帶介量；浮選入料濃度下降，減輕浮選系統壓力，精煤綜合產率有所提高。

4.1 精煤產率

井下生產銜接情況和各槽原煤產比變化對入洗原煤煤質有一定的影響。2016年1月試驗階段生產14級精煤產率為28.35%，較2015年下半年產率提高了0.25個百分點；生產高灰精煤產率為37.45%，較2015年下半年提高了0.11個百分點。

4.2 末原煤中細泥含量

呂家坨洗煤廠原生煤泥經脫泥后的粗煤泥隨末原煤一起進入三產品重介旋流器，該部分物料細泥含量直接影響三產重介品旋流器分選效果[12-13]。三錐粗煤泥分選改造項目將該工藝環節原3361-2分級旋流器組更換為三錐分選旋流器組，兩設備底流中細泥含量對比分析見表1。

從表1中可以看出：三錐分選旋流器底流物料細泥含量呈減小的趨勢，其中<0.425 mm粒級物料含量累計減少14.35%。在原有3371-2弧形篩、3381-2高頻篩脫泥效率不變的情況下，進入三產品旋流器的細泥含量減小，分選效果得到相應改善。

4.3 三產品重介旋流器分選效果

改造前后三產品重介旋流器中煤帶精煤、精煤帶矸石結果見表2所示。

表1 三錐分選旋流器與水力分級旋流器底流粒度組成對比結果

表2 改造前后三產品重介旋流器分選指標對比

由表2可知：改造后進入三產品重介旋流器的細泥含量減少，分選效果得到改善。生產14級精煤、高灰精煤期間，中煤帶精煤分別降低0.48%、0.55%，精煤帶矸石降低了0.07%。

4.4 產品帶介量及介質消耗

改造完成后，進入三產品重介旋流器的細泥含量減少，比表面積降低，產品帶介量也有所下降，有利于控制介質消耗[14]。2016年1月原煤小時入洗完成量為662 t/h，與2015年累計值相比提高了25 t/h。而介耗完成量為1.03 kg/t，與改造前持平，即入洗量提高，介質消耗不變。因此，三錐粗煤泥分選工藝改造后，在原有脫介工藝及入洗量控制條件下，三產品重介旋流器中細泥含量有所降低，產品帶介量相應減少，介質消耗呈降低趨勢。

4.5 浮選入料濃度

改造完成后，三錐旋流器組溢流經過3391-4高效弧形篩、3401-2高頻篩脫水后，篩上產品混入末精煤，相比于原336分級旋流器組溢流直接進入原煤濃縮機，浮選入料中粗粒煤泥減少，濃度呈減小趨勢，經檢測，浮選入料濃度由120g/L降低至105 g/L。

5 經濟效益分析

5.1 開機功率

三錐粗煤泥分選工藝改造前后，設備開、停機功率調整如表3所示。

表3 三錐粗煤泥分選工藝改造前后裝機功率對比結果

從表3可以看出：根據開、停機功率調整情況，改造后較改造前功率增加75.6 kW。按照入選量714 t/h、入選原煤3.30 Mt/a、電價0.47元/ kWh計算，每年增加電力消耗349 411.8 kWh，電費增加了16.42萬元/a。

5.2 系統維護成本

新增洗煤工藝系統設備維護成本0.2元/噸，按照入洗原煤3.30 Mt/a計算，改造完成后，系統維護成本增加了66萬元/a。

5.3 精煤產率

2015年洗選14級精煤與洗選高灰精煤入選原煤比例為45%、55%，改造后綜合精煤產率提高了0.17%。按入選原煤3.30 Mt/a、精煤與中煤差價為400元/a計算，精煤產率提高后，可增創效益224.40萬元。

5.4 綜合經濟效益

三錐粗煤泥分選工藝投入后，綜合電力消耗、系統維護成本增加及精煤產率提高等因素，每年選煤廠可增創經濟效益141.98萬元。

6 結語

近幾年，粗煤泥分選工藝得到越來越多的應用，呂家坨選煤廠在原有原煤截粗系統上進行了升級改造，三錐粗煤泥分選工藝的成功應用使選煤工藝更加完善，為開灤集團其它選煤廠粗煤泥分選系統改造提供可靠的技術支持。改造后，完成了末煤重介旋流器系統三套精煤、中矸磁尾截粗系統合并改造，呂家坨礦洗煤廠實現>13 mm粒級塊煤立輪主再選，13～2 mm粒級末煤三產品無壓旋流器分選，2～0.2 mm粒級三錐角水介質旋流器分選，<0.2 mm粒級煤泥浮選四級聯合工藝，提高了精煤產率，也使煉焦煤資源得到合理的利用。該應用為粗煤泥分選開辟了新思路，對其他選煤廠改造具有一定的借鑒意義。

[1] 閆 開，雷 龍.CSS-3.0型粗煤泥分選機在公烏素選煤廠的應用[J].選煤技術，2015(1):32-35.

[2] 謝廣元.選礦學[M].徐州:中國礦業大學出版社，2010.

[3] 呂一波，閆賀卿，彭德強，等.水介流化床粗煤泥分選機分選原理及應用效果研究[J].煤炭技術，2014，33(12):315-317.

[4] 郭 德，魏樹海，張秀梅.脈動粗煤泥分選機分選理論及其應用研究[J].煤炭學報，2015，40(9):16-19.

[5] 黃 松，盧志明，趙 明，等.孔莊選煤廠粗煤泥脫泥系統技術改造[J].選煤技術，2015(4):48-51.

[6] 劉 佳，秦朝陽.CSS粗煤泥分選機分選試驗研究[J].煤炭加工與綜合利用，2015，(3):31-33.

[7] 王 進.新型兩段粗煤泥分選旋流器在曙光選煤廠的應用[J].潔凈煤技術， 2014，20(2):10-12.

[8] 張運起，崔廣文，沈笑君，等.三錐角水介質旋流器在跳汰工藝中的應用[J].選煤技術，2015(6):48-51.

[9] 王國華，張宏方，史建軍.新元礦選煤廠粗煤泥分選工藝效果分析[J].選煤技術，2014(6):47-50.

[10] 崔廣文，郭啟凱，宋國陽，等.三錐水介分選旋流器在粗煤泥分選中的應用[J].潔凈煤技術，2013，19(1):1-4,26.

[11] 龐 亮.粗煤泥分選工藝技術進展與展望[J].山東煤炭科技，2008(6):152-153.

[12] 于進喜，劉文禮，姚嘉胤，等.粗煤泥分選設備及其特點對比分析[J].煤炭科學技術，2010，38(7):114-117.

[13] 丁爭星.不脫泥無壓三產品重介質旋流器分選粗煤泥的實踐[J].煤炭加工與綜合利用，2016(1):8-10.

[14] 崔廣文，趙 輝，徐東升，等.粗煤泥分選新工藝的探討[J].煤炭加工與綜合利用，2014(1):10-13.

Application of the coarse slime separation process at Lvjiatuo Mine Coal Washery

WEI Li-yong, LI Xiao-gang, LIU Xiang-dong

(Kailuan Liability Limited (Group) Co., Ltd., Tangshan, Hebei 063018, China)

The problems confronted by the plant are the difficulty in raw coal sizing and desliming operation due to high content of coarse slime in raw coal and poor desliming performance of the hydrocycle battery used for retaining coarse particles. Work is therefore made on improvement of the coarse slime separation system. Through the use of 3-cone water-only cyclone in place of the FX600×3 classifying hydrocyclone originally used and improvement of related auxiliary equipment, there has been seen an improvement of the performance of coarse slime treatment, heavy-medium cyclone and flotation system, as well as increase of treating capacity and yield of clean coal.

coarse slime; 3-cone water-only cyclone; coarse slime cleaning process; coarse particles retaining system; medium consumption

1001-3571(2016)06-0047-05

TD94

B

2016-11-29

10.16447/j.cnki.cpt.2016.06.013

魏立勇(1971—)，男，河北省盧龍縣人，高級工程師，從事選煤技術管理工作。

E-mail:weiliyong@kailuan.com.cn Tel：0315-3025158

魏立勇，李曉剛，劉向東.粗煤泥分選工藝在呂家坨礦選煤廠的應用[J].選煤技術，2016(6)：47-51.