陽泉一礦選煤廠主洗系統改造方案研究

劉國慶

(陽泉煤業(集團)有限責任公司，山西 陽泉 045000)

陽泉一礦選煤廠主洗系統改造方案研究

劉國慶

(陽泉煤業(集團)有限責任公司，山西 陽泉 045000)

針對陽泉一礦選煤廠產品硫分偏高、產品競爭力較弱的問題，擬對現有工藝流程進行改造，具體措施為：用無壓給料三產品重介旋流器代替末煤跳汰系統；降低原煤入洗粒度上限至50 mm；改進煤泥水系統，設置末精煤離心機和煤泥離心機。預計改造后，每年可多回收末精煤1.40～1.70 Mt，增加利潤約8 000萬元，并提高了產品質量，可將末精煤硫分控制在1.75%以內。

主洗系統；重介旋流器；脫硫；煤泥離心機；末精煤

陽泉一礦選煤廠隸屬于陽泉煤業(集團)有限責任公司，是一座設計生產能力為7.50 Mt/a的礦井型選煤廠，主要采用淺槽重介+跳汰選煤工藝,其中>13 mm塊煤用淺槽重介分選,<13 mm末原煤部分粒級進入三產品跳汰機分選，入選一礦15#原煤，主要產品為選中塊、選小塊、1#噴粉煤、2#噴粉煤、3#噴粉煤、粒級煤、末煤。經過地質勘探，15#煤的平均硫分約為2.2%，已知的煤層硫分上限高達3.02%；同時，由于原煤可選性的逐步惡化，產品煤灰分也有上升趨勢。此外，隨著煤炭應用過程中環保壓力的日益加重，煤炭用戶對產品硫分的要求越來越嚴格[1,2]，使高硫煤在市場競爭中的壓力越來越大。因此，對洗選系統進行優化改造，穩定并改善產品煤質量，成為當前選煤廠需要認真對待的課題。

1 生產現狀分析

目前，選煤廠主洗系統生產工藝為重介+跳汰工藝，具體流程為：>13 mm粒級由重介淺槽分選機分選，13～9 mm粒級由三產品跳汰機分選，<9 mm粒級直接作為產品煤出售，主要產品有洗中塊、洗小塊、洗末煤、篩末煤和煤泥，其中末煤產品和煤泥會根據實際情況作配煤使用。近年來，由于生產規模的調整和煤炭市場的變動，跳汰系統處于間歇生產狀態，既可將13～9 mm粒級入跳汰系統分選出洗末煤產品(圖1)，也可以將<13 mm粒級原煤直接作為產品出售(圖2)。

圖1 陽泉一礦選煤廠跳汰工藝流程圖

圖2 陽泉一礦選煤廠重介系統工藝流程圖

目前，陽泉一礦選煤廠主要面臨的問題在于：

(1)隨著開采機械化程度的提高，原煤中末煤比例逐漸變大，末煤篩分系統工作壓力加重。

(2)末原煤硫分偏高，篩末煤產品的硫分達到了2.7%～2.8%，并且由于末煤在原煤中的比例增大，為后續配煤降硫造成了越來越大的壓力。

(3)跳汰機分選精度較差，矸石帶煤現象比較嚴重。

(4)重介與跳汰系統同時運轉，導致管線布置較為復雜，洗水控制難度較大，不利于生產的自動化控制。

2 煤質分析

2.1 粒度組成分析

為了解原煤的粒度特性，對入選原煤進行了篩分分析，并對各粒級的產率、灰分、全硫進行了分析，具體數據見表1。

根據表1中灰分、硫分數據繪制原煤質量指標變化圖(圖3)，可以看出：

(1)隨著粒度的減小，原煤灰分呈現先升高再降低的變化，但整體上的波動范圍較小。這說明原煤中的夾矸含量較低，同時嵌布粒度較小，且分布均勻，解離難度小，因而在洗選過程中適當降低入洗粒度對產品脫灰效果影響不大。

表1 原煤篩分試驗結果Table 1 Screen analysis of raw coal %

圖3 原煤主要質量指標隨粒度變化圖

(2)硫分在各粒度級中的分布較為均勻，硫分隨粒度的變化規律與灰分基本一致。

如果僅憑粒度分析，可得到的結論為：在塊煤洗選時，大幅度降低入選粒度對脫灰降硫意義不明顯。此外，<13 mm粒度級的產率高達53.12%，如將這部分原煤直接作為產品時，硫分和灰分均較高，市場價格低，競爭力小[3,4]，宜通過洗選進行質量優化，提高競爭力。

為了解原煤中硫的分布情況，對各粒度級原煤進行了形態硫分析，結果見表2。

表2 原煤各粒級形態硫數據表Table 2 Sulfur analysis of different size fractionsof raw coal %

由表2可見，各粒級原煤的硫分中均含有較高比例的硫鐵礦硫，并且隨著粒度的減小，硫鐵礦硫的含量有減小的趨勢。這說明，雖然原煤中硫鐵礦與煤的嵌布粒度較小，但在各粒度級中的分布非常均勻。雖然從整體上看灰分和硫分隨粒度的變化均較小，但適當降低入選粒度還是有利于硫鐵礦與煤的解離，進而通過重選手段脫除硫鐵礦[5]，同時達到脫灰和降硫的目的。

2.2 樣品浮沉試驗分析

由于本次主要是針對目前不進行洗選的末原煤制定洗選方案，并綜合考慮目前的主要洗選設備(如跳汰機、重介旋流器等)的入料粒度下限不宜過低，因此只對13～3 mm粒級原煤進行浮沉試驗分析，結果如表3所示。

表3 13～3 mm原煤浮沉試驗結果Table 3 Float-and-sink analysis of 13～3 mm raw coal %

根據表3數據繪制可選性曲線，如圖4所示。由圖4中的λ曲線可見，13～3 mm粒級原煤的可選性較好，從分選密度±0.1含量曲線來看，當分選密度介于1.7～1.8 g/cm3之間時，13～3 mm粒級原煤屬于易選煤。

對13～3 mm粒級末原煤進行分粒級浮沉試驗，并統計硫分變化情況，結果如圖5、圖6所示。

由圖5和圖6可見，<13 mm粒級原煤各粒度級中硫分分布相對集中，具體情況如下：

(1)密度在1.7g/cm3以下的各粒度級硫分均在2%以下，并且隨著密度升高，硫分有略微下降的趨勢。

圖4 13～3 mm末原煤灰分可選性曲線

圖5 <13 mm粒級末原煤各粒度級全硫隨密度變化曲線Fig.5 Variation of total sulfur of different size fractions of minus 13 mm raw coal with density

圖6 <13 mm粒級末原煤各粒度級浮物累積硫分變化曲線

(2)密度介于1.7～1.8 g/cm3的各粒級硫分均有升高趨勢。

(3)各粒級樣品的浮物累積全硫在分選密度>1.8 g/cm3時出現劇烈升高，各粒級在分選密度為1.8 g/cm3時的浮物累積全硫均在1.9%以下；而當分選密度>1.8 g/cm3時，浮物累積全硫急劇升高至2.0%以上。

(4)當密度>1.8 g/cm3以后，各粒度級硫分大幅度升高，均超過了5%。

綜上分析可知，在建議的分選密度下，粒度的減小有助于進一步降低產品硫分。但考慮到粒度過小時對主洗設備的適應性會降低，因此入選粒度上限不宜過小。

3 改造措施

根據煤質分析結果，結合當前選煤技術的發展趨勢和市場要求[3,4]，建議對主洗系統進行技術改造，采用重介洗選工藝，實現末煤入選，從而達到提高洗選精度，脫硫降灰，降本增效的目的。

3.1 原煤準備系統

拆除現有的末煤篩分系統，實現末煤入選。由前述粒度分析可知，原煤中夾矸分布較為均勻，各粒度級的灰分和硫分波動范圍較小，但由于硫鐵礦在煤中的嵌布粒度較小，并且可通過重選手段脫除，因此從改善精煤質量、提高洗選效率的角度考慮，應適當降低原煤的入選粒度[7]。同時，考慮客戶對產品煤粒度的要求，建議將入選粒度上限定為50 mm。對于<13 mm粒級的末原煤，為了最大限度地通過重介環節脫灰、降硫，并且保證分選粒度與重介旋流器的處理粒度范圍相適應，建議在入選前增加3 mm的脫粉篩，即末原煤先經3 mm脫粉篩，篩上物直接入選，篩下物作為產品直接出售或用于末煤產品混配。

3.2 主洗系統

主洗系統的末煤入選改造是本次改造的重點。改造主要內容為：在取消末煤篩分車間的同時，逐步淘汰三產品跳汰機，原有洗選任務由三產品重介旋流器承擔。建議以13 mm和3 mm為分選界限，>13 mm粒級原煤由重介淺槽分選，13～3 mm粒級原煤由三產品重介旋流器分選，<3 mm粒級不洗選。

相對于有壓給料而言，無壓三產品重介旋流器洗選過程中產生的次生煤泥量少[6]，泥化現象較小，因此確定重介旋流器的入料方式為無壓給料。由煤質分析可知，末原煤中的無機硫主要集中在>1.8 g/cm3密度級，各粒級中>1.8 g/cm3密度級的全硫均>2%；<1.8 g/cm3各密度級的硫分指標變化幅度較小，各粒度級中1.6～1.7 g/cm3密度級全硫最低。經過前述分析可知，15#煤的末煤部分屬于易選煤，合理的分選密度也在1.6～1.7 g/cm3之間。因此，建議將三產品重介旋流器的分選密度定在1.6～1.7 g/cm3之間。

為適應重介系統的改造，還需新增磁選機及分流系統以應對改造后新增的介質回收壓力。改造后的末煤洗選工藝流程如圖7所示。

圖7 改造后末煤洗選工藝流程圖

3.3 煤泥水系統

由于末原煤中的煤泥含量較大(為23.39%)，實現末煤入選后煤泥水系統的壓力必然增加，現有的斗子撈坑不足以滿足煤泥脫水處理需求，同時產出的末精煤也需要進行脫水，因此建議增加離心機承擔末精煤和煤泥的脫水任務。淺槽重介產生的煤泥水經脫介后進入斗子撈坑進行煤泥沉淀脫水；三產品重介旋流器產生的煤泥水脫介后，先經由弧形篩預脫水，再由煤泥離心機脫水，濾液作為循環水返回主洗系統，脫水后的煤泥作為配煤產品使用或直接出售。

3.4 主要設備選型

通過工藝設備并結合現場情況，需要對前述分析中涉及到的相關設備進行替換并選型，具體見表4。

表4 主要設備選型表Table 4 Selection of main equipment

表4中的原有設備是指在現有設備基礎上更換篩網，或調整設備使用參數的適應性改造。這主要是出于降低改造成本，減小改造難度的考慮。

4 預期效果

實現末煤入選后，由于取消末煤分級系統與跳汰系統，可使主洗系統整體上更加規整，介質回收系統可進行整體規劃，管路設計更加簡潔，便于提高系統的自動化程度。

實現末煤入選后，>3 mm粒級末精煤產品的硫分可控制在1.75%以下，每年多產出末精煤1.4～1.7 Mt，扣除生產成本后，保守估計每年為企業增加利潤可達8 000萬元。

5 結語

選煤廠在生產實踐中，由于煤質不斷變化，客戶及國家政策對于產品煤的質量要求也不斷提高，因此洗選系統也要不斷更新、優化。本文針對陽泉一礦選煤廠產品煤硫分偏高，洗選精度較低的現狀，對洗選系統的改造提出了幾點合理化建議，不僅可以提高企業經濟效益，也將為高硫煤的合理、清潔利用提供有益參考。

[1] 葉大武. 我國選煤現狀與技術改造[J]. 選煤技術，1999(2)：1-2.

[2] 邵燕祥，田軍章，路磊濤. 梁北選煤廠選煤工藝技術改造的研究[J]. 煤，2008(3):59-61，63.

[3] 姬步強. 極難選煤洗選工藝的技術改造[J]. 科技情報開發與經濟，2004(10):319-321.

[4] 邵良增，尹 琳. 強化技術改造實現選煤增效[J]. 煤質技術，2008(2):68-69.

[5] 余 暉. 重介旋流器選煤工藝在望峰崗選煤廠技術改造中的應用[J]. 煤炭加工與綜合利用，2001(3):39-41.

[6] 于鳳芹. 平煤一礦選煤廠技術改造實踐[J]. 選煤技術，2015(3):56-58.

[7] 高 明. 塔山選煤廠原煤準備車間技術改造[J]. 選煤技術，2015(3):43-45.

Study on renovation scheme of main separation system at No.1Yangquan Mine Coal Preparation Plant

LIU Guo-qing

(Yangquan Coal (Group) Co., Ltd., Yangquan, Shanxi 045000, China)

Considerably high sulfur of coal product is the problem confronted by No.1 Yangquan Mine Coal Preparation Plant, which has had the product in a weak competitive position. To tackle this problem, a study on renovation scheme is made on the existing coal washing circuit through adding small clean coal centrifuge and coal slime centrifuge in coal slurry treatment process, as well as the use of gravity-fed 3-product dense medium cyclone instead of small coal jigging system, leading to top size of raw coal to be washed up to 50mm. It is expected after the renovation that there will be an increase of the recovery of the clean coal by 14-17 million tons each year, an increase of profits by CNY 80 million or so, as well as an enhancement of both product quality and sulfur of clean coal controlled within 1.75 percentage points.

main separation system; dense medium cyclone; sulfur removal; coal slime centrifuge; small clean coal

1001-3571(2016)06-0090-05

TD94

B

2016-08-25

10.16447/j.cnki.cpt.2016.06.017

劉國慶(1967—)，男，山西省平定縣人，工程師，從事選煤技術管理工作。

E-mail：893917430@qq.com Tel：0353-7071659

劉國慶.陽泉一礦選煤廠主洗系統改造方案研究[J].選煤技術，2016(6)：90-94.