田莊選煤廠末煤分選系統優化實踐

姬躍平

(平頂山天安煤業股份有限公司 田莊選煤廠，河南 平頂山 467013)

田莊選煤廠是一座處理能力為10 Mt/a的礦區型煉焦煤選煤廠，設計采用四級分選工藝，即入選原煤被分為>20 mm粒級塊煤、20～1 mm粒級末煤、1～0.5 mm粒級粗煤泥及<0.5 mm粒級細煤泥四部分，分別采用斜輪重介質分選機、三產品重介質旋流器、粗煤泥分選機及機械攪拌式浮選機進行處理。

入選原煤來自平頂山礦區，粒度上限<300 mm，原煤灰分為40%左右，精煤理論產率約為50%，矸石含量在30%以上，揮發分介于22%～33%之間，硫分<0.5%，主導產品為焦精煤和1/3焦精煤。

田莊選煤廠的末原煤產率在50%左右，末煤系統是影響最終精煤數質量的關鍵環節。與以重介質旋流器為核心設備的重介分選系統相比，其他三種分選系統的精煤質量控制較為困難，因此末精煤經常存在不同程度的“背灰”，造成總精煤產率下降，對企業經濟效益有著嚴重的負面影響。

1 存在問題

以四礦原煤作為煤樣，按照精煤最高產率原則對四種精煤產品的指標進行設計，并與實際完成指標進行對比分析。四種精煤產品的設計指標見表1。

由表1可知：按照十級精煤的指標要求，第3項最佳，不但精煤灰分合格，而且精煤產率最高，塊精煤灰分為11.30%，末精煤灰分為9.70%，CSS精煤灰分為8.70%，浮選精煤灰分為10.90%，最終精煤灰分為9.98%，對應的理論產率為52.25%；而在實際生產中，塊精煤灰分為12.00%，末精煤灰分為9.18%，CSS精煤灰分為11.00%，浮選精煤灰分為11.00%。通過對比可知：塊精煤、CSS精煤及浮選精煤的實際灰分均高于理論灰分，而末精煤的實際灰分低于理論灰分，實際生產中存在末精煤“背灰”問題[1]。

表1 四種精煤產品的設計指標

塊精煤、浮選精煤灰分偏高主要受操作水平、煤質變化的影響，而CSS精煤灰分偏高主要受脫泥效率的影響。斜輪重介質分選機的分選效果受原煤分級效果的影響較為突出，在分級篩長時間運行時篩面堵塞嚴重，分級效率下降，部分末煤被錯配到塊煤分選系統中，導致斜輪重介質分選機分選效果變差。在脫泥篩脫泥效率為100%時，CSS粗煤泥分選機能夠分選出灰分為8.70%的精礦，但由于精礦脫泥困難，經過脫泥的精煤灰分只能降到11.00%左右；如果想要繼續降低其灰分，則需要脫泥效果更好的設備[2-3]。浮選精煤產率僅次于末精煤產率，受原煤泥化、循環水水質等因素的影響，浮選操作較為困難，如果浮選藥劑用量不足，則出現浮選“跑粗”的問題，導致壓濾系統負擔增加；如果浮選藥劑用量偏多，則浮選精煤灰分偏高[4]。

2 內在原因及其影響

實際完成指標不符合最高產率原則，必然造成精煤產率偏低，由于末原煤所占比例最高，因此其對精煤產率的影響最為明顯[5-6]。結合重介質旋流器的分選規律，對末精煤“背灰”的內在原因及其影響進行分析。

2.1 內在原因

在生產過程中，以末中煤篩上的精煤損失作為末精煤分選效果的評價指標，即根據損失到末中煤的精煤量及時調整重介質旋流器的分選密度，損失到末中煤的精煤量多，表明分選密度偏低；損失到末中煤的精煤量少，表明分選密度偏高。計算中末精煤損失的比重為1.40，即對<1.40 g/cm3密度級末中煤進行浮沉試驗，浮物本級產率為末精煤損失。分選密度直接影響數量效率[5,7-8]，且兩者的變化具有統計規律性，分選密度與數量效率、末精煤損失的關系如圖1所示。

圖1 分選密度與末精煤損失和數量效率的關系

由圖1可知，隨著分選密度的提高，數量效率呈上升趨勢，而末精煤損失呈下降趨勢，兩者趨勢相反。

為進一步驗證重介質旋流器分選密度對數量效率的影響，對末精煤損失與數量效率的關系進行了分析，結果見表2。

由表2可知：末精煤的平均灰分為8.92%，灰分最大值為10.33%，最小值為6.41%；除第1組和第15組外，其他組灰分都符合十級精煤的要求，都應進入末精煤產品中；末精煤損失變化較大，均值為8.44%，最大值為31.38，最小值為1.02%；數量效率十分不穩定，均值為87.95%，最大值為97.28%，最小值為64.36%。

表2 數量效率和末精煤損失的關系

根據表2數據繪制的散點圖與擬合直線如圖2所示。由圖2可知：線性相關系數為-0.937，取顯著性水平0.05，臨界值為0.423，說明末精煤損失與數量效率存在負線性相關，即隨著末精煤損失的增加，數量效率呈下降趨勢[9-10]。換而言之，數量效率越高則末精煤損失越小，重介質旋流器的分選效果越好；數量效率越低則末精煤損失大，重介質旋流器的分選效果差。由于分選密度調整造成末精煤損失的波動，這就驗證了隨著重介質旋流器分選密度的變化，數量效率也表現出規律性的變化。

圖2 <1.40 g/cm3密度級末精煤損失與數量效率的關系曲線

設備分選密度改變，數量效率隨之改變，這是因為分選密度發生變化，導致末原煤的可選性也發生變化。將表2第18項的煤樣進行詳細檢測，結果見表3。

表3 計算入料的密度及可選性

由表3可知：隨著分選密度的升高，δ±0.1含量下降，即分選密度越高，末原煤的可選性越好，分選密度越低，其可選性越差。此外，當重介質旋流器分選密度較低時，分選介質的體積濃度顯著下降，其穩定性隨之變差[6,11]，這也是數量效率下降的原因。

2.2 末精煤“背灰”對精煤產率的影響

通過對表3數據計算可知：<1.40 g/cm3密度級入料的灰分在8.74%以下，按照十級精煤標準要求，其全部為精煤產品；1.40～1.50 g/cm3密度級入料的灰分為18.93%，本級產率為10.36%，在保證精煤質量合格的前提下，其應最大限度地進入精煤產品中，以提高精煤產率。換而言之，<1.40 g/cm3密度級原煤是精煤質量的保證，而1.40～1.50 g/cm3密度級原煤是精煤產率的保證[12-13]。

因此，三產品重介質旋流器的分選密度應>1.40 g/cm3，且在1.43 g/cm3左右為宜。如果分選密度<1.40 g/cm3，則末中煤<1.40 g/cm3密度級的含量增加，不但不能保證精煤質量，而且不能保證精煤數量。此外，數量效率的降低程度與<1.40 g/cm3密度級的末中煤灰分和產率相關，表1中灰分在6.41%～10.33%之間的<1.40 g/cm3密度級末中煤都能進入精煤產品。通過圖2可知：當末精煤損失>7%時，數量效率降至90%以下，因此通過降低末精煤灰分來保證最終精煤灰分的操作方式易使精煤產率下降[14-15]。

3 優化方案

末煤分選系統是保證精煤質量與產量的關鍵環節，針對其他三個分選系統精煤灰分偏高的問題，末煤系統可以采取降低精煤產率和末精煤灰分的方式，保證最終產品合格，但是不能通過“犧牲”末精煤產率來保證入倉精煤質量合格，解決問題的根本途徑在于控制CSS精煤、浮選精煤的灰分指標。

(1)減少塊精煤灰分波動。斜輪重介質分選機的入料粒度在300～20 mm之間，在連續生產過程中，由于原煤分級篩的分級效果較差，難免發生入料粒級變小的情況。具體原因比較復雜，如篩面被雜物、纖維堵塞，五臺分級篩的入料量分配不均，噴水管被堵塞，沖水、噴水壓力不足等。分級篩的分級效果較差直接造成部分<20 mm粒級物料進入斜輪重介質分選機，而其對這部分物料分選效果不佳，致使塊精煤質量波動較大。

針對塊煤分選系統存在的問題，制定了一系列措施。第一，執行原煤分級篩停車清理篩面制度，每逢停產檢修，必須清理篩面雜物，保持篩面開孔率滿足要求。第二，崗位司機根據原煤數量變化，定期巡檢各分級篩的入料情況和分級情況，保證沖水量、噴水量穩定，以提高物料透篩效果。第三，定期檢查、疏通噴水管，保持噴嘴完好，保證噴水壓力滿足要求。第四，改造生產水泵，提高其流量與壓力，以保證分級篩的噴水量充足。

(2)改善CSS精煤脫泥效果。CSS粗煤泥分選機能夠分選出滿足要求的精煤，但其中混雜有大量高灰細泥，只有脫除這部分細泥，才能進一步提高產品質量。為此，主要采取了兩個技術措施。第一，選用智能振網弧形篩，該設備具有定時擊打篩面的功能，能夠防止篩面被堵塞。第二，選用國內最新的強制脫泥篩板作為直線篩的篩板，由于每塊聚氨酯篩板上自帶一層柔性篩面，經過智能振網弧形篩脫泥的CSS精煤，可以再次被強制脫泥，能夠有效改善脫泥效果，提高CSS精煤的質量。

(3)調整浮選系統操作。從提高循環水水質方面對浮選系統進行改善，以保證浮選精煤灰分可控；同時，提高浮選操作人員的質量意識，嚴格控制浮選精煤灰分，減輕末煤系統負擔，發揮重介質旋流器以較高密度分選時的產率優勢。

4 優化效果

在采取優化措施后，末精煤“背灰”現象有了明顯好轉，優化前后的精煤灰分數據見表4。

表4 優化前、后的精煤灰分對比結果

由表4可知：在原煤灰分相差不大的條件下，塊精煤灰分穩中有降，末精煤灰分從9.18%提高到9.66%，CSS精煤灰分從11.00%降至10.11%，浮選精煤灰分從11.00%降至10.05%，而入倉灰分從9.98%降至9.90%，而實際精煤產率從47.35%提高到48.65%，說明優化措施是有效的，精煤質量得到提升，精煤產量也有所提高。

5 結語

在分級入選工藝條件下，通過對各精煤產品考察與分析，確定末煤分選系統的分選效果對精煤產率有著決定性的影響。在實際生產過程中，應該加強對浮選精煤、CSS精煤灰分的控制，以減少甚至消除末煤系統的“背灰”的問題，進而發揮末煤分選系統的數質量優勢，確保最終精煤產品的產率最大化。

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