動力煤選煤廠末混煤減量化研究

姚 雷，楊偉橋，賈 飛

(陜西煤化選煤技術有限公司，陜西 西安 710000)

隨著我國綜合國力的增強，能源消耗也迅速加大，2016年，全國用電量為6萬億kW·h，其中采用煤炭進行火力發電的比重占65%以上，煤炭資源仍將長時間作為我國最重要的一次能源[1-2]。龍華選煤廠隸屬于陜煤集團孫家岔龍華礦業，是一座設計能力為4.0 Mt/a的動力煤選煤廠，主導產品為優質動力煤。該廠于2014年3月建成投產，隨著礦井生產能力的提升，工藝系統改造后，處理能力提升至6.0 Mt/a。龍華選煤廠直接入選龍華煤礦原煤，洗選工藝采用塊煤淺槽重介分選機+末煤三產品重介質旋流器聯合工藝，即原煤經過篩分和破碎后，13～100 mm粒級塊煤進入淺槽重介分選機分選，<13 mm粒級部分進入三產品重介質旋流器分選，塊煤和末煤分別經過脫介脫水后，產出塊精煤、籽精煤、末混煤等高品質動力煤，煤泥水進入水力分級旋流器，溢流進入濃縮機沉降濃縮后進行壓濾。

在選煤廠實際生產中發現，產品中存在末混煤含量高，塊精煤少的問題[3-4]。為了解決這一問題，對選煤廠原煤進行了篩分和浮沉試驗，對原煤分級脫泥篩篩上和篩下煤樣、塊精煤分級脫介篩篩上和篩下煤樣進行了20 mm和13 mm粒級的篩分試驗，并通過末煤煤流和相應設備的分析和流程計算，在保證質量的前提下，提出了末混煤減量化的方案。

1 存在問題

選煤廠末混煤煤流示意如圖1所示。該廠末混煤主要有三部分組成：第一部分為原煤經過302原煤分級篩(雙層香蕉篩,上層篩孔為25 mm)篩分后的中層物料，此部分物料占比最大；第二部分為淺槽塊精煤經304分級脫介篩分級后篩選出的<20 mm粒級的細粒精煤；第三部分為經水力旋流器分級后的粗煤泥物料。

圖1 選煤廠末混煤煤流示意圖

在實際生產中，由于末原煤含量較高，占入選原煤的1/3以上，因此當原煤煤質發生變化時，末混煤發熱量和水分極易超標，影響選煤廠產品質量[5-6]，因此在確保對洗小塊限下率影響較小，保證發熱量和水分指標的前提下，提出了末混煤減量化方案。

為了降低末混煤的產量，將原來25 mm孔徑的篩板更換為20 mm孔徑的篩板，并在篩前溜槽中加裝5塊篩板，以增加篩分面積，提高篩分效率。對淺槽重介分選機進行了改造，在入料箱處設計安裝“第二道水平流增流調節環節”，優化淺槽工況。

從圖1中可以看出末混煤的煤流線有三部分，但在實際生產中僅有其中302原煤分級篩上層物料的煤流才可進行改造，其分析如下：

(1)302原煤分級篩下層煤泥經過煤泥水桶泵送到分級旋流器分級，>0.3 mm粒級煤泥從底流分離出來，在經過弧形篩和離心機脫水后，最后混入到末混煤中。在塊煤入選情況下，為了降低煤泥排出量采用不脫泥入選，在實際生產中由于不開噴水，導致302原煤分級篩篩分效率降低，大量末煤和煤泥不能透篩。一方面是這部分的煤泥量很少，對末混煤的減量并不明顯；另一方面由于煤泥粒度和洗小塊粒度差距太大，對籽煤的水分和發熱量以及限下率會產生較大影響。綜上兩點，此種方案不能選擇。

(2)302原煤分級篩中層<20 mm粒級的末煤通過317原煤分配刮板機分配到末混煤膠帶上，在生產中這部分產量是最大的，可以通過將原煤分級篩的上層φ20 mm的篩板更換為φ13 mm的方法來減少篩子中層的末煤量。但是塊煤入選時的不脫泥分級導致了原煤分級篩篩分效率低下，大量的末煤和煤泥進入淺槽重介分選機中，使得淺槽重介分選機內極易抱團，難以達到額定處理量，嚴重限制了全廠的產量。因此本方案也不具備可操作性。

(3)擬采用方案的具體操作方式是：將304精煤脫介篩上層φ20 mm的篩板全部更換為φ13 mm的篩板，這不僅可以將20～13 mm粒級末煤截留到洗小塊中，還可以有效降低末混煤的產量且不會影響末混煤的質量。

2 研究內容

對該選煤廠20 mm和13 mm兩個粒級原煤進行篩分和浮沉試驗，并對20 mm和13 mm粒級的302原煤分級篩的上層物料和中層物料和304精煤脫介篩的上層物料和中層物料進行篩分試驗，為了具有代表性，采樣時，在不同位置取樣，同時對選煤廠3個月內的原煤、塊精煤、矸石和末混煤膠帶的皮帶秤數據以及產品的化驗數據進行統計匯總，通過皮帶秤和化驗結果綜合數據的對比，確定出末混煤的產量和質量的變化[7]。

3 研究結果與分析

3.1 物料篩分試驗結果

物料篩分試驗結果見表1。由表1可以看出：>20 mm粒級原煤產率為59.76%，20～13 mm粒級產率為9.87%，<13 mm粒級產率為30.37%[8-9]；在302原煤分級篩上層物料中，>20 mm粒級占比為75.59%，20～13 mm粒級占比為8.42%，<13 mm粒級占比為15.99%；在302原煤分級篩中層物料中，<20 mm粒級占比為98.68%。因此，在不加噴水的情況下，302原煤分級篩按<20 mm粒級篩分時，篩分效率較低(約68%)，篩上物料中<20 mm粒級物料殘留較多。從304精煤脫介篩篩上和篩下的產品粒度組成可知，304精煤脫介篩按<20 mm粒級篩分時，篩分效率在95%以上。按照平常塊煤入選時，處理量800 t/h計算，可以得出304精煤脫介篩下物料量約為112 t/h。

3.2 原煤浮沉試驗結果

原煤浮沉試驗結果見表2。

表1 物料篩分試驗結果

表2 原煤浮沉試驗結果

由表2可知，>1.8 g/cm3密度級的物料含量為16.48%，304精煤脫介篩下物料小時處理量計算公式[10-12]如下：

302原煤分級篩上下層物料為：

Q302x=Q301·γ301m·η302，

Q302s=Q301-Q302x。

304精煤脫介篩總量及篩下物料為：

Q304=Q302s(1-γg)，

Q304x=Q304·γ302sm·η304，

式中：Q301為301膠帶煤量,t/h，取值800 t/h；Q302s為302原煤分級篩上層物料產量,t/h，取值581.09 t/h；Q302x為302原煤分級篩下層物料產量,t/h，取值218.91 t/h；Q304為進入到304精煤脫介篩中的物料量,t/h，取值485.27 t/h；Q304x為304精煤脫介篩下層物料量,t/h，取值112.52 t/h；γ301m為入選原煤中<20 mm粒級末煤含量,%，取值40.24%；γ302sm為302原煤分級篩上層末煤含量, % ，取值24.41%；γg為302上層物料中密度>1.8 g/cm3的矸石, % ，取值16.49%(一般由浮沉數據得出)；η302為302原煤分級篩20 mm篩分效率,%,取值68%；η304為304精煤脫介篩20 mm篩分效率，%，取值95%。

在301帶煤量為800 t/h時，304下層物料量約為

Q304x=Q304·γ302sm·η304=485.24 t/h×24.41%×95%=112.52 t/h。

由于302原煤分級篩板并未更換，303淺槽重介分選機也未作改動，因此進入到304精煤脫介篩的物料量是485.27 t/h。現以304精煤脫介篩上層篩板更換為13 mm時的下層物料量進行比較，計算結果如下：

Q304x=Q304·γ302sm·η304=485.24 t/h×15.99%×90%=69.83 t/h。

因此，當304精煤脫介篩上層篩板全部更換成13 mm篩板后，下層物料量約為69 t/h，比原來減少了30～40 t/h。

4 改造方案

(1)為了保證洗小塊水分和發熱量指標合格，對304塊精煤脫介篩進行改造，稀介段向合介段延伸500 mm，同時將篩上噴水管往篩后移400 mm，不僅增加了塊精煤產品在稀介段的脫介、脫泥、脫水時間，同時降低了304塊精煤脫介篩中層產品水分。此外，對循環水設置二級增壓環節，便于徹底脫除塊精煤產品上的煤泥，降低304塊精煤脫介篩中層產品水分。

(2)為了保證末混煤的質量，對弧形篩角度進行調整，同時也調整離心機的刮刀間隙，降低末混煤的水分。

5 改造效果

改造后，末混煤平均質量指標為：水分15.86%，灰分8.30%，發熱量23.06 MJ/kg，完全符合銷售要求；洗小塊平均質量指標為：水分9.51%，灰分5.31%，發熱量24.73 MJ/kg，限下率僅降低1.53個百分點，完全符合銷售要求。

6 結語

龍華選煤廠針對末混煤量過大的問題，通過將304塊精煤脫介篩上層篩板更換為φ13 mm，同時將篩上噴水后移400 mm，稀介段向合介段延伸500 mm，對循環水增加二級增壓環節等改造措施，在保證末混煤質量和洗小塊限下率的情況下，有效降低了末混煤的含量，使得末混煤比原來減少30～40 t/h。通過這一系列改造，每年可為企業增收1 000萬元以上，為類似情況動力煤選煤廠的工藝優化提供了一定的借鑒意義。