山西陽煤一礦選煤廠末煤重介系統(tǒng)改造設(shè)計

黃國棟

(大地工程開發(fā)(集團(tuán))有限公司 天津分公司，天津 300381)

陽泉煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司一礦選煤廠位于山西省陽泉市西北部，蒙村河上游，距市中心十公里，有專用鐵路線與石太線相連，有公路直通市區(qū)，交通便利。

陽煤一礦自建設(shè)至今已有60年歷史，期間，選煤廠進(jìn)行過多次系統(tǒng)的擴(kuò)建和技術(shù)改造，工業(yè)廣場內(nèi)建筑物布置較為復(fù)雜。現(xiàn)有選煤工藝為：90～13 mm粒級塊煤采用淺槽重介分選機(jī)分選，13～9 mm粒級粒煤采用跳汰機(jī)分選，<9 mm粒級末煤不入選。其中淺槽重介分選系統(tǒng)采用6臺3661香蕉篩進(jìn)行13 mm干法分級，篩上物進(jìn)淺槽重介分選機(jī)分選，13～0 mm篩下物運至粒煤跳汰車間，主要產(chǎn)品有洗中塊、洗小塊、粒精煤和末煤。

1 存在問題及煤質(zhì)分析

1.1 存在問題

粒煤跳汰分選系統(tǒng)存在分選精度較低，循環(huán)水用量大，<13 mm粒級原煤進(jìn)行9 mm分級時，末煤透篩量大等缺點[1]。2015年4月粒煤跳汰系統(tǒng)停用后，13～0 mm粒級末煤不入選，直接上煤臺儲存。由于陽煤一礦礦井開采進(jìn)入構(gòu)造帶，原煤煤質(zhì)變差，構(gòu)造帶末煤灰分達(dá)到30%以上，發(fā)熱量降至21.3 MJ/kg左右，硫分2.37%，產(chǎn)品質(zhì)量較以前下降明顯，導(dǎo)致該部分低質(zhì)末煤銷售困難，大量積壓，影響了礦井的生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)效益[2]。

1.2 末煤煤質(zhì)分析

陽煤一礦主要開采丈八煤(15#煤)，煤種為無煙煤。2015年4月2日末煤篩分浮沉試驗結(jié)果，見表1。由表1可知：

(1)<13 mm各粒級含量不均勻，6～3 mm粒級和3～1 mm粒級含量較高，分別為24.32%和23.63%，其他均在15%以下。由于6～1 mm粒級含量高達(dá)47.95%，說明3 mm篩分難度較大。

(2)末原煤灰分較高，為30.71%，灰分隨粒度的降低呈下降趨勢，說明煤相對于矸石易碎。

(3)末原煤硫分較高，為2.37%，各粒級硫分不同，>3 mm粒級硫分較高，均在2.53%以上，其中：6～3 mm粒級硫分最高，為2.6%；<3 mm粒級硫分均在2.31%以下，<0.50 mm粒級最低，為1.97%。總體上粒度越大，灰分越高，硫分越高。

13～3 mm粒級原煤浮沉綜合表見表2。由表2可知：13～3 mm粒級低密度物含量高，<1.4 g/cm3密度級含量44.88%，灰分為8.36%；>1.8 g/cm3密度級累計含量為34.89%，灰分為77.42%，矸石含量較高；當(dāng)分選密度為1.9 g/cm3時，理論精煤灰分為14.32%，硫分為1.73%，其可選性為較難選。

表1 末煤篩分浮沉試驗表Table 1 Small coal screen and float-and-sink analysis %

注：1～0.5 mm粒級占全樣為12.96%，灰分為23.73%，硫分為2.31%；<0.5 mm粒級占全樣為14.73%，灰分為21.66%，硫分為1.97%；全樣綜合灰分為30.71%，綜合硫分為2.37%。

表2 13～3 mm原煤浮沉綜合表Table 2 Composite float-and-sink data of the 13-3 mm raw coal %

2 改造方案

2.1 改造目標(biāo)

本次技術(shù)改造目的是提高末煤產(chǎn)品質(zhì)量，增加企業(yè)效益。技術(shù)改造時，拆除原有末煤跳汰系統(tǒng)，新增末煤重介系統(tǒng)。改造在現(xiàn)有礦井及選煤廠工業(yè)廣場范圍內(nèi)進(jìn)行，新增末煤重介分選系統(tǒng)的來煤及產(chǎn)品必須與現(xiàn)有系統(tǒng)做好銜接，同時避讓已有建筑物。末煤重介系統(tǒng)設(shè)計規(guī)模與現(xiàn)有礦井和選煤廠的生產(chǎn)能力相適應(yīng)，最終確定末煤重介系統(tǒng)設(shè)計處理能力為5.0 Mt/a,小時處理能力為946.97 t。

2.2 選煤方法及工藝流程

2.2.1 末煤選煤方法

根據(jù)煤質(zhì)資料、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)資料和確定的相關(guān)設(shè)計原則，在對煤質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析和對可能工藝方案綜合比較預(yù)測的基礎(chǔ)上[3]，分選工藝確定為：13～3 mm粒級原煤采用無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選，3～0 mm粒級粉煤不入選[4-5]，粗煤泥(1～0.25 mm)由離心機(jī)回收，細(xì)煤泥(0.25～0 mm)由壓濾回收。

2.2.2 改造后的工藝流程

原煤準(zhǔn)備：<13 mm粒級末煤通過A201皮帶運輸至現(xiàn)有粒級煤車間進(jìn)行3 mm脫粉，13～3 mm粒級末煤進(jìn)入無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選，<3 mm粒級原煤由A702膠帶轉(zhuǎn)運至A705膠帶后進(jìn)末煤倉經(jīng)鐵路裝車外運，也可轉(zhuǎn)載至煤臺或進(jìn)粒級煤倉儲存。

分選系統(tǒng)：13～3 mm粒級末煤進(jìn)入無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選，精煤經(jīng)弧形篩預(yù)先脫介后，進(jìn)入精煤脫介篩脫介脫水，精煤脫介篩為雙層篩，上層篩孔為9 mm，下層篩孔為1 mm，13～9 mm粒級精煤經(jīng)脫介脫水后直接進(jìn)入轉(zhuǎn)運膠帶，可單獨運輸至粒煤產(chǎn)品倉；9～1 mm粒級末精煤進(jìn)入離心機(jī)再次脫水作為末精煤產(chǎn)品。該系統(tǒng)可根據(jù)市場情況及產(chǎn)品質(zhì)量要求調(diào)整系統(tǒng)是否分選出中煤產(chǎn)品，在不出中煤情況下，中煤混入精煤產(chǎn)品中；出中煤產(chǎn)品時，分選出的中煤經(jīng)弧形篩、振動脫介篩脫介脫水后運至原粒級煤系統(tǒng)中煤倉。分選出的矸石經(jīng)振動脫介篩脫介脫水后轉(zhuǎn)運至現(xiàn)有重介塊煤矸石倉。

介質(zhì)回收系統(tǒng)：弧形篩和精煤、中煤、矸石振動脫介篩的篩下合格介質(zhì)進(jìn)入布置在粒級煤車間的合格介質(zhì)桶，稀介質(zhì)自流(加設(shè)緩沖箱)至磁選機(jī)，磁選精礦自流至合格介質(zhì)桶，磁選尾礦進(jìn)入原粒級煤車間分級旋流器入料池。

煤泥水系統(tǒng)：分級旋流器入料池中的煤泥水由泵打至分級旋流器分級，分級粒度為0.25 mm。分級旋流器的底流進(jìn)入煤泥離心機(jī)脫水，脫水后的粗煤泥摻入末精煤，煤泥離心機(jī)離心液進(jìn)入分級旋流器入料池。分級旋流器溢流進(jìn)入現(xiàn)粒級煤車間煤泥桶，由煤泥水轉(zhuǎn)排泵打入現(xiàn)有兩臺φ20 m的濃縮機(jī)進(jìn)行濃縮，濃縮機(jī)的底流由壓濾機(jī)回收作為煤泥產(chǎn)品，煤泥經(jīng)收集運至現(xiàn)干燥車間或煤泥棚。濃縮機(jī)溢流作為循環(huán)水使用。

末精煤在運輸過程中與回收的粗煤泥及<3 mm末煤混合作為動力煤產(chǎn)品，匯總收集膠帶上設(shè)有灰水熱值分析儀，根據(jù)監(jiān)測的產(chǎn)品發(fā)熱量指標(biāo)，反饋給調(diào)度集控中心，由集控調(diào)整參數(shù)，通過介質(zhì)制備系統(tǒng)調(diào)配出合適分選密度的合格介質(zhì)，生產(chǎn)出滿足要求的動力煤產(chǎn)品。

系統(tǒng)調(diào)整靈活，生產(chǎn)工藝成熟、先進(jìn)，精煤產(chǎn)率高，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)搭配靈活多樣，對市場多元化需求適應(yīng)性強(qiáng)。

2.3 主要設(shè)備選型

所選設(shè)備技術(shù)先進(jìn)、性能可靠、高效低耗，主要分選設(shè)備及生產(chǎn)輔助設(shè)備的關(guān)鍵部件選用進(jìn)口組裝產(chǎn)品，包括原煤分級篩、脫介篩、磁選機(jī)、離心機(jī)、集中控制系統(tǒng)、在線密度儀、各種壓力、液位、料位、扭矩傳感器、各種電動(或氣動、液壓)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、關(guān)鍵閥門(閘門)及配套設(shè)施。輸送機(jī)及其他泵類采用國內(nèi)知名廠家的先進(jìn)可靠設(shè)備，主要設(shè)備選型見表3。

2.4 工藝布置

陽煤一礦礦井工業(yè)場地建筑物較多，自建廠以來經(jīng)過多次改造，工業(yè)場地布局復(fù)雜，新增重介末煤分選車間工業(yè)場地位于原粒級煤車間東側(cè)13.2 m以東、煤臺返煤地道以西的空地。選煤廠新增的主要生產(chǎn)設(shè)施包括原粒煤車間改造、末煤重介車間及膠帶棧橋，其它均利用原有設(shè)施。

2.4.1 末原煤

<13 mm粒級末煤經(jīng)A201膠帶進(jìn)入粒級煤車間進(jìn)行3 mm分級，13～3 mm粒級進(jìn)入無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選；<3 mm原煤經(jīng)A702膠帶轉(zhuǎn)運至A705膠帶后進(jìn)末煤倉，由鐵路裝車外運，也可轉(zhuǎn)載至煤臺或進(jìn)粒級煤倉儲存。末精煤產(chǎn)品經(jīng)轉(zhuǎn)載至現(xiàn)粒級煤車間外棧橋A705末煤膠帶機(jī)，實現(xiàn)末精煤既可進(jìn)末煤倉由鐵路裝車外運，也可轉(zhuǎn)載至煤臺或進(jìn)粒級煤倉儲存。末精煤產(chǎn)品運輸設(shè)備與現(xiàn)有返煤系統(tǒng)設(shè)備互不干擾。13～9 mm粒級煤經(jīng)A706膠帶機(jī)轉(zhuǎn)載給入A707膠帶機(jī)入粒級煤倉。

末煤重介分選系統(tǒng)矸石最終給至現(xiàn)有重介塊煤矸石運輸系統(tǒng)，運輸路線為：原粒煤車間→原轉(zhuǎn)載點→原洗煤樓→主廠房(重介塊煤)→塊煤矸石倉。

2.4.2 原粒煤車間改造

粒煤車間頂層布置了末原煤篩分系統(tǒng)對原煤進(jìn)行3 mm脫粉，共設(shè)置了4臺3610雙層弛張篩，4臺弛張篩平行布置，整齊美觀，通過一條配篩刮板布料。13～3 mm的粒煤通過膠帶轉(zhuǎn)載輸送至末煤重介車間分選；3～0 mm的末煤通過A702膠帶運輸?shù)紸705膠帶或51#膠帶。

車間六層設(shè)置有一臺φ500 mm×9的分級旋流器組，五層設(shè)置有3臺φ1 000 mm型的煤泥離心機(jī)，離心機(jī)脫水后的產(chǎn)品通過2#轉(zhuǎn)載點至末精煤帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載到A705膠帶。

車間二層設(shè)有4臺φ1 219 mm×2 972 mm的磁選機(jī)，一層新增有兩臺合介桶與合介泵。兩臺合介泵距離檢修口或檢修門均較近，檢修方便。

2.4.3 末煤重介車間

末煤重介車間主要分為五層進(jìn)行布置(局部地下結(jié)構(gòu))。車間的頂層(標(biāo)高+34.00 m)布置有末原煤入洗膠帶；四層(標(biāo)高+27.00 m)主要布置有兩臺三產(chǎn)品旋流器；三層(標(biāo)高+22.80 m)布置了預(yù)脫介弧形篩；二層(標(biāo)高+18.50 m)主要布置脫介篩、矸石脫介篩、中煤脫介篩及粒精煤皮帶和末中煤皮帶；一層(標(biāo)高+13.50 m)布置有末精煤離心機(jī)、末矸石膠帶及介質(zhì)庫與清掃泵；局部地下室部分布置了末精煤膠帶、清掃泵。

整個車間內(nèi)布置有樓梯間和提升孔，各個設(shè)備上方均考慮了相應(yīng)的檢修梁。廠房內(nèi)盡量采用臺階式布置，實現(xiàn)一臺起重機(jī)滿足每一臺設(shè)備的起重要求。

末煤重介車間的工藝系統(tǒng)簡述如下：來自原粒煤車間的入選末原煤首先進(jìn)入兩臺無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器進(jìn)行分選；精煤產(chǎn)品通過兩臺弧形篩脫介后進(jìn)入兩臺雙層精煤脫介直線篩進(jìn)一步脫介、脫水、分級，精煤脫介篩篩上13～9 mm粒級粒精煤直接運走，精煤脫介篩下層篩上9～1 mm粒級末精煤先進(jìn)入兩臺末精煤離心機(jī)脫水后，由末精煤膠帶輸送機(jī)運出車間；中煤經(jīng)弧形篩、中煤脫介篩脫水脫介后出車間；矸石進(jìn)入兩臺矸石脫介篩脫介脫水后至塊煤重介矸石運輸系統(tǒng)。

3 改造后的問題及對策

根據(jù)該選煤廠的原煤篩分資料，<13 mm粒級原煤中<3 mm粒級原煤灰分較低，發(fā)熱量能滿足商品煤銷售要求，這也是工藝流程采用3 mm脫粉的重要原因[6]。但是，根據(jù)末原煤篩分資料分析，該廠<13 mm各粒級含量不均，3 mm篩分較為困難。為了有效提高3 mm篩分的效率，本次改造在原煤脫粉環(huán)節(jié)采用了4臺AFDD3610雙層弛張篩(上層篩孔9 mm、下層篩孔3 mm)。

在帶煤調(diào)試期間，當(dāng)末原煤水分≤6%時，弛張篩篩分效果良好，基本能達(dá)到850 t/h的處理能力；當(dāng)末原煤水分在7%～9%之間波動時，弛張篩篩分效果較差，系統(tǒng)處理能力降低到500 t/h[7]。

經(jīng)過對原煤水分和粒度進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，水分是影響弛張篩篩分效果的最主要因素，同時末原煤中片狀、板狀物料較多，而弛張篩篩孔多為長方形孔，所以導(dǎo)致實際篩分中透篩困難[8]。此外，該廠末原煤黏性較大，水分高于7%時手握即可成團(tuán)，且不易散開。

弛張篩脫粉效果差，粉煤黏附在煤粒表面，大量帶入分選系統(tǒng)，導(dǎo)致脫介效果差介質(zhì)消耗增加；濃縮機(jī)中煤泥量增加，影響濃縮效果，會導(dǎo)致濃縮機(jī)溢流濃度升高。為了保證選煤廠的正常運行，必須提高末原煤脫粉環(huán)節(jié)的處理能力和脫粉效率[9]。

根據(jù)以上分析，在末原煤水分不斷變化的情況下要想使脫粉環(huán)節(jié)達(dá)到設(shè)計處理能力，必須調(diào)整篩孔尺寸。經(jīng)過現(xiàn)場多次帶煤試驗，將雙層篩上層篩面去除，下層篩面采用入料端5塊6 mm篩板、中間10塊4 mm篩板、出料端16塊3 mm篩板的布置形式，可以達(dá)到設(shè)計處理能力950 t/h，且脫粉效率為80%，同時弛張篩下末煤發(fā)熱量等指標(biāo)亦能滿足商品煤銷售要求[10]。

4 結(jié)語

陽泉一礦選煤廠技術(shù)改造于2016年4月底開工建設(shè)，同年底竣工進(jìn)入調(diào)試期；在末原煤脫粉環(huán)節(jié)通過對弛張篩篩面進(jìn)行調(diào)整，使各項指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計要求，于2017年10月完成了單項工程的驗收工作。

陽泉一礦選煤廠改造工藝設(shè)計在詳細(xì)的煤質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，依據(jù)高產(chǎn)高效的原則進(jìn)行全面設(shè)計。在改造設(shè)計的各個環(huán)節(jié)，充分考慮各種工藝設(shè)備和環(huán)節(jié)的要求，使系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)相互配套、協(xié)調(diào)，實現(xiàn)全系統(tǒng)的整體高效。在原有工業(yè)場地建筑較多，空間緊張狹小的情況下，通過多方面比較進(jìn)行了合理布置，較好地利用了現(xiàn)有場地，實現(xiàn)了末原煤提質(zhì)增效的設(shè)計目標(biāo)。