金鳳洗煤廠工藝升級改造實踐

董衛黨，朱金波

(安徽理工大學 材料科學與工程學院，安徽 淮南 232001)

煤炭是我國的主要能源，隨著煤炭開采程度的加大，煤質越來越差，直接使用會造成嚴重的環境污染，因此煤炭的洗選加工十分重要[1-5]。金鳳洗煤廠是一座群礦型選煤廠，位于寧夏回族自治區吳忠市，隸屬于神華寧夏煤業集團選配煤中心，設計能力為8.00 Mt/a，主要入選金鳳礦井和金家渠礦井原煤，煤質具有特低灰或低灰、低硫、中高揮發分、高熱值、不具粘結性等主要特征，是良好的動力、氣化、間接液化、噴吹配煤等用煤。該廠一期系統設計能力為4.00 Mt/a，于2014年3月投入使用，入選金鳳礦井原煤。文章對金鳳洗煤廠一期分選系統運行情況進行了介紹，分析存在的問題，并對二期系統的分選工藝提出設計建議。

1 現有工藝系統

在金鳳洗煤廠一期生產系統中，200～25 mm粒級塊煤采用淺槽重介分選機分選，25～1.5 mm粒級末煤采用有壓兩產品重介質旋流器分選，1.5～0.1 mm粒級粗煤泥采用螺旋分選機分選，0.1～0 mm粒級煤泥采用三段濃縮回收(兩段串聯濃縮和一段凈化濃縮，即沉降過濾式離心機和快開壓濾機聯合回收的工藝)，主要產品為：>25 mm粒級塊精煤，灰分低于10%，地銷民用；<25 mm粒級洗混煤，灰分低于17%,可作為煤制油原料煤；<25 mm粒級不入選的混煤，發熱量高于18.84 MJ/kg，可供電廠；<25 mm粒級全入選的洗末煤，灰分低于8%，作為高爐噴吹用煤；煤泥晾干后地銷民用。

1.1 原煤篩分系統

入選原煤在分選前破碎至200 mm以下，破碎后的原煤采用兩臺博后篩進行25 mm分級，其中>25 mm粒級進入塊煤分選系統而<25 mm粒級處理方式為：生產噴吹煤時，<25 mm粒級煤不脫粉全部進入末煤分選系統；生產動力煤或化工用煤時，<25 mm粒級經過6(3) mm脫粉后，25～6(3) mm粒級進入末煤分選系統，<6(3) mm粒級粉煤直接作為混煤產品；當生產動力煤時，<25 mm粒級末煤也可以不經脫粉直接作為混煤產品。

1.2 塊煤分選系統

>25 mm粒級塊煤分選時，采用篩孔為6 mm的濕法脫泥篩預先脫泥，篩上物進入淺槽重介分選機分選，選后精煤分別經脫介、脫水、分級，分成200～25 mm粒級和25～0 mm粒級兩種產品：200～25 mm粒級大塊精煤再經50 mm、25 mm分級，分成200～50 mm粒級洗大塊、50～25 mm粒級洗中塊和<25 mm粒級的末煤；25～0 mm粒級末精煤進入末煤離心機二次脫水后作為最終產品。脫泥篩篩下物經振動弧形篩、直線振動篩預脫水，再經末煤離心機二次脫水后摻入混煤產品，弧形篩篩下水、直線振動篩篩下水、離心液進入一段濃縮機；濃縮機底流可經篩網沉降離心機脫水后摻入混煤產品，也可經脫泥篩脫泥后進入末煤分選系統。

1.3 末煤分選系統

25～0 mm粒級末煤分選時，首先經孔徑為1.5 mm的脫泥篩脫泥，脫泥后的末原煤采用兩產品重介質旋流器分選，旋流器溢流經過脫介脫水后成為末精煤；旋流器底流經過脫介脫水后成為矸石。

末原煤脫泥篩下1.5～0 mm粒級煤泥水經分級旋流器組濃縮分級后，溢流至濃縮車間，底流進入煤泥螺旋分選機分選；螺旋分選機輕產物經過振動弧形篩、煤泥離心機脫水后成為粗精煤，摻入末精煤中，尾煤經高頻篩脫水后成為矸石產品，摻入矸石中；振動弧形篩篩下水、離心機離心液、高頻篩篩下水進入螺旋分選機尾煤桶。

1.4 煤泥水處理系統

煤泥水系統采用兩段串聯濃縮、第三段凈化濃縮的處理方式，一段底流采用沉降過濾式離心機回收，濾餅直接進入末精煤，濾液同一段溢流進二段濃縮機；二段濃縮機底流采用快開隔膜壓濾機回收，二段濃縮機的部分溢流做循環水，另一部分溢流進入三段濃縮機凈化；三段底流進快開壓濾機，溢流凈化水作為冷卻水或循環水使用，壓濾機濾液返回二段濃縮機。二、三段壓濾機濾餅作為煤泥產品，既能摻入末精煤，也能單獨作為煤泥產品。

1.5 介質回收系統

在塊煤、末煤介質回收系統中，脫介篩合格介質與分流的合格介質一起直接進入合格介質桶循環使用。脫介篩的稀介質與分流出的部分合格介質進入稀介桶，經泵輸送至磁選機回收介質，磁選精礦進入合格介質桶；塊煤磁選尾礦作為塊煤脫泥篩噴水，末煤磁選尾礦進入末煤煤泥水桶，通過泵送至末煤分選系統的粗煤泥分選系統。合格的磁鐵礦粉通過介質添加系統的濃介泵補加至合格介質桶。

1.6 存在問題

金家渠礦井所產原煤灰分高、質量不穩定，需要進行洗選，以滿足產品質量要求和國家相關產業政策。金鳳洗煤廠一期系統分選能力為4.00 Mt/a，僅能滿足先期建成的金鳳的礦井煤炭分選，分選能力不足。

金家渠礦井和金鳳礦井生產煤質不完全相同，當煤質差別較大時，兩礦的塊煤產品需要單獨銷售，因此要求金鳳洗煤廠生產工藝適應金家渠礦井和金鳳礦井原煤，既可以實現配煤入選，也可以實現分時輪選。

2 二期系統工藝設計

2.1 二期煤質資料分析

2.1.1 篩分資料分析

金鳳選煤廠入選原煤粒度組成見表1。由表1可知：原煤灰分為23.00%，屬中灰分煤；原煤中>50 mm粒級中的矸石產率為4.18%，屬中等含矸率；<0.5 mm粒級灰分顯著高于其他粒級灰分，說明矸石易碎。

2.1.2 浮沉試驗資料分析

金鳳選煤廠入選原煤200～25mm粒級和25～6 mm粒級的浮沉試驗結果見表2和表3。

表1 原煤篩分試驗表

由表2和表3可知：200～6 mm粒級原煤中<1.5 g/cm3的低密度物綜合產率高達75.19%、綜合灰分僅為5.48%；1.5～1.8 g/cm3中間密度物綜合產率僅為4.08%；>1.8 g/cm3高密度物產率較高，綜合產率為20.73%，綜合灰分為80.07%。可見，入選原煤中低密度物含量多，灰分低；高密度物含量次之，灰分較高；中間密度物含量非常少。當分選密度在1.50～1.80 g/cm3之間時，原煤的可選性為易選或中等可選。

2.1.3 可選性評定

金鳳選煤廠入選原煤200～25 mm粒級和25～6 mm粒級的可選性曲線如圖1和圖2所示。

由表2和圖1中可知：當理論分選密度為1.70 g/cm3和1.80 g/cm3時，δ±0.1含量分別為12.93%和13.79%，可選性等級為中等可選；當理論分選密度為1.90 g/cm3時，δ±0.1含量<10%，可選性屬易選。由表3和圖2中可知：當理論分選密度分別為1.70 g/cm3、1.80 g/cm3和1.90 g/cm3時，δ±0.1含量均小于10%，可選性屬易選。

表2 200～25 mm入選原煤浮沉試驗綜合表

表3 25～6 mm入選原煤浮沉試驗綜合表

圖1 200～25 mm粒級塊原煤可選性曲線

圖2 25～6 mm粒級塊原煤可選性曲線

2.2 二期選煤方法比選

根據煤質資料分析和產品粒度、灰分要求，針對金鳳洗煤廠二期系統擬定兩種選煤方案進行比較：

方案一：二期原煤經25 mm分級后200～25 mm粒級塊煤采用淺槽重介分選機分選，25～6(3) mm粒級末煤采用有壓兩產品重介質旋流器分選，粗煤泥采用螺旋分選機分選，煤泥水采用現有三段濃縮(即兩段串聯濃縮+凈化濃縮)回收工藝。

方案二：二期原煤經25 mm分級后200～25 mm粒級塊煤采用淺槽重介分選機分選，25～6(3)mm粒級末煤采用無壓三產品重介質旋流器分選，粗煤泥采用螺旋分選機分選，煤泥水采用現有三段濃縮(即兩段串聯濃縮+凈化濃縮)回收工藝。

方案一和方案二的比選也就是有壓兩產品重介質旋流器與無壓三產品重介質旋流器的比選。根據現場條件，廠外系統不具備出中煤的條件，因此，無壓三產品重介質旋流器只能當兩產品重介質旋流器使用[6-9]。無壓三品重介質旋流器雖然可以以較低的分選密度實現高密度排矸，但缺點是懸浮液循環量大、所需壓力高、廠房高度高[10-13]。

在有壓兩產品重介質旋流器分選工藝中，循環懸浮液量少、所需壓力低、廠房高度低。因原煤的中間密度級產物含量很少，其不出中煤的情況下能夠保證精煤的指標和矸石的純度。缺點是混料泵對煤有一定的破碎作用、對管道磨損大[14-16]。

根據流程計算，得出方案一和方案二的最終產品對比結果見表4。由表4可以看出，兩種方案最終產品指標相差不大，其中方案一產率和灰分稍高。

表4 二期不同方案最終產品對比

綜上所述，兩種方案各有優缺點，兩者最終產品、投資、電耗都相差不大。由一期工程的生產實踐可知，一期現有選煤方法較好地滿足了實際生產需要。根據方案對比結果，并結合系統穩定性、可靠性和維修保障兼容性等因素，確定方案一為二期選煤工藝。

2.3 二期工藝分選下限

由表1可知：原煤中<6 mm粒級含量為39.03%，粉煤含量高，因煤泥灰分較高，可知矸石易泥化，因此在滿足產品質量要求的前提下，應盡量減少原煤水洗的數量。而脫粉粒度的選擇對入選量的影響十分明顯，且隨著脫粉粒度的降低，篩分設備的單位面積處理能力和篩分效率都將有所下降。脫粉粒度的降低將提高入選量，增大矸石排放量，降低洗混煤的灰分，同時會增大煤泥量和洗混煤水分。

對優選方案的最終產品進行產品質量預測分析，結果見表5。

表5 二期系統不同分選下限的洗混煤產品灰分、發熱量對照

由表5可知，二期分選下限為6 mm時可滿足集團煤化工(煤制油)原料煤17%最低灰分要求；二期分選下限為3 mm時可滿足集團煤化工(煤制油)原料煤12%～15%的最佳灰分要求；二期分選下限為6 mm時生產的洗混煤和一期分選下限3 mm、螺旋分選機運轉時的洗混煤混合后產品灰分為14.55%可滿足集團煤化工(煤制油)原料煤12%～15%最佳灰分要求。

綜上所述，二期分選下限推薦為6 mm，并結合具體煤質和產品要求靈活調整，在滿足產品質量要求的情況下盡可能的降低入選粉煤量和煤泥量，減小煤泥水系統壓力。

2.4 二期設備選型

為提高對煤質的適應性，二期系統按照3 mm脫粉來進行設備選型。金鳳選煤廠一、二期主要設備的選型見表6。從表6可以看出：此次選型主要依據工藝流程的特點、煤質波動區間及現場使用效果等方面進行設備選型。在充分的煤質分析和工藝流程計算的基礎上，整個分選系統設備具有以下特點：

表6 主要設備選型

(1)技術先進，處理量大，而且具有很強的煤質適應性和整體配套性。塊煤重介分選系統能夠滿足>13 mm粒級塊煤全部入選的需要，末煤分選系統能夠滿足3 mm脫粉入選的需要。

(2)設備質量的可靠性高、穩定性好、適應性強，適應客觀條件變化的能力強。

(3)一期25 mm原煤分級篩選擇的是博后篩，日常檢修維護工作量大，能耗高；二期25 mm原煤分級篩選擇雙層馳張篩，上層固定篩板分級，下層弛張篩板脫粉，可增加篩分面積，提高脫粉效率，減小設備占地面積，降低煤泥水系統負荷。

(4)一期壓濾機選擇的是500 m2快開式壓濾機，處理能力低；二期選擇800 m2快開壓濾機，處理量增大。

3 改造后工藝系統

3.1 原煤準備系統

二期系統新增3個10 000 t原煤倉，倉上設2條配倉刮板輸送機，可實現新老原煤倉內原煤靈活配入一、二期系統，不僅實現了金鳳礦井原煤和金家渠礦井原煤都可以進入一、二期洗選系統，還能根據煤質情況實現配煤入選。

3.2 原煤篩分系統

二期主廠房內設一套原煤分級系統和脫粉系統。原煤經除鐵、25 mm分級后，>25 mm粒級塊煤進入淺槽重介分選系統；<25 mm經過脫粉后，25～6(3) mm進入末煤分選系統，<6(3) mm粉原煤直接作為末煤產品；<25 mm末煤不分選時直接作為末煤產品。

根據金鳳洗煤廠建成以來的噴吹煤銷量分析，噴吹煤產品一般年銷售量30萬t左右，最高不超過70萬t，一期系統采用錯時開車方式就能夠滿足生產需要。

3.3 分選系統

當二期分選系統中的塊煤不分選時可通過50 mm、25 mm分級，最終產出200～50 mm粒級大塊、50～25 mm粒級中塊和<25 mm粒級末煤三種產品。當>25mm粒級塊煤需要分選時，采用6 mm脫泥篩濕法脫泥，篩上物進入淺槽重介分選機分選， 6～0 mm粒級經振動弧形篩、直線篩預脫水，再經末煤離心機二次脫水后摻入混煤產品；弧形篩篩下水、直線篩篩下水、離心液進入分級旋流器，分級旋流器溢流進入一段濃縮機，底流經篩網沉降離心機脫水后摻入混煤產品。

塊煤經淺槽重介分選機分選后，精煤分別經脫介脫水和分級，分成200～25 mm粒級和25～0 mm粒級兩個產品，其中：200～25 mm粒級大塊精煤在塊煤裝車點經80 mm、50 mm、25 mm分級，分成200～80 mm粒級精大塊、80～50 mm粒級精中塊、50～25 mm粒級精小塊和<25 mm粒級限下末煤；也可以在塊煤倉經50 mm、25 mm分級，分成200～50mm粒級混大塊、50～25 mm粒級精小塊和<25 mm粒級末煤。

3.4 產品存儲

新增塊煤裝車點，設塊精煤分級篩，塊精煤分級后直接裝車，減少塊精煤破碎。與原有的塊煤倉裝車相比，利用新增塊煤直裝點裝車，跌落次數減少1次，跌落高度減降低5 m，且省去配倉刮板輸送機，可減少塊煤損失。

延長原有一期塊煤、混煤、矸石帶式輸送機機尾至二期主廠房，二期不分選的末原煤或脫粉脫下來的粉煤由新增的粉(末)原煤刮板輸送機收集后，進入現有的末原煤轉載刮板輸送機，不僅實現了既可利用塊煤汽車裝車倉分倉存儲，還可利用塊煤直裝點直接裝車運至儲煤場分儲。

4 結語

金鳳洗煤廠通過二期系統的升級改造，既滿足了金家渠礦井生產入選需求，又可靈活調整洗煤廠的生產方式，生產出的產品不僅指標穩定，且符合產品質量要求。