酸刺溝選煤廠粗煤泥分選系統技術改造的研究與探討

郎 軍 辛學銘 賀瓊瓊

(1.中國礦業大學化工學院，江蘇省徐州市，221116；2.內蒙古伊泰京粵酸刺溝礦業有限責任公司，內蒙古自治區鄂爾多斯市，017000)

1 前言

隨著科技的創新與發展，煤炭行業引進了新型的設備和工藝。對于選煤廠而言，對現有生產設備和工藝進行優化、提質增效是至關重要的。目前，選煤廠對于粗煤泥分選技術的研究較少，較為常用的主要設備為螺旋分選機、TBS干擾床分選機和TCS智能粗煤泥分選機。

酸刺溝選煤廠隸屬于內蒙古伊泰煤炭股份有限公司，設計能力為12.0 Mt/a。該選煤廠的選煤方法是原煤經篩分車間，部分-13 mm末原煤直接作為產品，+13 mm原煤經13 mm或9 mm二次分級，+13 mm進入淺槽分選，-13 mm或9 mm進入旋流器分選，+13 mm塊精煤與-13 mm末精煤一起作為發熱量為21.76 MJ/kg的動力煤產品。

對于1.0～0 mm粒級的煤泥而言，現有回收工藝為1.0～0 mm粒級煤泥進入分級旋流器入料桶后經泵打入分級旋流器分級，分為1.0～0.15 mm和0.15～0 mm兩部分。1.0～0.15 mm部分經由弧形篩脫水脫泥，篩上物到末煤離心機脫水，脫水后作為產品，分級旋流器的溢流0.15～0 mm和篩下水進入到濃縮機。粗煤泥產品與細煤泥經干燥后全部按煤泥銷售，干燥前發熱量為15.06 MJ/kg，干燥后發熱量為17.15 MJ/kg，干煤泥產品的灰分為35.68%。由于1.0～0.15 mm粒級粗煤泥沒有進行分選而直接脫水脫泥，產品的發熱量降低導致銷售價格低廉，繼而直接影響了選煤廠的經濟效益，因此亟需對粗煤泥分選系統進行技術改造。

2 選煤廠煤質分析及產品結構

以酸刺溝選煤廠原煤小篩分和粗煤泥浮沉資料為基礎進行煤質的分析，原煤小篩分組成表見表1。

表1 原煤小篩分組成表

由表1可以看出，隨著粒度的減小，各粒度灰分分布比較均勻，1.0～0.15 mm粒級產率為3.38%，灰分為34.82%；0.15～0 mm粒級產率為5.96%，灰分為35.68%；1.0～0.15 mm粒度級浮沉資料采用臨近3.0～0.5 mm粒度級浮沉組成替代，1.0～0.15 mm粗煤泥浮沉組成表見表2。

根據選煤廠近期的生產數據統計及現場調研，按12.0 Mt/a的廠型進行計算，可得實際生產的產品平衡表見表3。

表2 1.0～0.15 mm粗煤泥浮沉組成表

表3 產品平衡表

由表3可以看出，產品結構為洗精煤、末原煤和煤泥。洗精煤為50～13 mm淺槽精煤與13～1 mm旋流器精煤，低位發熱量是21.76 MJ/kg；末原煤為13～0 mm末原煤，低位發熱量為17.99 MJ/kg；煤泥為1.0～0.15 mm粗煤泥與-0.15 mm細煤泥，干燥后低位發熱量為15.14 MJ/kg。

3 技術改造方案

3.1 粗煤泥分選設備比較

目前在國內外選煤行業中，粗煤泥分選的主要設備有螺旋分選機、TBS干擾床分選機以及TCS智能粗煤泥分選機等。

螺旋分選機是一種在重力和離心力的作用下實現不同密度礦物分離的一種分選設備，最早應用于動力煤選煤廠分選粗煤泥，優點是不需要藥劑和介質，操作簡便且維修量小；缺點是自身機體高度大，工藝參數不容易調節，有效地分選密度高，分選密度低于1.6 g/cm3時分選效果較差，因此并不適用于本選煤廠粗煤泥的分選。

TBS干擾床分選機是目前較為流行的粗煤泥分選設備，其Ep值大于0.12。其優點是顆粒在兩相流中互相干擾沉降進行分層時，在懸浮物中會有不同密度梯度，TBS干擾床分選機的分選效率較高，不需要藥劑且生產成本低，可以自動控制和調節分選密度；缺點是TBS干擾床分選機分選密度范圍窄，對入料粒度要求高，有時床層不穩定，會影響分選精度，并且設備容易發生故障。

TCS智能粗煤泥分選機是一種依靠上升水流與智能干擾器共同作用，有動力干擾的分選機，其Ep值小于0.09。其工作原理是上升水流以一定的壓力和流速進入到分選機內，在下降過程中顆粒干擾沉降，會形成不同的密度梯度，輕的物料通過溢流堰溢流到水槽，重的物料沉降到底部排出。TCS智能粗煤泥分選機是在TBS的基礎上進行了優化，通過增加智能控制系統，實現底流排放的連續、穩定、可調控；可小流量連續排料，處理能力大。

現對酸刺溝選煤廠1.0～0.15 mm粒級粗煤泥分別使用TCS及TBS進行產品對比，其結果見表4。

表4 TCS與TBS產品對比表

由表4可以看出，當生產相同灰分的粗精煤產品時，TCS的粗精煤產率為2.04%，產量為24.47萬t，灰分為17.15%；TBS的粗精煤產率為1.96%，產量為23.47萬t，灰分為17.13%，在灰分相當的情況下，TCS的分選效率較高，因此TCS在分選精度方面有絕對優。

因此綜合各方面考慮最終選擇了TCS智能粗煤泥分選機。

3.2 分選工藝比較

由選煤廠產品結構可知，現酸刺溝選煤廠粗煤泥經分選后可得出2種產品，即21.76 MJ/kg或17.99 MJ/kg發熱量的粗精煤，現對兩種產品方案進行比較。

3.2.1 粗精煤為21.76 MJ/kg發熱量的產品

將粗精煤摻入洗精煤，則需要出低灰精煤，其尾煤灰分較低為44.51%，不能按矸石處理，需要摻入細煤泥產品中，方案一產品平衡表見表5。選煤廠規模按12.0 Mt/a計算，粗精煤產率為1%，由TCS尾礦與現有細煤泥組成的煤泥產品經干燥后的發熱量為15.44 MJ/kg，煤泥灰分為40.51%。

3.2.2 粗精煤為17.99 MJ/kg發熱量的產品

將粗精煤摻入末原煤，經現場調研，末煤產品發熱量定位為17.99 MJ/kg，但由于煤質的波動性，末原煤的發熱量常小于17.99 MJ/kg，需要通過發熱量為21.75 MJ/kg的洗精煤與末原煤進行配煤，保證末原煤的發熱量。根據近期生產統計，末原煤的發熱量為17.62 MJ/kg。為保證末原煤的發熱量，設計粗精煤為20.08 MJ/kg，摻配到末原煤中，可提高0.38 MJ/kg的發熱量，確保末原煤的發熱量為17.99 MJ/kg，混煤的灰分為31.70%。

此時細煤泥的發熱量較現有粗細煤泥的發熱量有所降低，其干燥后的發熱量為16.58 MJ/kg，細煤泥灰分為36.81%。方案二產品平衡表見表6。

表5 方案一產品平衡表

表6 方案二產品平衡表

圖1 TCS系統工藝流程圖

原有系統、方案一和方案二的對比見表7。

由表7可以看出，方案一和方案二與原有系統相比較，TCS精煤發熱量都有大幅度提升。經現場調研，方案一和方案二與原有系統在銷售收入及加工成本方面均有明顯的經濟效益，且方案二的經濟效益明顯比方案一高。因此本次粗煤泥改造選擇方案二，即新增粗煤泥分選系統，選后將粗精煤產品摻入末原煤。

表7 方案對比表

3.3 工藝流程

對現有粗煤泥系統進行改造，新增TCS粗煤泥分選系統。現有分級旋流器底流進入TCS分選機進行分選，TCS精礦進入新增TCS精礦桶后由泵打入新增精礦分級旋流器，精礦旋流器的溢流進入濃縮機，底流進入現有弧形篩預先脫水后再進入煤泥離心機二次脫水，粗精煤產品摻入末原煤；弧形篩篩下水及煤泥離心機離心液進入TCS精礦桶；TCS尾礦由新增尾礦泵打入新增弧形篩預先脫水后進入新增高頻篩進行二次脫水，脫水后尾礦進入現有矸石皮帶，弧形篩及高頻篩篩下水進入現有濃縮機。TCS系統工藝流程圖如圖1所示。

4 結論

基于選煤廠現有工藝和煤質特性，對粗煤泥分選系統進行技術改造，確保產品的發熱量和經濟效益。通過對比分析TCS智能粗煤泥分選機與螺旋分選機、TBS干擾床分選機各自的優缺點，表明在灰分相當的情況下，TCS的分選效率較高，因此選用TCS智能粗煤泥分選機。TCS智能粗煤泥分選機可以實現底流排放的連續、穩定、可調控，它可以有效減少錯配，提高了分選精度。在新增TCS粗煤泥分選系統后，將分選的粗精煤產品摻入末原煤，與現有系統相比，經濟效益有顯著的提高。