TDS智能干選機在靈新選煤廠的應用

吳金保 王慧超

(國家能源集團寧夏煤業公司選配煤中心，寧夏回族自治區銀川市，753000)

1 靈新選煤廠存在的問題

靈新選煤廠為礦井型動力煤選煤廠，隸屬國家能源集團寧夏煤業有限責任公司選配煤中心，廠址位于靈新煤礦工業廣場內。靈新選煤廠與靈新煤礦同步建設，始建于1996年，原煤處理能力與礦井生產能力一致，為2.40 Mt/a。經過早期圓振動篩及跳汰機改造后，礦井及選煤廠的生產、處理能力增加至目前的3.20 Mt/a。選煤工藝流程為：+120 mm大塊手選，120～40 mm塊煤跳汰排矸，-40 mm末煤不分選直接作為動力煤產品銷售，濃縮底流外排至煤泥晾干場地晾干后單獨銷售。靈新選煤廠跳汰洗選工藝流程如圖1所示。

經過多年的實際生產運行，現生產系統老化嚴重，并且存在以下主要問題。

(1)洗水無法實現閉路循環，不能滿足環保生產要求。靈新選煤廠自生產以來，煤泥水處理系統一直處于停運狀態，2臺濃縮機中的1臺徹底廢棄，另外1臺濃縮機只相當于1個煤泥水緩沖池，實行濃縮底流大排放管理方式，將煤泥輸送至煤泥晾干場地晾干后回收，大量煤泥水外排存在環境污染的風險，靈武市環保部門已限期要求整改。

圖1 靈新選煤廠跳汰洗選工藝流程

(2)跳汰機由原神寧礦山機械制造維修分公司加工制造，型號為XD3503，分選粒級為0～100 mm，跳汰頻率為30～80次/min，跳汰振幅為50～100 mm，跳汰室寬度為3500 mm，跳汰室長度為3770 mm，篩板傾角為2°，篩孔直徑為13 mm，處理量為210～330 t/h，跳汰機分選精度低，矸石帶煤率高，上級部門抽檢和日常自行監測時，矸石帶煤率高達4%～5%，塊煤損失嚴重。

為了徹底解決環保生產問題、提高分選效率以及降低產品損失，2017年初，靈新選煤廠開始對原跳汰系統進行改造。經過充分調研與論證，比選目前普遍采用的塊煤重介淺槽工藝與近年逐步成熟的智能選矸技術[1-4]，最終采用TDS智能干選機對原排矸工藝系統進行改造,實現自動化、智能化的無人值守模式，解決靈新選煤廠目前的生產瓶頸，提升靈新選煤廠的管理水平。

2 TDS智能干選機分選原理與技術特點

2.1 TDS智能干選機分選原理

TDS智能干選機主要由給料、識別、執行三大主要系統以及供風、除塵、冷卻、配電、控制等輔助系統構成[5]。TDS 智能干選機結構示意圖如圖2所示。

圖2 TDS 智能干選機結構示意圖

TDS 智能干選機采用智能識別方法進行分選，塊煤在布料器上達到均勻單層布料，當煤與矸石通過X射線裝置時，由于煤與矸石所含元素不同，其對輻射的吸收量不同，探測器根據接受到的射線強弱不同，建立針對不同的煤質特征相適應的分析模型，通過大數據分析，對煤與矸石的元素、位置等進行數字化識別，最終通過智能噴吹系統將矸石或煤噴出[6-7]。TDS智能干選機分選原理如圖3所示。

2.2 TDS智能干選機技術特點

(1)分選精度高。TDS智能干選機以建立模型的方式進行大數據分析，能夠準確識別矸石與煤塊，有效實現不同粒度或同一粒度的煤矸分離，其分選精度(矸石帶煤率和煤中帶矸率)均為1%～3%。

(2)處理粒度寬。TDS智能干選機可分選300～50 mm和00～25 mm的原煤。與淺槽、動篩等傳統分選設備比較, TDS入料粒度更大，在趙莊選煤廠實現了1000～100 mm毛煤的分選, 較好地解決了煤礦毛煤粒度超限的難題。

(3)系統簡單。與傳統工藝相比，TDS智能干選機在分選過程中不需要水，不需要介質，不僅少了煤泥水處理系統和重介質回收系統，更不需要復雜管道連接設備，簡化了工藝流程。

圖3 TDS智能干選機分選原理

(4)除塵設計完善。采用濾筒式除塵器，并與智能干選機集成布置，檢查維護方便。

3 應用實踐

靈新選煤廠根據生產需要，選擇了TDS24-305型智能干選機，其主要參數如下：處理能力為220～240 t/h，處理粒級為200～40 mm，最大通過粒級為200 mm，電壓為660 V，額定功率為58 kW，布料帶寬為2400 mm，帶速為2.5 m/s，閥箱入風口風壓為0.65～0.8 MPa。

3.1 工藝流程

篩分破碎系統準備好的200～40 mm的原煤經過緩沖倉運至主廠房后，經過1臺振動篩進行布料和限下篩分后，篩上原煤進入TDS智能干選機進行分選，分選出的精煤進入現有精塊刮板，分選出的矸石由矸石轉載帶式輸送機運出，振動布料篩限下煤進入末煤帶式輸送機。TDS智能干選機工藝流程如圖4所示。

圖4 TDS智能干選機工藝流程

3.2 效果分析

2018年1月，靈新選煤廠TDS智能干選機工藝改造全面完成并進行帶煤試車，2月組織連續帶煤生產，4月全面交付生產使用。平均處理能力為224.93 t/h，與設計值吻合。2018年6月份TDS智能干選機生產統計數據見表1。

由表1可知，TDS智能干選機分選后的矸石帶煤率平均為1.72%，-50 mm精煤帶矸率平均為2.06%，+50 mm精煤帶矸率平均為2.09%。

表1 2018年6月份TDS智能干選機生產統計數據

3.3 生產調試期間存在的主要問題及解決措施

(1)風壓問題及解決措施。TDS 智能干選機要求入氣壓力在 0.65～0.8 MPa 之間，初期調試階段，由于原煤含矸率高、帶煤量大，入氣壓力一度降低到0.4 MPa，無法正常分選。因此將空壓機房 314空壓機(原跳汰使用)管路進行了改造，串聯到316空壓機管路中，滿足了入氣壓力的要求。

(2)布料問題及解決措施。風壓問題解決后，在調試過程中發現TDS 智能干選機布料效果欠佳，直接影響識別和最終的分選效果，對TDS智能干選機入料滑板進行了改造，降低了與入料溜槽的垂直高度，并在尾部增加了梳齒板，通過這種方式優化了布料效果，提高了分選精度。

(3)識別不穩定問題及解決措施。調試階段發現布料器兩側物塊識別準確率相對中間部分存在偏差，因此對射源箱整體位置進行了升高，使射線的識別面更大，并對算法進行了優化，通過以上方式解決了兩側的識別問題，進一步提升了分選精度。

(4)指標不穩定問題及解決措施。原煤含矸率較高時，分選后的精煤含矸率會出現超標情況，為此對 TDS 智能干選機進行了降速改造，由2.5 m/s降低到2.3 m/s左右，通過降低布料器轉速以及優化系統參數，提高了噴吹的精度，使分選指標趨于穩定。

(5)工藝問題及解決措施。初步改造時，根據煤質資料，只設定了“打矸”工藝，由于在現場實際運行過程中原煤含矸較高，因此無法執行“打矸”工藝。針對原煤含矸高時“打矸”工藝不如“打煤”工藝的情況，對矸石和原煤溜槽進行了改造，增加了液壓閘板，實現 “打煤”和“打矸”工藝的自由切換，在原煤含矸低時采用“打矸”工藝，原煤含矸高時采用“打煤”工藝。在保證正常帶煤量不減少的情況下，TDS智能干選機依然保持較高的分選精度，同時也大大減少了高頻電磁閥的開閉次數，延長了易損件的使用壽命。

4 TDS智能干選機常規故障及解決辦法

2018年2月，TDS智能干選機連續帶煤生產，通過現場運行及研究，對已經發生或可能存在以下幾方面的故障及影響進行了梳理。

4.1 布料器故障及解決辦法

(1)布料過程中發生膠帶跑偏現象。解決辦法為：檢查膠帶擋邊與滾筒的間距變化，可以通過調節驅動滾筒和增面滾筒調節。

(2)生產時防溢裙板漏煤。解決辦法為：發現設備有漏煤現象，調節防溢裙板與膠帶的間距。

4.2 除塵器故障及解決辦法

(1)除塵器出風口看到黑灰。解決辦法為：一是檢查濾筒是否破損，對破損濾筒進行更換；二是檢查濾筒安裝是否對正。

(2)噴吹過程中電磁閥無指令長噴。解決辦法為：一是檢查電磁閥是否供電；二是檢查電磁閥氣道是否有異物堵塞；三是電磁閥損壞，需要更換。

4.3 傳感器類故障及解決辦法

(1)界面顯示入氣壓力低。解決辦法為：一是檢查空壓機運行是否正常；二是檢查冷干機運行是否正常；三是檢查過濾器濾芯是否堵塞；四是檢查各級閥門是否都打開；五是檢查原煤含矸率是否過高。

(2)X輻射源連續運行時射源溫度高。解決辦法為：一是檢查渦流管進氣電磁閥是否打開；二是檢查物流管內是否有異物卡住。

4.4 分選精度變差

(1)布料皮帶物料疊加。解決辦法為：一是檢查入料原煤粒度；二是檢查是否偏料；三是檢查物塊是否翻滾。

(2)煤、矸不能正常識別。解決辦法為：一是檢查末煤、濕煤是否進入TDS設備，如生產中出現原煤比較濕，篩機無法篩透，大量粉煤進入干選機將影響分選精度；二是檢查物塊是否疊壓。

(3)噴吹執行錯誤率高。解決辦法為：一是檢查膠帶是否跑偏；二是檢查帶速是否穩定；三是檢查噴嘴是否堵塞；四是檢查入氣壓力是否正常。

(4)正常噴吹后物料撞擊分隔板反彈。解決辦法為：檢查分隔板是否移位。

5 應用效益

5.1 社會效益

傳統濕法選煤在選煤過程中將產生煤泥,由于煤泥發熱量較低，粘結成團難以利用，在無法摻入產品煤且無法單獨銷售的情況下往往作為廢棄物外排，嚴重污染環境。應用TDS智能干選機幾乎不產生次生煤泥，原生煤泥不入水，發熱量高且不結餅，可直接摻入產品煤銷售，有效解決了粘濕煤泥難處理的問題，避免了煤泥水外排和環境污染。

5.2 經濟效益

(1)產品結構效益。采用TDS智能干選機后，+50 mm中塊增產0.25%(占全級)，效益可增收427萬元/a。洗小塊和精末減少4.57%(占全級)，精煤減少13.71萬t/a，減產量作為末煤回收，效益減少1645.2萬元/a。采用跳汰工藝洗選時，-40 mm限下入洗后多排出末矸石0.42%(占全級)，采用TDS智能干選機后,作為末煤回收，末煤增收1.26萬t/a，可增收592.2萬元/a。多回收-13 mm末煤1.35%(占全級)，末煤增收4.05萬t/a，可增收1417.5萬元/a。跳汰工藝產生次生煤泥，煤泥效益流失，采用TDS智能干選工藝后不產生煤泥，末原煤增量1.07%(占全級)，末煤增收3.20萬t/a，可增收1120萬元/a。因應用TDS智能干選機后產品結構改變，效益增收1911萬元/a。

(2)分選精度效益。應用智能干選機后，+13 mm矸石帶煤率降低0.4%(占矸石)，精煤增收0.12萬t/a，可增收68.58萬元/a。

(3)節支效益。TDS智能干選機裝機功率比跳汰分選系統裝機功率少148 kW。在開車時間一致的情況下，每天按16 h開車計算，節支電費為36萬元/a。TDS智能干選機分選不需要用水，比采用跳汰工藝節支水費14.4萬元/a。 因TDS智能干選機工藝精簡且智能化程度高，預計減少人工支出368.28萬元/a。

6 結語

TDS智能干選機是智能干選技術在靈新選煤廠的首例成功應用，TDS智能干選機采用先進的檢測及執行技術，與傳統跳汰選煤相比分選過程不用水，自動化程度高、工藝簡單、生產加工成本低[10]，徹底消除了原系統存在的環保隱患，企業在減少水資源消耗的同時避免了污染環境，符合國家可持續發展的戰略，為公司動力煤清潔、高效、智能化的分選提供了一種切實可行的途徑，實現了煤泥和煤泥水的“零排放”，取得了顯著的社會效益和經濟效益，具有很好推廣的應用價值。