動力煤選煤廠降低產品水分的研究與實踐

錢 坤

(山西中煤楊澗煤業有限公司，山西 朔州 036000)

動力煤按照發熱量劃分等級和基價[1-2]，動力煤發熱量主要受2個因素影響，一個是灰分，一個是水分，它們與發熱量均成反比關系[3-4]。在朔州地區，每個水分影響的熱值在0.25～0.33 MJ/kg之間[5]。在生產實際中要盡可能降低產品煤的水分，提高產品的灰分，從而在保證產品合格的基礎上，提高產品的回收率。

東坡選煤廠混煤系統入洗能力為5.00 Mt/a，采用選前1.5 mm濕法脫泥，1.5～50 mm重介旋流器主再洗，0.35～1.5 mm粗煤泥螺旋分選，小于0.35 mm細煤泥壓濾回收工藝。產品煤主要由精煤、粗精煤泥和細煤泥混合組成。主要脫水設備有：精煤脫水由1臺HSG1400型和1臺SCH1500型臥式振動離心機完成；中煤由1臺WSL1200臥式振動離心機完成；粗煤泥由2臺ML1000臥式刮刀卸料離心機完成，煤泥離心機前各布置1臺固定弧形篩進行預脫水；細煤泥由2臺KMZG550/2000-U快開式隔膜壓濾機完成。

1 存在的問題及原因分析

1.1 存在問題

受動力煤市場影響，結合經營情況綜合測算，從2020年8月份起，公司要求洗選的產品熱值由原先的20.92 MJ/kg提升為22.59 MJ/kg，產品灰分由23%降至17.5%左右。但在實際生產過程中發現，產品的熱值往往低于計劃要求，主要表現為水分超標，水分高達12%左右，遠高于計劃要求的10%以下。由于水分超標影響熱值，不得不通過降低產品灰分的手段來保證產品熱值達標，不僅影響了產品的回收率，而且在冬季裝車時，還會發生凍車現象，給公司的銷售和經營帶來諸多壓力。

1.2 原因分析

為了解決上述問題，選煤廠對水分超標情況進行了系統分析。該廠生產的產品煤主要由1.5～50 mm精煤、粗精煤泥(0.35～1.5 mm)和細煤泥(小于0.35 mm)3種產品組成。每種產品的產率和煤質指標變化均會對最終產品的質量產生影響。因此，對整個洗選系統進行梳理，掌握其中的差異，顯得尤為必要。

1.2.1 原煤指標對比

首先對入洗原料煤進行分析。東坡選煤廠主要入洗東坡礦原煤，開采煤層為山西太原組4號煤層和9號煤層，2020年全年開采9號煤層，煤層厚16 m左右，采用綜采放頂采煤工藝，煤質特征穩定。主要煤質指標見表1。其可選性曲線見圖1。

表1 東坡礦9號原煤煤質特性

β—浮物曲線；λ—灰分特性曲線；θ—沉物曲線；ε—±0.1曲線；δ—密度曲線

為了進一步分析產品調整前后的原煤煤質變化，對7、8兩個月原煤煤質情況進行了統計對比，詳細情況見表2。

表2 東坡礦7、8月份原煤煤質指標情況對比

從7月份和8月份原煤煤質指標來看，水分、灰分保證平穩，熱值變化也在0.42 MJ/kg以內，結合表1，排除原煤可選性發生變化導致產品水平超標。

1.2.2 精煤指標對比

對7、8月份生產出的產品煤煤質指標進行了統計對比，詳細情況見表3。

從表3對比情況看，8月份產品煤水分比7月份高2.6%，8月份產品煤灰分比7月份低5.99%。若8月份產品煤水分降低2%，則產品煤煤質指標完全能達到任務指標。甚至可以將灰分提高0.5%，熱值也能保證在22.59 MJ/kg左右。根據東坡礦原煤可選性曲線，灰分提高0.5%，回收率將提高1%～1.5%。因此降低產品煤水分對公司的經濟效益有較大影響。

表3 東坡選煤廠7、8月份產品煤煤質指標對比

1.2.3 主要脫水設備情況分析

從現場生產組織來看，產品煤指標調整后，主要洗選工藝未進行調整，僅通過調整主再洗旋流器密度來調節最終產品灰分，主要生產操作人員和技術人員也未發生變化。主要脫水設備7、8月份脫水指標見表4～表6。

從表4～表6中可以看出，在調整產品煤指標后，主要脫水設備脫水效果變化不大。由此可以分析得出，最終產品水分增高主要是由精煤、粗精煤泥、細煤泥三者的相對含量發生了變化，精煤回收率降低，導致在最終產品中比例降低，產品煤總體水分變大。

表5 壓濾機脫水指標

表6 粗精煤泥離心機脫水指標

為了降低水分，保證最終產品煤合格，實現的途徑有2條：一是提高精煤在最終產品中的比例；二是提高主要脫水設備的脫水效果。主要脫水設備脫水潛力分析如下：

從表4可以看出，2臺精煤離心機達到了設備的理想工況要求[6]，基本不需要進行大的調整。

從表5可以看出，2臺壓濾機產出的煤餅水分高，如果都能降低2%左右，則煤泥熱值將提高0.50 MJ/kg左右，具有較大的改進空間[7]。

從表6中可以看出，粗精煤泥水分都較高，說明煤泥離心機調整空間大。若能降低5%左右，可以提高末精煤熱值1.26 MJ/kg左右。因此，提高煤泥離心機脫水效果尤為必要。

2 采取措施

選煤作為一個系統工程，想要得到經濟效益最大化的合格產品，首先必須要從工藝改進方面進行綜合考慮，從而保證各設備的入料特性達到理想狀態；其次，對脫水設備的脫水性能進行提升改造，保證設備發揮最大性能；其次，對生產過程進行嚴格管控，保證入料各項指標在控制范圍之內，保證設備狀態良好。

2.1 工藝措施

(1)精煤作為最終產品的主導產品，從表4可以看出，精煤離心機脫水產品的水分和灰分均低于最終產品，增加精煤產品在最終產品中的比例，一是能降低最終產品的水分；二是能滿足最大回收率原則，保證經濟效益的最大化。采取的主要措施有：① 在系統允許的范圍內，增加入洗原煤的小時帶煤量。東坡選煤廠將原煤入洗量從原先的650 t/h提高至750 t/h；② 提高重介旋流器的分選密度，適當增加精煤的灰分，從而提高精煤回收率。

(2)調整水力分級旋流器底流口尺寸，一是保證壓濾機和煤泥刮刀離心機入料粒度組成合理；二是盡可能地保證物料多進離心機脫水。東坡選煤廠水力分級旋流器組的規格為6×450 mm，原設計底流口直徑為80 mm。通過生產摸索，將旋流器底流口直徑調整為4個85 mm，2個70 mm，從而保證了粒度組成和分級比例的合理。

(3)調整水力分級旋流器組的入料壓力。在保證底流呈傘狀的同時，降低入料壓力，保證壓濾機入料粒度組成的合理[8-10]。通過生產實踐，將入料壓力由175 kPa調整為160 kPa。

2.2 設備改造

通過設備改造，提高設備自身性能，從而發揮設備最大效能。采取的主要改造措施有：

(1)調整弧形篩傾角，保證入料均勻，流速達到煤泥離心機小時處理量要求(50～80 t/h)。

(2)將弧形篩由固定式改為振動式，提高預脫水效果，保證離心機入料濃度(50%～60%)。

(3)調整煤泥離心機篩籃篩縫間隙，將篩藍篩縫由0.35 mm調整至0.45 mm，增加開孔率和透水效率，提高脫水效率[11]。

(4)重新安裝離心機內擋水圈，降低離心液回流；改造離心機二道擋水圈。

(5)提高離心機篩藍轉速，將煤泥離心機篩籃轉速從650 r/min提升至750 r/min，從而提高離心機分離因素。

(6)更換壓濾機濾布，將濾布的透氣量由原先的900 L/(m2·s)提升至1 000 L/(m2·s)，降低壓濾煤泥水分。

2.3 管理措施

通過過程管控，保證入料的性質和設備的工作狀態穩定。主要措施如下：

(1)煤泥離心機篩籃每2h用水或氣沖洗1次；精煤離心機篩籃每個班處理1次；保證離心機擋水圈完好。

(2)快開式隔膜壓濾機每班沖洗1次。

(3)調整弧形篩來料量，保證2臺弧形篩入料量均衡穩定，杜絕1臺料多，1臺料少。

(4)合理規劃推煤作業，加強推煤管理，保證入洗原煤塊末配比的均衡性。

(5)加強采制化管理，提高樣品的代表性，保證出樣效率，為生產調整提供依據。

3 效果分析

采取上述措施后，對各脫水設備的脫水效果進行了采樣分析，詳細指標見表7～表9。

表7 精煤離心機脫水指標

表7～表9的數據佐證了之前的判斷，即精煤水分改善有限，粗精煤泥和煤泥水分有較大幅度的降低。通過上述措施，最終產品煤的水分也達到了預期要求，控制在10%以下，為9.3%左右。

表8 調整后壓濾機脫水指標

表9 調整后煤泥離心機脫水指標

4 結 語

選煤是一個系統工程，隨著新工藝、新技術的不斷推出，選煤工藝不斷進步，工藝設備不斷更新。且隨著我國發展進入新常態，對洗選產品的質量、產品結構的靈活性和適應性提出了更高的要求。作為選煤工程技術人員，不能局限于傳統思維，要打破常規，不斷地接觸新技術、新工藝、新設備，開拓新思維，不僅要考慮最大產率原則，還要從經濟效益角度綜合分析，不局限于設備生產廠家提供的技術性能指標，算好成本效益賬，最大限度地發揮設備的能效比。