智能脫粉機組在煤泥減量化上的應用

樂 巖，郭金鑫

(1.太原正越工程設計有限公司，山西 太原 030001；2.山西安煤礦業設計工程有限公司，山西 太原 030006)

根據我國煤炭使用情況，動力煤均以發熱量為計價指標，全粒級洗選雖然能夠提高最終產品的品質，但是在經濟效益上并不是最優的方案[1]。進年來，部分動力煤選煤廠實行了脫粉入洗，通過脫粉入洗，在減少煤泥產率、提高產品回收率的同時，提高了系統通過能力、降低了煤泥水負荷，減少了外水混入對動力煤發熱量的影響[2-4]。本文主要探討交叉篩在脫粉工藝的應用優勢以及智能脫粉機組解決方案。

1 選煤廠脫粉入洗的意義

1.1 煤泥減量化

國家能源局關于促進低熱值煤發電產業健康發展的通知中指出：“我國每年產生可用于發電的煤矸石、煤泥、洗中煤等低熱值煤資源3億t以上，而已建成的低熱值煤發電機組，每年僅可消耗低熱值煤資源1億多t，尚有大量現有和每年新增的2億t未得到合理有效利用”。面對如此嚴峻的形式，除了加大低熱值煤利用，減少低熱值煤的產量也是勢在必行，選煤廠通過預先脫粉入洗，可以大幅降低煤泥產率，是煤泥減量化的重要手段之一。以寺河礦選煤廠為例，該選煤廠每生產4 000 t末煤，要產生550 t煤泥，增加預先脫粉工藝后，每生產4 000 t末煤僅產生250 t煤泥，降幅達54.5%，煤泥產量降幅明顯[5]。

1.2 提高產品產量

隨著機械化開采的普及，煤炭過粉碎現象普遍存在，尤其是細物料的灰分普遍低于原煤灰分，選煤廠預先脫粉工藝環節中，預先脫出的粉煤由于低灰分、低水分，發熱量可以達到或略低于產品要求，因此，此部分可以考慮直接摻入產品煤中，提高最終產品產量，增加產品銷售的收入。以寺河礦選煤廠為例，每年生產150萬t末煤，則可減少煤泥量11.25萬t，這部分煤泥轉化為末煤產品。煤泥價格80元/t，末煤價格550元/t，將煤泥轉化為末煤每年可增加收入5 287.5萬元[5]。

1.3 降低生產成本

采用脫粉入洗后，大幅降低煤泥水系統生產負荷，同時噸煤水耗、電耗、藥劑消耗量均有不同程度的降低[6]，減少了選煤廠日常生產成本[6]。

1.4 提高分選效率

選煤廠采用脫粉工藝后，由于進入系統的細物料減少，降低了有效分選粒度范圍，提高了分選精度，使得分選設備分選效率進一步得到提升[6]。

2 交叉篩在脫粉工藝的應用

煤炭中的細、濕、粘物料在篩分過程中存在物料團聚現象，使得8 mm以下細粒級干法篩分一直是一項技術難題，隨著近年來設備技術革新，選煤篩分設備不斷升級，高效干法深度篩分技術有了長足的進步，最小分級粒度可達3 mm[7]，市場上出現了多種多樣的篩分設備，如：博后篩、弛張篩、交叉篩等，本文主要對交叉篩進行探討。

2.1 交叉篩的篩分原理

如圖1所示，交叉篩采用類似滾軸篩篩體結構，篩體不振動，篩面由多組同向旋轉的篩軸組成，每根篩軸安裝若干等距篩片(篩片數量取決于篩寬)，相鄰篩軸上的篩片相互交叉排列，形成“動態篩孔”；物料在篩面滾動過程中不斷分層，小顆粒下移，大顆粒向前滾動；小顆粒長時間接觸篩孔，通過相鄰篩片的“手搓式”作用完成強制透篩，大顆粒滾動中不斷沖擊、打散團聚顆粒，并自動清理粘附在篩片上的細微顆粒，達到“自清理”目的；篩軸下設有刮泥板，清理剩余粘顆粒。篩分過程始終保持篩孔通透，完成“不堵、不粘、不卡料”的篩分作業[8-9]。

圖1 交叉篩篩分原理示意

2.2 交叉篩的優勢

在增加脫粉工藝時，采用何種設備，如何布置脫粉設備，需要考慮的因素很多，包括處理能力、篩分效率、占地空間、載荷及環保性能等，本文采用相同處理能力，相同篩孔的弛張篩與交叉篩進行比較，具體設備參數見表1。

從表1中看出，在篩分效率、載荷、設備密封性、設備尺寸等方面，交叉篩有明顯的優勢，特別在大部分已建成的選煤廠中，空間受限，土建結構承載力有限，最終無法安裝弛張篩，而交叉篩占用空間較小，土建改造量小，從經濟性和可操作性上，這種情況交叉篩尤為適合；在新建的選煤廠中考慮脫粉工藝時，交叉篩占用空間小，載荷小，可以更好地降低基建投資。綜上，無論是改造選煤廠，還是新建選煤廠，交叉篩優勢更大，效果更好。

表1 弛張篩與交叉篩對比(相同處理能力、相同篩孔)

2.3 交叉篩的不足

礦井井下煤層條件千變萬化，開采出來的原煤煤質波動較大，這時候脫粉工藝需要根據煤質波動調整脫粉粒度或脫粉量，采用弛張篩進行脫粉的工藝，現場會準備不同篩孔的篩板，通過對篩板的更換調整脫粉粒度或脫粉量，從而應對煤質的波動，采用交叉篩進行脫粉也可以通過調整交叉篩篩縫達到調整脫粉粒度及脫粉量的目的，但是受限于交叉篩的結構，使得調整交叉篩篩縫較為困難，如果煤質波動頻率較大，頻繁調整篩縫是不現實的，即使是弛張篩頻繁更換篩板，難度也是不小的，所以需要一種更靈活、更便捷的方式來達到調整脫粉粒度及脫粉量的目的。

3 智能脫粉機組工作原理

3.1 智能脫粉機組的篩分模型

從圖2交叉篩分級模型中看出，物料透篩過程中，前段以細物料居多，后段以粗物料居多，一般情況下，前段細物料灰分較低，發熱量較高，后段粗物料灰分較高，發熱量較低，智能脫粉機組根據篩下物料分布情況，控制篩下物料走向，實現智能控制脫粉量。

圖2 交叉篩分級模型

3.2 智能脫粉機組的構成

交叉篩智能脫粉機組是一種靈活、便捷、在線智能脫粉的設備，是由交叉篩、刮板輸送機、刮板輸送機配套閘門、智能脫粉控制系統以及設備相應軟件組成(如圖3)。

圖3 智能脫粉機組的結構示意

3.3 交叉篩智能脫粉機組的智能化控制原理

如圖4所示，交叉篩智能脫粉機組配套的軟件有設備監控軟件、系統監控軟件、脫粉量優化軟件及產品優化軟件，通過現場皮帶秤及灰分儀在線監測，進行數據分析，根據產品灰分、粉煤灰分反饋，智能控制脫粉量，與洗選密控系統智能聯動，實現產率最大化和智能化、全自動無人值守。

圖4 交叉篩智能脫粉機組的控制系統及功能模塊

4 智能脫粉機組的應用案例

山西西易煤礦近年來由于井下原煤煤質變化，末煤占比加大，大量末煤進入生產系統，使得煤泥水處理的困難程度不斷加大。選煤廠只能通過降低小時入洗能力維持生產，導致選煤廠生產長期不正常，各項指標超標嚴重[6]，并且本礦粉煤量大，且灰分低，可以直接銷售。綜合考慮后，在篩分車間增加了脫粉工藝，采用智能脫粉機組，交叉篩篩孔為8 mm，實時在線調整脫粉量，實現了在線智能脫粉。改造后的脫粉工藝流程見圖5。

γ—產率，%；Ad—灰分，%；Mt—水分，%圖5脫粉工藝流程

改造后，系統小時帶煤量由原來的650 t/h，提高到800 t/h，煤泥水各項指標正常，原煤中27.12%的粉煤直接做為產品銷售，其發熱量如下：

Qnet，ar=7871-90Ad-68Mt(朔州、雁北地區煤炭低位發熱量估算回歸方程)[10]

Qnet，ar=7871-90×26.40-68×7=5019(kJ/kg)，滿足產品發熱量要求，同時根據用戶終端的要求，脫粉量在線實時調節，與洗選密控系統智能聯動，企業可靈活調整產品發熱量，保障末煤產品指標穩定的同時為企業帶來了良好的收益。

5 結 語

選煤廠智能化發展一直是國家大力推廣的，各種各樣的選煤廠智能化設備不斷涌現出來，交叉篩智能脫粉機組彌補了智能脫粉的空白，智能脫粉機組使得脫粉工藝更加靈活，解決了煤質波動對末煤產品影響的因素，穩定了產品質量，為企業創造了經濟效益，同時智能脫粉也有益于選煤廠智能化建設。