永明煤礦選煤廠粗煤泥回收工藝技術(shù)改造

孫明福，紀(jì)東東，盧志明

(1.陜西永明煤礦有限公司，陜西 延安 717300；2.中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；3.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心，河北 唐山 063012)

永明煤礦選煤廠位于陜西省延安市子長縣境內(nèi)，設(shè)計(jì)能力為1.2 Mt/a，于2013年2月投入生產(chǎn)運(yùn)行，主要生產(chǎn)高黏結(jié)、低硫、低磷且高發(fā)熱量的煉焦精煤[1-3]。選煤廠采用不脫泥無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器+粗煤泥重介質(zhì)分選+煤泥浮選聯(lián)合分選工藝。

永明煤礦礦井煤層較薄，使用綜采綜掘生產(chǎn)工藝。由于原煤矸石含量較高，煤層頂?shù)装鍘r石極易泥化，且原粗煤泥處理系統(tǒng)工藝復(fù)雜，煤泥水泥化程度嚴(yán)重，難以浮選，因此造成精煤泥回收率偏低，灰分偏高的結(jié)果。

永明煤礦選煤廠經(jīng)過對易泥化、難浮選的煤泥特性的長期探究，委托中煤科工集團(tuán)唐山研究院提出改造方案，對原粗煤泥處理工藝和設(shè)備進(jìn)行改造，旨在提高精煤回收率，降低精煤灰分。

1 煤質(zhì)分析

對精煤泥進(jìn)行取樣化驗(yàn)，精煤泥小浮沉試驗(yàn)結(jié)果見表1，精煤泥小篩分試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1 精煤泥小浮沉試驗(yàn)結(jié)果

由表1可知，精煤泥低密度物含量累計(jì)為54.29%，灰分為7.25%；由表2可知，主導(dǎo)粒級(jí)為>0.5 mm，其次是0.5～0.125 mm，且該粒級(jí)灰分突然升高，說明存在泥化現(xiàn)象。

表2 精煤泥小篩分試驗(yàn)結(jié)果

2 原粗煤泥回收工藝及存在的問題

2.1 原粗煤泥回收工藝

精煤磁選尾礦經(jīng)精煤弧形篩脫水，篩上物進(jìn)入精煤除雜篩分級(jí)，篩下水進(jìn)入一次浮選機(jī)浮選；除雜篩篩上進(jìn)入精煤離心機(jī)脫水，除雜篩篩下物進(jìn)精煤臥式離心脫水機(jī)脫水；精煤臥式離心脫水機(jī)產(chǎn)品輸送至精煤帶式輸送機(jī)，精煤臥式離心脫水機(jī)離心液進(jìn)入中煤泥系統(tǒng)。原粗煤泥回收工藝產(chǎn)品粒度分析見表3。

表3 原粗煤泥回收工藝產(chǎn)物粒度分析

2.2 原粗煤泥回收工藝存在的問題

精煤弧形篩篩下水進(jìn)入中煤泥系統(tǒng)，精煤弧形篩篩上物進(jìn)入精煤除雜篩，<0.5 mm煤泥應(yīng)該進(jìn)入篩下水。由表3可知，精煤除雜篩的篩上物中<0.125 mm粒級(jí)的含量為25.05%，占比較大，應(yīng)到篩下的高灰細(xì)泥沒有到篩下。而精煤臥式離心脫水機(jī)離心液中>0.2 mm粒級(jí)的物料占比高達(dá)45.73%，可知“跑粗”問題嚴(yán)重。

通過對表3的數(shù)據(jù)分析，精煤臥式離心脫水機(jī)的分級(jí)粒度在0.3 mm。

分析可知，原粗煤泥處理工藝存在以下問題：

(1)精煤弧形篩脫泥效果不好，高灰細(xì)泥部分留在篩上，造成精煤泥灰分過高。

(2)精煤臥式離心脫水機(jī)“跑粗”，精煤損失嚴(yán)重。

(3)精煤臥式離心脫水機(jī)和中煤臥式離心脫水機(jī)存在故障率高、能耗高、配件昂貴、維修維護(hù)工作量大等問題。

3 原粗煤泥回收工藝改進(jìn)方案

精煤泥灰分高和精煤泥回收率低的主要原因是精煤弧形篩和精煤臥式離心脫水機(jī)設(shè)備的局限性造成的。通過對目前國內(nèi)外煤泥脫泥、脫水設(shè)備的調(diào)研以及與中煤科工集團(tuán)唐山研究院的專家進(jìn)行研討，結(jié)合永明煤礦選煤廠現(xiàn)有工藝布置情況，決定對原粗煤泥工藝流程進(jìn)行改造。

3.1 精煤泥回收工藝改造

新增精煤泥濃縮分級(jí)旋流器組和精煤泥三質(zhì)體高頻脫水篩設(shè)備，精煤磁選尾礦采用濃縮分級(jí)旋流器+三質(zhì)體復(fù)合高頻脫水篩+離心機(jī)的聯(lián)合回收工藝[4-6]，如圖1所示。由圖1可知：精煤磁選尾礦經(jīng)旋流器組(分級(jí)粒度為0.125 mm)濃縮分級(jí)后，旋流器底流進(jìn)入三質(zhì)體復(fù)合高頻脫水篩(分級(jí)粒度為0.125 mm)，經(jīng)三質(zhì)體復(fù)合高頻脫水篩脫泥脫水后，篩上物可直接進(jìn)入精煤帶式輸送機(jī)，摻入混精煤中；如需繼續(xù)降低精煤泥水分，三質(zhì)體復(fù)合高頻脫水篩的篩上物可進(jìn)入立式精煤泥離心脫水機(jī)脫水，形成精煤產(chǎn)品。為避免離心液內(nèi)精煤和介質(zhì)損失，將離心液管路形成閉環(huán)，使其再次進(jìn)入精煤泥水處理系統(tǒng)。與原工藝相比，該工藝中減少了精煤臥式離心脫水機(jī)、一次浮選入料泵、二次浮選入料泵，同時(shí)減少了耐磨管路成本，并減輕了泥化現(xiàn)象，精煤回收率得到提高。

圖1 改造后精煤泥回收工藝原則流程

根據(jù)對精煤泥產(chǎn)品水分的要求，可選擇三質(zhì)體復(fù)合高頻脫水篩的篩上物直接進(jìn)入帶式輸送機(jī)，或進(jìn)入立式精煤泥離心脫水機(jī)進(jìn)一步脫水，篩上物出料槽落煤口位置通過閘門調(diào)節(jié)即可。根據(jù)對精煤泥產(chǎn)品灰分的要求，調(diào)整精煤泥旋流器組及三質(zhì)體復(fù)合高頻脫水篩的分級(jí)粒度，達(dá)到所需產(chǎn)品的灰分。

3.2 中煤泥回收工藝改造

新增中煤泥三質(zhì)體高頻脫水篩設(shè)備，中煤泥采用中煤磁選尾礦直接進(jìn)三質(zhì)體高頻脫水篩+離心脫水機(jī)脫水的聯(lián)合回收工藝[7-9]。中煤磁選尾礦通過自流，直接進(jìn)入三質(zhì)體高頻脫水篩(分級(jí)粒度為0.25 mm)脫水，篩上物進(jìn)入中煤臥式振動(dòng)離心機(jī)二次脫水，篩下水直接進(jìn)入二段濃縮池，離心脫水機(jī)離心液進(jìn)入中煤稀介桶，避免中煤稀介損失。與原工藝相比，該工藝中減少的設(shè)備有中煤臥式振動(dòng)離心脫水機(jī)、一段濃縮池。同時(shí)可以使一段濃縮池作為二段濃縮池的備用設(shè)備，應(yīng)急使用。

3.3 原粗煤泥回收工藝改造設(shè)備選型

根據(jù)選煤廠的煤質(zhì)特性、生產(chǎn)能力及煤質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果，估算精煤泥水量為300～400 m3/h，精煤泥量為25～30 t/h；中煤泥水量為120～180 m3/h，中煤泥量為10～15 t/h。

精煤泥選擇1臺(tái)NNX350×6濃縮分級(jí)旋流器組、1臺(tái)DZSF3046三質(zhì)體復(fù)合高頻脫水篩；中煤泥選擇1臺(tái)DZSN2825三質(zhì)體高頻脫水篩。濃縮分級(jí)旋流器組具有一定的分級(jí)、脫泥、濃縮作用[10]，三質(zhì)體復(fù)合高頻脫水篩具有脫泥、脫水作用，三質(zhì)體高頻脫水篩具有預(yù)脫水、脫泥作用[11]。

4 改造效果

對精煤泥三質(zhì)體復(fù)合高頻脫水篩入料(精煤泥濃縮分級(jí)旋流器組底流)、篩上物、篩下水，中煤泥三質(zhì)體高頻脫水篩入料(中煤泥磁選尾煤)、篩上物分別取樣進(jìn)行小篩分試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4—表8。

表4 精煤泥三質(zhì)體復(fù)合高頻脫水篩入料小篩分試驗(yàn)結(jié)果

表5 精煤泥三質(zhì)體復(fù)合高頻脫水篩篩上物小篩分試驗(yàn)結(jié)果

表6 精煤泥三質(zhì)體復(fù)合高頻脫水篩篩下水小篩分試驗(yàn)結(jié)果

表7 中煤泥三質(zhì)體高頻脫水篩入料小篩分試驗(yàn)結(jié)果

表8 中煤泥三質(zhì)體高頻脫水篩篩上物小篩分試驗(yàn)結(jié)果

由表4—表8可知：精煤泥三質(zhì)體高頻篩入料灰分為41.15%，篩上物灰分為17.35%，篩下物灰分為76.04%；中煤泥三質(zhì)體高頻脫水篩入料灰分為48.05%，篩上物灰分為25.55%。可見二者脫泥降灰效果相當(dāng)顯著。

5 效益分析

技術(shù)改造減少設(shè)備、功率及費(fèi)用見表9。

由表9可知：改造共減少設(shè)備5種，合計(jì)減少功率431.2 kW，依照每天運(yùn)行18 h計(jì)算，一年可節(jié)約電費(fèi)為198萬元，節(jié)省設(shè)備維護(hù)費(fèi)用為32萬元，節(jié)省管路維護(hù)費(fèi)用為10萬，每年共計(jì)節(jié)省設(shè)備電費(fèi)及維護(hù)等費(fèi)用為240萬元(不含節(jié)省人工費(fèi)用)。三質(zhì)體復(fù)合高頻脫水篩依據(jù)三質(zhì)體振動(dòng)原理設(shè)計(jì)，具有極高的可靠性，日常基本不需要維修及維護(hù)；旋流器組日常維修與維護(hù)量也較小，改造后還會(huì)節(jié)省可觀的人工費(fèi)用[7]。

表9 技術(shù)改造減少設(shè)備、功率及費(fèi)用

通過以上數(shù)據(jù)分析，精煤臥式離心脫水機(jī)的分級(jí)粒度在0.3 mm，精煤泥三質(zhì)體復(fù)合高頻脫水篩的分級(jí)粒度下限可達(dá)0.045 mm[12-13]，綜合考慮灰分要求，暫定精煤泥三質(zhì)體復(fù)合高頻脫水篩的分級(jí)粒度0.125 mm。改造后的新工藝比原工藝可多回收精煤磁選尾礦中約19.31%的煤泥作為精煤產(chǎn)品，可以提高精煤回收率2.4個(gè)百分點(diǎn)左右，可提高利潤1 400萬元左右。考慮節(jié)省電費(fèi)、節(jié)省設(shè)備維護(hù)費(fèi)用以及提高精煤回收率創(chuàng)造的效益，每年可增加總效益1 600萬元左右，每年增加的總效益相當(dāng)可觀。

6 結(jié)語及展望

改造達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)：①建立適應(yīng)本地實(shí)際煤質(zhì)狀況，即易泥化、難浮選、灰分高的選煤廠尾煤泥處理新工藝；②配備低能耗、高效、智能的尾煤泥處理新設(shè)備，解決粗煤泥分選與回收問題；③簡化現(xiàn)煤泥水處理工藝，降低系統(tǒng)功耗及材料消耗；④減輕泥化現(xiàn)象，提高粗精煤泥回收率，實(shí)現(xiàn)效益最大化。

由于精煤泥三質(zhì)體復(fù)合高頻脫水篩的分級(jí)下限可達(dá)0.045 mm，根據(jù)精煤泥灰分要求，調(diào)整分級(jí)粒度，就可以滿足煤泥的水分和灰分要求。新的粗煤泥處理工藝中取消了浮選環(huán)節(jié)和臥式離心脫水機(jī)設(shè)備，使粗煤泥處理系統(tǒng)大大簡化，降低了電費(fèi)及設(shè)備維修、維護(hù)費(fèi)用，節(jié)省了大量人工成本，而且提高了精煤泥回收率，取得了良好的應(yīng)用效果。此次改造不僅可以從根本上改變原煤泥水處理工藝存在的問題，有效降低矸石泥化和煤泥帶煤問題，降低煤泥處理成本，為選煤廠進(jìn)一步擴(kuò)能提效打下了基礎(chǔ)，并且創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。