磁窯溝選煤廠工藝系統優化改造

王 偉

(山西晉神能源有限公司 洗煤廠,山西 河曲 036500)

當前磁窯溝礦井煤炭開采技術經優化后采用厚煤層綜合機械化長壁放頂煤開采法,放頂煤開采新技術使礦井產能得到釋放。而作為礦井配套的洗煤廠,目前洗選能力不足,無法與高產能匹配,因此需將原煤洗選能力由原設計的300萬t/a提升至600萬t/a。洗選工藝優化改造是一個歷久彌新的課題。張姝婷[1]提出通過應用先進的選煤工藝,優化生產系統,達到生產系統中各環節的相互配套和協調,并實現全系統的高效生產。近年來一些新興工藝開始出現,例如動力煤脫粉入洗工藝的應用,可降低煤泥處理系統負荷,提高末煤系統入洗能力[2,3]。為實現高產高效,應根據洗煤廠實際情況,選用適合本廠的洗選工藝。本文以磁窯溝洗煤廠為例,對制約產能的環節進行工藝優化改造,以適應礦井生產需求。

1 磁窯溝洗煤廠基本情況

山西河曲晉神磁窯溝煤業洗煤廠始建于2018年9月29日,2020年5月3日試運行,2020年12月正式投入生產,建設周期為1年7個月,年洗選能力為300 萬t。隨著放頂煤開采技術的使用,礦井優勢產能釋放,洗煤廠生產能力出現不匹配的情況。于是,在2020年10月份生產試運行期間著手進行提能改造。初次改造后在實際生產運行過程中發現粗煤系統處理能力不足,并于2021年7月進行粗煤泥系統技術改造,通過上述工藝系統優化升級,現已實現了洗選能力的釋放,保障了礦井正常生產。

1.1 洗選工藝

磁窯溝洗煤廠現有工藝流程為150～13 mm塊原煤經6.0 mm濕法脫泥后采用重介淺槽分選機分選;<13 mm粒級末原煤經1.0 mm濕法脫泥后采用有壓兩產品重介質旋流器分選;1～0.25 mm粗煤泥采用螺旋分選機分選;<0.25 mm粒級細煤泥采用濃縮+壓濾機回收。另外,末原煤可經4 mm(3 mm)脫粉,<4 mm粒級粉煤與4～13 mm末煤具有不入選、部分入選、全入選的靈活性。具體工藝流程見圖1。

圖1 磁窯溝洗煤廠現有洗選工藝流程圖Fig.1 Flow chart of washing process in Ciyaogou Coal Preparation Plant

1.2 存在的問題

1)選煤廠的生產能力與礦井生產能力不匹配。目前只能通過延長生產時間提升原煤入洗量,但設備長期高負荷運行,日常維護時間有限,導致設備維護效率低、維護難度大,設備長期處于帶病作業狀態,大大增加了發生故障的風險。鑒于以上問題,選煤廠生產工藝需進行技術升級改造,提高選煤廠洗選能力,降低生產成本,提高企業經濟效益。

2)為保證商品煤熱值,應減少末煤直通煤量。增大末煤入洗量,將導致303塊煤脫泥篩處理效果變差、進入淺槽的末煤量增加,塊煤脫泥篩下溜槽堵塞,引發塊煤合介桶桶位上漲、密度下降,無法保證塊煤合介系統正常運行。伴生造成A302原煤分級交叉篩機后側溜槽堵塞,進而造成設備保護停機。隨著末煤入洗量增大,導致314末煤脫泥篩脫泥效果差,混料桶內串入的煤泥量增加,使得末煤密度一直下滑。若將314末煤脫泥篩由原有的1.5 mm篩板更換為3.0 mm篩板，則可保證314末煤脫泥篩的處理效果,但會造成334、335弧形篩和336、337離心機無法滿足此時粉煤的脫水作業。在這種情況下,原有生產系統需新增1臺弧形篩、1臺末煤離心機,才能更好地滿足粉煤脫水效果。

3)當原煤中塊煤(≥25 mm粒級物料)質量比超過60%時,A301刮板機下A302原煤分級交叉篩分料閘板出現堵塞現象,造成大部分原煤轉移到302原煤分級弛張篩,會造成303塊煤脫泥篩至304淺槽溜槽堵塞,進而導致生產系統無法正常運行;當306塊煤脫介篩上塊煤量較多時,會造成下307破碎機溜槽堵塞，設備處理原煤的能力會受到制約。

2 改造方案及設備選型

2.1 工藝優化改造

此次工藝系統優化改造項目利用現有廠房布局進行升級改造,同時對生產集控及調度系統、供配電系統等進行升級改造,保障生產系統平穩運行。充分考慮各種工藝設備和工藝環節的要求,在詳細的煤質分析基礎上,根據原煤煤質特性和密度、粒度組成,選擇合理的洗選工藝。通過對比篩分效率選用交叉篩作為新增加的原煤脫粉設備,同時增大塊煤、末煤的處理能力,從而擴大生產規模,提高生產效率。

以洗煤廠生產能力提升至600 萬t/a為目標,進行核算,如果保持4 mm脫粉煤、塊煤、末煤、粉煤全部入選的生產方式,則塊煤、末煤主洗設備能力均可滿足要求，但原煤脫粉篩、塊煤脫泥篩、末精煤脫介篩、粉精煤離心機能力不足,需要增加設備。同時原煤倉至主廠房301原煤帶式輸送機、主廠房至產品倉701帶式輸送機的功率不足,需更換驅動并進行提速改造。

新增的原煤脫粉篩布置在B-C跨、20.20平面(現有脫粉篩北側),將301機頭延長、抬高,通過機頭新增的刮板機將原煤分配至2臺脫粉篩中。新增脫粉篩篩上>13 mm粒級塊煤進入304塊煤重介淺槽分選機中。新增脫粉篩篩下<4 mm粒級粉煤進入361粉煤轉載皮帶機。<13 mm粒級末原煤通過刮板轉載進入現有360刮板輸送機。由于306塊煤脫介篩處理能力不足,更換為雙層脫介篩,篩上>25 mm粒級塊煤進入307塊煤破碎機,篩下25～13 mm物料進入塊煤離心機脫水。替換下的原塊煤脫介篩改為處理重介旋流器的末煤脫介篩。鑒于塊煤破碎機處理能力不足,故重新更換大功率破碎機。同時,為滿足粗煤泥脫水效率,增加1臺末煤離心機。

2.2 篩分設備選型

2.2.1原煤分級篩產品性能

1)A302交叉篩購自賽普瑞特(天津)工業技術有限公司,篩分方式為干法篩分,入料性質為長焰煤、外水7%～10%、入料粒度為150～0 mm,處理能力≥500 t/(h·臺),分級粒度為 6 mm、20 mm,篩分效率≥85%。交叉篩屬于結構形式,非振動交錯篩片滾軸篩,篩面有效寬度為2.4 m,篩軸數量為34軸,篩軸布置形式為4段布置,一段10軸、二段8軸、三段10軸、四段6軸,篩縫寬度為一段6 mm、二段6 mm、三段20 mm、四段8 mm,篩面層數為1層,篩面角度為15°,每根篩軸獨立驅動,采用減速器變速連接,減速器采用垂直軸布置,電機位于減速機上方。

2)302弛張篩為秦皇島優格瑪工業技術有限公司生產的UDH3661雙層直線篩,處理能力≥750 t/(h·臺),入料粒度為150～13 mm,振幅為9～11 mm可調,轉速950 r/min,減振系統為鋼制螺旋彈簧,篩板有效篩面尺寸為3 600 mm×6 100 mm(雙層),篩板有2層,安裝傾角為0°,上層篩板采用沖孔不銹鋼25 mm篩縫篩板,下層采用4 mm、13 mm聚氨酯條縫篩板。

2.2.2篩分效率對比

交叉篩結構為非振動交錯篩片滾軸篩,適用于粉煤干法篩分,處理黏性較大的煤或濕煤時,不易堵塞、不黏結。弛張篩以其獨特的結構展現出極強的拋料、防黏附、防堵孔的能力,適用于細粒煤的篩分作業[4]。利用粒度特性曲線(圖2)計算篩分效率,經計算分析可知,A302交叉篩的篩分效率為78.2%;302弛張篩的篩分效率為74.7%[5]。對比可知,新選型使用的交叉篩篩分效率優于弛張篩篩分效率,且交叉篩規格尺寸較弛張篩小,適用于空間有限條件下的技術改造使用。原煤分級篩的篩分試驗效果見表1所示。

(a) A302交叉篩粒度特性曲線

(b) 302弛張篩粒度特性曲線

圖2 篩分粒度特性曲線
Fig.2 Screening particle size characteristic curves

表1 篩分設備工藝效果試驗對比Table 1 Test comparison of screening equipment process

注:w1為入料中小于篩孔的物料的質量分數,%;w2為篩下物中小于篩孔的物料的質量分數,%;w3為篩上物中小于篩孔的物料的質量分數,%.

2.3 主要洗選設備選型

現有大型設備共92臺(國產設備91臺,進口設備1臺),裝機容量4 448.8 kW。主要洗選設備為301原煤入場膠帶機,輸送能力為1 150 t/h;原煤分級設備2臺,選用1臺優格瑪弛張篩和1臺賽普瑞特交叉篩;塊煤選用彼得斯重介淺槽,處理能力為540 t/h;末煤選用克萊博斯重介旋流器,處理能力為450 t/h;粗煤泥選用海王螺旋分選機,處理能力為54 t/h;細煤泥選用3臺景津板框壓濾機，過濾面積為600 m2。主要設備選型見表2所示。

表2 主要設備選型表Table 2 Selection of major equipment

3 工藝優化后運行效果

生產系統進行工藝系統優化改造后,系統帶煤量由每小時568 t,提升至每小時1 050 t,年產量可達到600 萬t。依據篩分試驗報告,合理調整原煤分級篩孔徑布局,重點關注末煤含量及發熱量，以洗選塊精煤與最大化不入洗末煤配比發熱量達到商品煤要求為調整篩板布局的界限。若高于商品煤指標,即需放大原煤分級篩孔徑,反之需縮小原煤分級篩孔徑。結合原煤粒度組成,通過調整篩板布局使系統均衡平穩生產,避免出現單臺設備超負荷運行的情況[6]。

沉浮試驗一方面能夠對重介質洗選過程進行指導與評定,合理設置洗選密度,分析理論產率與實際產率的比值,最大程度地保證洗選質量與產率[7];另一方面依據各粒級煤炭實際分選情況,合理調整末煤分級下限,在保證煤質發熱量的前提下,盡量減少煤泥的產生。根據產率最大原則設定相應的洗選密度及末煤不入洗占比,獲得最佳的經濟效益[8]。

了解原煤煤質特性、分析原煤可選性、進行精煤產率預測、確定分選參數在選煤廠生產技術管理工作中是非常重要的。在此，采用數質量平衡法測算洗選煤炭質量,制定相應的洗選方案[9]。利用修正后的原煤粒度組成曲線、可選性曲線及格氏法選煤產品產率計算表制作產品質量平衡表。理論推導洗選煤炭質量時,按照煤質要求選定相應的洗選密度,按照磁窯溝洗煤廠洗選工藝布局,洗大塊煤(100～13 mm粒級)時選淺槽入洗,大塊煤產率及灰分可從篩分試驗中查出,洗精煤及矸石的產率和灰分可按照格氏法選煤產品產率計算表得出。由此可得出洗混煤(13～2 mm粒級)的精煤及矸石的產率和灰分;洗粗煤泥(2～0.35 mm粒級)的精煤及矸石的產率和灰分。根據產品質量平衡表對各粒級的精煤及矸石的產率和灰分進行加權平均計算,質量控制通過密度、末煤入洗量進行靈活調節,最終得出符合要求的洗選商品煤質量[10]。磁窯溝洗煤廠產品質量平衡表見表3所示。

表3 磁窯溝洗煤廠產品質量平衡表Table 3 Product balance sheet in Ciyaogou Coal Preparation Plant

4 結論

磁窯溝洗煤廠工藝系統優化改造后,產能進一步釋放,日入洗原煤需由原先的0.9萬t增加至2.0萬t,生產系統帶煤量由原來的每小時568 t,提升至每小時1 050 t,年入洗原煤達到600萬t,滿足礦井生產的要求。在煤質分析基礎上,按照高產高效的原則全面進行優化改造。技術改造充分考慮各種工藝設備和工藝環節的要求,以達到生產系統中各環節的相互配套和協調,并實現全系統的高效生產。利用現有廠房布局進行升級改造,不增加新的基建成本；工藝改造中因處理能力不足,替換下來的設備就近處理并進行合理再利用,降低了改造成本,達到了優化提升洗選工藝的目的。