李曉靜

（淮北礦業(yè)（集團(tuán)） 有限責(zé)任公司，安徽 淮北 235000）

1 概 況

渦北選煤廠作為渦北煤礦配套建設(shè)的動(dòng)力煤選煤廠，設(shè)計(jì)入洗能力為120 萬(wàn)t/a。原洗選工藝流程為選前不脫泥無(wú)壓三產(chǎn)品重介旋流器+跳汰+煤泥重介旋流器+煤泥浮選+尾煤壓濾回收的聯(lián)合工藝流程。

入洗原煤經(jīng)過(guò)準(zhǔn)備篩分破碎后輸送至主洗車(chē)間，在進(jìn)入無(wú)壓三產(chǎn)品重介旋流器分選出精煤、中煤和矸石。精煤通過(guò)弧形篩進(jìn)行脫介,篩上物在由精煤脫介篩二次脫介，二段篩下物采用磁選機(jī)進(jìn)行回收,磁選尾礦流入濃縮旋流器，精礦則流到合介桶，通過(guò)小直徑重介旋流器調(diào)節(jié)懸浮液的密度。中煤、矸石則通過(guò)弧形篩進(jìn)行脫介，而篩下介質(zhì)再由磁選機(jī)回收，磁選精礦分別流入介質(zhì)桶和小直徑重介旋流器。重介質(zhì)的消耗是采用重介質(zhì)選煤的重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一。

2 重介系統(tǒng)介耗消耗分析

改造前渦北選煤廠的重介介耗在2.5 kg/t 干煤泥的平均水平，遠(yuǎn)高于行業(yè)的平均標(biāo)準(zhǔn)，其原因如下。

（1） 原有工藝為不脫泥重介分選工藝，依據(jù)渦北選煤廠實(shí)際煤質(zhì)資料分析，原煤中小于3 mm粒度級(jí)占原煤量的20%左右，導(dǎo)致重介分選系統(tǒng)循環(huán)介質(zhì)煤泥含量大，磁選機(jī)磁輥帶泥多，系統(tǒng)介質(zhì)耗損大，產(chǎn)品帶介高，噸原煤介耗高，提高了重介生產(chǎn)成本。因原煤易泥化，存在細(xì)泥污染精煤，加大了煤泥水處理環(huán)節(jié)的處理難度。

（2） 原有重介分選系統(tǒng)懸浮液密度控制可實(shí)現(xiàn)補(bǔ)水閥開(kāi)度自動(dòng)控制，重介分流控制采用集控手動(dòng)模式，即重介分流閥開(kāi)度控制方式為人工手動(dòng)設(shè)定，操作員通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察來(lái)更改分流閥開(kāi)度，存在操作斷續(xù)現(xiàn)象，且渦北選煤廠分流懸浮液采用通過(guò)自流直接進(jìn)入磁選機(jī)完成磁鐵粉回收和脫泥作業(yè)。這種工藝設(shè)計(jì)再加上分流人工斷續(xù)控制，導(dǎo)致磁選機(jī)入料波動(dòng)較大，介質(zhì)消耗不穩(wěn)定且偏大?，F(xiàn)場(chǎng)操作經(jīng)驗(yàn)是通過(guò)較大的分流閥開(kāi)度維持正常生產(chǎn)。然而這種操作過(guò)程存在一個(gè)水平衡和介質(zhì)平衡均為過(guò)平衡的現(xiàn)象，即如果分流閥開(kāi)度較大，導(dǎo)致合介桶密度過(guò)高，此時(shí)只能通過(guò)增加補(bǔ)水閥開(kāi)度來(lái)保證懸浮液密度，無(wú)形中增加了系統(tǒng)的流量，降低磁選機(jī)的回收率，重介消耗增加。盡管該操作模式也建立了水平衡和介質(zhì)平衡，但這種平衡稱為水平衡和介質(zhì)平衡的過(guò)平衡現(xiàn)象。增加了無(wú)效的介質(zhì)消耗和水耗，很顯然現(xiàn)有密控系統(tǒng)存在較大的局限性，需要采用全新的控制方法和技術(shù)加以解決。

（3） 弧形篩脫介效果差，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)精煤弧形篩更換的頻繁，弧形篩脫介效果保持不在90%以上。

針對(duì)上述問(wèn)題，渦北選煤廠對(duì)重介分選系統(tǒng)、設(shè)備及工藝流程的改造勢(shì)在必行。通過(guò)合理的重介分選工藝設(shè)計(jì)（如淘汰跳汰工藝，實(shí)現(xiàn)原煤全重介入選），增設(shè)粗煤泥分選系統(tǒng)代替原粗煤泥回收系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)重介分選密度控制中補(bǔ)水和分流自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)重介懸浮液密度設(shè)定值在線調(diào)整，弧形篩上掛防護(hù)鏈等一系列關(guān)鍵技術(shù)，以解決渦北選煤廠目前面臨的困境，進(jìn)而提高選煤分選效率和經(jīng)濟(jì)效益，降低重介的介耗。

3 改造原理及改造過(guò)程

3.1 重介主要生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行改造

渦北選煤廠原煤不脫泥入洗，50 ～0.5 mm 物料由跳汰和無(wú)壓三產(chǎn)品重介洗選，-0.5 mm 物料由浮選系統(tǒng)洗選，然而原煤中小于3 mm 粒度級(jí)占28%左右，造成系統(tǒng)煤泥含量高導(dǎo)致重選過(guò)程效率降低，介質(zhì)消耗大，同時(shí)給浮選和煤泥水處理過(guò)程帶來(lái)了巨大的壓力。

選前脫泥可為后續(xù)的主選環(huán)節(jié)提供穩(wěn)定入料，降低煤泥干擾重介分選質(zhì)量；同時(shí)，增加重介旋流器的入料粒度范圍，提高分選效果和精煤產(chǎn)率。此外，原煤經(jīng)脫泥后，與介質(zhì)充分混合，有助于后期煤泥水處理。

粗煤泥分選工藝與設(shè)備，實(shí)現(xiàn)1.0 ～0.25 mm高效分選。對(duì)于粗煤泥分選方面，針對(duì)入洗原煤中末煤含量較高的問(wèn)題。渦北選煤廠采用CSS 粗煤泥分選機(jī)對(duì)原分選系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，有效提升分選效率和質(zhì)量，降低介質(zhì)消耗；同時(shí)，也提升后續(xù)浮選作業(yè)效率。

煤泥分選回收設(shè)備采用1 臺(tái)直徑3 m 的CSS 粗煤泥分選機(jī)，其干煤泥處理量為60 t/h。主要分選1 ～0.25 mm 煤泥，入料濃度一般為400 g/L。CSS粗煤泥分選機(jī)的入料為原煤經(jīng)脫泥篩后脫除的0 ～1 mm 煤泥，經(jīng)濃縮旋流器濃縮分級(jí)后0.25 ～1 mm進(jìn)入CSS 進(jìn)行分選。CSS 分選產(chǎn)生的精礦經(jīng)濃縮旋流器和振動(dòng)弧形篩脫水脫泥后，進(jìn)入精煤泥離心機(jī)，進(jìn)一步脫水成為精煤產(chǎn)品。CSS 分選產(chǎn)生的尾礦進(jìn)入高灰濃縮機(jī)進(jìn)行濃縮回收。

此次改造現(xiàn)有跳汰分選工藝，實(shí)現(xiàn)入洗原煤全重介洗選設(shè)計(jì)；增加選前脫泥環(huán)節(jié)，針對(duì)0.25～1 mm 粗煤泥，使用粗煤泥分選設(shè)備單獨(dú)分選，提高分選效率，降低介耗。進(jìn)行脫泥+無(wú)壓三產(chǎn)品重介旋流器+CSS 粗煤泥分選新型煉焦煤重介工藝設(shè)計(jì)。

渦北選煤廠改造后重介分選工藝如圖1 所示。

3.2 重介分選密度智能控制

采用選前脫泥工藝后，選前脫泥篩上原煤水分大幅上升甚至出現(xiàn)跑水現(xiàn)象，導(dǎo)致重介系統(tǒng)的水量增加，降低懸浮液密度?，F(xiàn)有密度控制系統(tǒng)通過(guò)控制補(bǔ)水閥開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)控制密度，嚴(yán)重偏離現(xiàn)場(chǎng)工況，必須實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分流才能滿足現(xiàn)場(chǎng)要求。

傳統(tǒng)重介懸浮液密度控制系統(tǒng)，采用人工分流，控制精度不穩(wěn)定，導(dǎo)致磁選機(jī)長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，能耗高、回收率低。

重介懸浮液密度自動(dòng)控制系統(tǒng)是以PID 控制器為核心的自控系統(tǒng)，是一個(gè)集輸入（密度值、磁性物含量給定、桶位和自動(dòng)補(bǔ)水閥開(kāi)度給定） 和輸出（自動(dòng)補(bǔ)水閥和自動(dòng)分流閥） 的系統(tǒng)。

針對(duì)密度、煤泥含量、桶位、補(bǔ)水閥開(kāi)度等變量間的耦合關(guān)系，確立了補(bǔ)水采用PID，分流控制由于各影響因素與分流閥開(kāi)度之間難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，是一個(gè)非線性、強(qiáng)耦合的系統(tǒng)，本研究采用最小二乘支持向量機(jī)（LS-SVM） 進(jìn)行模型建立。實(shí)現(xiàn)重介懸浮液密度的自動(dòng)控制，在實(shí)現(xiàn)密度自動(dòng)控制基礎(chǔ)上，利用智能控制方法實(shí)現(xiàn)在煤質(zhì)發(fā)生變化和波動(dòng)時(shí)，自動(dòng)優(yōu)化懸浮液密度設(shè)定值（圖2）。

圖1 渦北選煤廠改造后重介分選工藝Fig.1 Heavy medium separation technology after modification of Wobei Coal

圖2 重介懸浮液混合密度智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意Fig.2 Intelligent control system structure of mixing density of heavy medium suspension

3.3 提高弧形篩脫介效果

精煤弧形篩更換的頻繁，弧形篩脫介效果保持不在90%以上。在弧形篩篩面上加掛廢舊的刮板鏈條后,間斷布置，既保證物料的脫介效果，還提高篩面耐磨性和使用壽命。

4 改造前后的運(yùn)行狀況比較

（1） 采用預(yù)先脫泥工藝，可降低磁選機(jī)的入料濃度，提升回收效率，介耗降低主要是因?yàn)榇置耗喾诌x環(huán)節(jié)分擔(dān)了1 ～0.25 mm 原煤的分選任務(wù)所致，粗煤泥分選環(huán)節(jié)作出了重要貢獻(xiàn)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，不脫泥無(wú)壓重介系統(tǒng)，產(chǎn)品帶介一般在2.5 kg/t 左右，脫泥無(wú)壓系統(tǒng)產(chǎn)品帶介一般為1.5 kg/t，降低了介耗。改造前后介質(zhì)消耗分析見(jiàn)表1。

表1 改造前后介質(zhì)消耗分析Table 1 Analysis of medium consumption before and after modification

（2） 對(duì)新型重介懸浮液密度智能控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件選型和軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)分流和自動(dòng)補(bǔ)水的無(wú)擾切換。該控制系統(tǒng)密度控制精度為±0.005 g/cm3，磁選機(jī)單機(jī)檢查表明，將磁選機(jī)的回收率提高到99.92%，回收效率良好，控制系統(tǒng)滿足了渦北選煤廠煤質(zhì)多變的實(shí)際情況，適應(yīng)了新型煉焦煤重介分選工藝，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了介質(zhì)消耗，取得良好的應(yīng)用效果。系統(tǒng)運(yùn)行檢查見(jiàn)表2。

表2 磁選系統(tǒng)運(yùn)行檢查T(mén)able 2 Operation of magnetic separation system

（3） 在弧形篩篩面上加掛廢舊的刮板鏈條后節(jié)約了介質(zhì)0.1 kg/t，降低了洗煤成本。

5 綜合效益分析

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

改造前介耗平均為2.5 kg/t 原煤，改造后1.2 kg/t，降低了1.3 kg/t 原煤，按每月重介入洗原煤15 萬(wàn)t 計(jì)算，節(jié)約費(fèi)用約195 000 元，每年創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益約234 萬(wàn)元。

5.2 社會(huì)效益

渦北選煤廠采用CSS 粗煤泥分選機(jī)替換原有的跳汰分選系統(tǒng)，降低分選系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷，提高精煤產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)，經(jīng)自動(dòng)化改造后，重介懸浮液密度控制系統(tǒng)操作便捷，減少人工成本，體現(xiàn)出顯著的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié) 語(yǔ)

渦北選煤廠針對(duì)介質(zhì)消耗高問(wèn)題，通過(guò)采用CSS 粗煤泥分選機(jī)和引進(jìn)新型脫泥篩、旋流器對(duì)原有的重介洗選系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，有效降低重介質(zhì)消耗，實(shí)現(xiàn)了選煤廠節(jié)能降耗的目標(biāo)；同時(shí)，經(jīng)改造后提高重介懸浮密度控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，使產(chǎn)量和效率得到有效提升。