夏云凱，王新華，李 濤

(1.唐山神州機(jī)械集團(tuán)有限公司，河北 唐山 063001； 2.河北省煤炭干法加工裝備工程技術(shù)研究中心，河北 唐山 063001)

1 選煤廠概況

山東能源內(nèi)蒙古鄂爾多斯新上海一號礦井為新建礦井，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力6.0 Mt/a。煤礦原建有全粒級重介選煤廠，由于褐煤原煤泥化嚴(yán)重，末精煤水分大，煤泥量大，水洗沒有經(jīng)濟(jì)效益。2020年經(jīng)過技術(shù)改造建設(shè)了干法選煤廠，原煤全部破碎整理到小于80 mm進(jìn)入干選系統(tǒng)。經(jīng)過一年多的生產(chǎn)實(shí)踐，雖然一號井的褐煤分選滿足了礦方生產(chǎn)要求，但隨著近期原煤煤質(zhì)變差，干選生產(chǎn)系統(tǒng)也暴露出一些問題和不足。

(1)各粒級分選效果差異。2020年6月3—15日進(jìn)行了一系列干選試驗(yàn)，在不同工況下進(jìn)行了干選系統(tǒng)煤樣采集和分析(表1)。對干選機(jī)分選效果檢測數(shù)據(jù)表明，同期原煤變差，熱值下降為14.23 MJ/kg左右，水分大、粒度細(xì)。對比原煤和精煤中各粒度煤質(zhì)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，粒度越細(xì)，原煤熱值提質(zhì)的幅度越小。小于6 mm分選效果相對較差，熱值只提高了0.6 MJ/kg，總精煤熱值難以穩(wěn)定在15.90 MJ/kg以上，影響了產(chǎn)品銷售。

表1 一號井選煤廠干選原煤和精煤粒度分布變化 (2020年6月4—14日)

(2)除塵系統(tǒng)負(fù)荷大。原煤粒度細(xì)，小于6 mm粉煤平均含量達(dá)到48.86%。風(fēng)選過程起塵量大，除塵系統(tǒng)負(fù)荷高，高水分粉塵在冬季易掛壁，設(shè)備維修量大。

(3)主機(jī)單位面積處理能力下降。干選機(jī)處理能力與原煤粒度和水分密切相關(guān)。原煤中小于6 mm煤粉含量大，為保證分選效果，被迫降低了主機(jī)處理能力，單床面處理能力下降20%，每臺24 m2分選床面處理能力只有200 t/h左右，系統(tǒng)處理能力為1 000 t/h。礦井提升能力最大達(dá)到1 200 t/h，每日最多提升時(shí)間為22 h，目前實(shí)際生產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到7.0 Mt/a以上，現(xiàn)有干選系統(tǒng)處理能力急需提高。

(4)煤粉粘濕。冬季井下原煤溫度約20 ℃，地面溫度低于水蒸氣露點(diǎn)，水蒸氣冷凝后液態(tài)水遇見泥巖泥化造成煤粉粘結(jié)，堵塞床面布風(fēng)孔、風(fēng)道和布袋除塵器。

其于上述原因，研究采用脫粉工藝提高干選機(jī)入料原煤質(zhì)量，提高主機(jī)處理能力，并改善分選機(jī)分選效果，以達(dá)到提高末精煤熱值和節(jié)省生產(chǎn)成本的目的。

2 脫粉設(shè)備選型

從實(shí)用角度出發(fā)，可供選擇的深度脫粉設(shè)備為弛張篩和交叉篩。

2.1 弛張篩

弛張篩一般配備雙質(zhì)量振動(dòng)系統(tǒng)，由1組活動(dòng)橫梁及固定橫梁構(gòu)成。篩機(jī)在激振器作用下固定橫梁做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，利用雙重振動(dòng)原理，使活動(dòng)橫梁相對固定橫梁產(chǎn)生位移，從而造成安裝在活動(dòng)橫梁及固定橫梁之間的橡膠篩面產(chǎn)生周期性交替拉緊和松弛運(yùn)動(dòng)，便于提高篩分效果和清理篩孔堵塞物料。弛張篩主要特點(diǎn)是篩分效率高、單位面積處理量大、功耗少、噪聲低。在動(dòng)力煤選煤廠主要用于粘濕原煤深度脫粉，脫粉粒度可為3 mm、6 mm或13 mm，在煤泥減量化的實(shí)踐中發(fā)揮了重要作用。

2.2 交叉篩

交叉篩是滾軸篩的一種，其篩面由多組同向旋轉(zhuǎn)的篩軸組成，每根篩軸上安裝若干等距錳鋼耐磨篩片，相鄰篩軸上的篩片相互交叉排列，相鄰篩片通過方向相反的“手搓式”運(yùn)動(dòng)，具有自清理功能。該型篩適用于篩分潮濕、易堵、細(xì)粒物料，具有設(shè)備不易堵、篩分效率高、噪聲低的特點(diǎn)。

相同原煤給料能力時(shí)(500 t/h)，弛張篩和交叉篩技術(shù)參數(shù)對比見表2。一號井原煤小于6 mm煤粉含量和原煤質(zhì)量變化較大，煤質(zhì)較差時(shí)需要進(jìn)行3 mm脫粉，原煤質(zhì)量較好時(shí)可采用6 mm或13 mm脫粉，以減少原煤入選量，因此，原煤脫粉粒度需要經(jīng)常改變。同樣處理能力下，交叉篩單位面積處理能力幾乎是弛張篩的3倍，但機(jī)械結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，噸煤電耗高，篩孔不能變化，維修時(shí)間長。 弛張篩維修簡單，更換篩板時(shí)間短，能耗低，可以滿足生產(chǎn)需求。經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比，決定選用奧瑞弛張篩。

表2 奧瑞弛張篩和交叉篩技術(shù)參數(shù)比較 (給料量：500 t/h)

3 改造方案

3.1 工藝流程改進(jìn)

選煤廠工藝流程如圖1所示。小于80 mm原煤進(jìn)入ZM礦物高效分離機(jī)分選得到精煤、中煤、矸石三產(chǎn)品。中煤再選，再選精煤和粗選精煤混合進(jìn)入分級篩。精煤經(jīng)過25 mm分級，大于25 mm塊煤破碎后和小于25 mm末精煤混合，干選除塵系統(tǒng)收集的煤粉進(jìn)入精煤。原煤熱值為14.23 MJ/kg左右時(shí)，實(shí)際干選產(chǎn)品平衡表見表3。

表3 現(xiàn)分選工藝產(chǎn)品平衡

圖1 不脫粉一段干選(現(xiàn)分選工藝流程)

從表3看出，原煤灰分為29.5%，發(fā)熱量為14.24 MJ/kg，總精煤產(chǎn)率和灰分分別為85.85%和23.16%，和原煤相比，總精煤灰分降低了6.34個(gè)百分點(diǎn)，精煤熱值提高1.45 MJ/kg。硫分由原煤的1.66%降低到精煤的0.81%，脫硫率達(dá)到57.71%，干選脫硫效果良好。 雖然ZM干選大于25 mm塊精煤熱值達(dá)到17.64 MJ/kg，但由于小于3 mm煤粉熱值較低，且干選過程分選作用微弱，即使將大于25 mm塊精煤全部摻入電煤，熱值也只有15.69 MJ/kg。選煤廠在原煤精煤熱值14.24 MJ/kg左右時(shí)，原設(shè)計(jì)精煤熱值不低于14.64 MJ/kg，但目前新的市場要求精煤熱值不低于15.90 MJ/kg，因此在目前原煤質(zhì)量情況下，現(xiàn)分選工藝已經(jīng)不能滿足新的電煤市場要求。

3.2 技改措施

改造后工藝流程如圖2所示。小于80 mm原煤首先進(jìn)入弛張篩進(jìn)行3 mm脫粉，80～3 mm篩上物進(jìn)入ZM礦物高效分離機(jī)分選得到精煤、中煤、矸石。中煤再選，再選精煤和粗選精煤混合進(jìn)入分級篩。干選除塵系統(tǒng)煤粉和弛張篩篩下物直接混入精煤。

圖2 原煤脫粉后干選工藝流程

改造前一號井煤礦選煤廠設(shè)計(jì)處理能力6.0 Mt/a，依據(jù)《煤炭洗選工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，參照一號井煤礦現(xiàn)行生產(chǎn)工作制度，確定工作制度為年工作330 d，日均工作時(shí)間16 h，三班作業(yè)，二班生產(chǎn)，一班檢修，要求原煤處理能力為1 515 t/h。干選機(jī)直接分選80～0 mm混煤，小于6 mm煤粉含量達(dá)到50%，由于原煤粒度較細(xì)，為保證分選效果，每臺分選床面處理能力降為200 t/h。

改造后干選系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模為8.0 Mt/a，干選系統(tǒng)入料能力為1 515 t/h。在原有汽車裝車倉南側(cè)新建原煤篩分車間，進(jìn)行3 mm脫粉，脫粉后3～80 mm原煤數(shù)量為1 212 t/h。選用3臺40 m2雙層弛張篩，電機(jī)功率為75 kW，上層篩孔13 mm，下層篩孔4 mm。下層篩板為50%的 5 mm×24 mm條縫篩板，50%的 4mm×20mm篩板。實(shí)測 3 mm篩分效率85%，篩寬4.3 m弛張篩單臺額定處理能力達(dá)到500 t/h，可以滿足深度脫粉要求。小于3 mm煤粉經(jīng)膠帶機(jī)轉(zhuǎn)載后，直接進(jìn)入精煤膠帶機(jī)上倉。由于脫粉后干選機(jī)單臺處理能力提高，1臺24 m2分選床面處理能力提升為250～300 t/h。3 mm脫粉后，3～80 mm原煤數(shù)量為1 212 t/h，干選機(jī)(1號～5號分選床面)為主選，每臺入料量為242 t/h，現(xiàn)有分選床面完全可以滿足主選需求。

4 改造后的應(yīng)用效果

(1)提高設(shè)備處理能力，預(yù)先脫除小于3 mm粒級粉煤，在保持進(jìn)入干選機(jī)的入料量的同時(shí)提高了干選系統(tǒng)處理能力。原煤粒度較細(xì)，ZM干選機(jī)直接干選時(shí)，單臺分選床面處理能力提高20%，選煤廠全廠處理能力提高33%。

(2)脫粉后入料粒度范圍變窄，減少入料中過多煤粉對干選的干擾，改善了干選效果，效果對比如圖3所示。在同等原煤熱值下，相比不脫粉工藝，采用脫粉工藝后干選總精煤熱值提高0.42 MJ/kg。改造后精煤產(chǎn)率略低，但熱值高于15.90 MJ/kg，滿足了電廠熱值需求，

圖3 改造前后分選效果對比

(3)粉塵排放濃度下降。改造前粉塵排放濃度為39.1 mg/m3，改造后下降為16.2 mg/m3。

(4)流程靈活。依據(jù)原煤煤質(zhì)變化情況，可以通過更換不同篩孔篩板改變脫粉粒度。

(5)投資省。改造后噸煤投資降低0.91元。

(6)節(jié)能減排。改造后噸煤電耗下降0.26 kW·h，年節(jié)電208 萬kW·h，噸煤電耗下降7.3%。

(7)經(jīng)濟(jì)效益。在目前煤炭價(jià)格體系和選煤廠BOO運(yùn)營模式下，干選系統(tǒng)改造后，可銷售產(chǎn)品噸煤純收入增加值為3.38 元/t。按年加工原煤8.00 Mt計(jì)算，年純收入增加2 704萬元，投資回收期約9個(gè)月，脫粉改造經(jīng)濟(jì)效益顯著。

改造前后主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比見表4。

表4 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

5 結(jié) 語

一號井選煤廠脫粉工藝取得了良好效果。

(1)工藝流程更加靈活。弛張篩可依據(jù)原煤煤質(zhì)變化，更換不同開孔的篩網(wǎng)，改變篩分粒度，分級粒度最小可以達(dá)到3 mm，且弛張篩的篩分效率可以達(dá)到70%以上，能夠滿足生產(chǎn)要求。

(2)提高分選精度。預(yù)脫粉使得分選機(jī)入料粒度變窄，分選下限提高，減少了過量粉煤對干選過程的干擾，改善了干選效果。

(3)環(huán)保效果改善。通過弛張篩脫粉后進(jìn)入干選機(jī)的細(xì)粒級物料明顯減少，除塵系統(tǒng)負(fù)荷下降，粉塵排放濃度降低。

(4)節(jié)能。脫粉后大量小于3 mm煤粉提前排出，減少了干選入料量，降低了噸煤電耗，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。