基于智能干选和脱粉工艺的选煤厂扩能改造设计.pdf

基于智能干选和脱粉工艺的选煤厂扩能改造设计韩 龙,杨刚军(煤炭工业太原设计研究院集团有限公司,山西 太原 030001)摘 要:为了满足矿井生产需求,根据原煤的性质,通过设备、工艺、投资等多方面比选,制定了基于智能干选和脱粉工艺的选煤厂扩能改造设计方案,通过工艺改造设计,选煤厂入洗能力由 3.0 Mt/a 提升至 5.0 Mt/a,达到了设计改造的预期目标。关键词:选煤厂;扩能改造;智能干选;脱粉中图分类号:TD94 文献标识码:A 文章编号:1005-8397(2023)08-0059-04Design of capacity expansion and transformation of coal preparation plant based on intelligent dry separation and coal powder elimination processHAN Long,YANG Gang-Jun(Coal Industry Taiyuan Design and Research Institute Group Co.,Ltd.,Taiyuan 030001,China)Abstract:In order to meet the production needs of the mine,based on the properties of raw coal,a design plan for the expansion and transformation of the coal preparation plant based on intelligent dry separation and powder removal processes has been developed through equipment,process,and investment comparison.Through the process transformation design,the washing capacity of the coal preparation plant has been increased from 3.0 Mt/a to 5.0 Mt/a,achieving the expected goal of the design transformation.Keywords:coal preparation plant;capacity expansion and transformation;intelligent dry separation;coal powder elimination收稿日期:2023-05-23 DOI:10.16200/ki.11-2627/td.2023.08.013作者简介:韩 龙(1986),男,山西介休人,2011 年毕业于中国矿业大学(北京)矿物加工工程专业,工学硕士,煤炭工业太原设计研究院集团有限公司矿山设计研究三院副院长,高级工程师。引用格式:韩 龙,杨刚军.基于智能干选和脱粉工艺的选煤厂扩能改造设计 J.煤炭加工与综合利用,2023(8):59-61,65.隆安煤业选煤厂位于山西省忻州市,属矿井型选煤厂。选煤厂目前采用 15013 mm 粒级块原煤重介浅槽分选,13 1 mm 粒级末原煤有压两产品重介旋流器分选,粗煤泥弧形筛+离心机回收、细煤泥快开压滤机回收的处理工艺,处理能 力 3.0 Mt/a,生 产 发 热 量 Qnet,ar不 小 于20.93 MJ/kg 的动力精煤。1 存在问题分析1.1 入洗能力无法满足矿井生产需要隆安煤业选煤厂主要入洗隆安矿井生产的原煤,矿井现有生产能力为 3.0 Mt/a。根据产能释放计划,2 年内矿井产量可提升至 5.0 Mt/a,选煤厂生产能力无法满足矿井原煤全部入洗的要求。1.2 筛分车间处理能力不足选煤厂筛分系统设备布置较为紧凑,无改造空间。同时,该筛分系统采用人工拣矸,工艺较为落后,矿井目前开采下组薄煤层,矸石量大幅增加,人工拣矸劳动强度大,工作效率低,已无法满足选煤厂预排矸的能力需要1。1.3 煤泥产率高矿井采掘工作面顶底板为泥岩,进入洗选系统后产生泥化现象,增高了细煤泥产率和灰分,即使通过分选设备深度分选也无法满足最终产品的发热量要求,根据生产实际,煤泥产率高达10%,但发热量仅为 12.55 MJ/kg 左右,掺入最终精煤产品容易导致其灰分波动较大,产品质量不稳定,单独落地销售,经济效益较差。2 原煤煤质分析隆安矿井目前开采 11 号原煤,生产煤样筛分数据见表 1。95煤炭加工与综合利用No.8,2023 COAL PROCESSING&COMPREHENSIVE UTILIZATION 表 1 500.5 mm 粒级原煤筛分结果粒级/mm产物产率/%灰分/%+100煤4.8312.46夹矸煤1.6716.48矸石1.2673.15小计7.7623.2010050煤5.2117.46夹矸煤1.4140.22矸石5.2582.94小计11.8749.115025煤14.6451.682513煤10.3143.67136煤14.8643.2963煤12.3038.5730.5煤20.5831.31-0.5煤7.6837.22总计100.0040.18从筛分资料可以看出,入洗原煤有以下特点:(1)原煤总灰分为40.18%,灰分较高,必须分选。(2)原煤各粒级分布较均匀,灰分随着粒级减小而降低。(3)原煤中大于 50 mm 粒级产率为 19.63%,灰分为 38.86%。其中矸石产率为 6.51%,灰分81.05%;煤与夹矸煤产率 13.12%,灰分 17.94%。大于 50 mm 粒级灰分主要集中在矸石,通过排矸后灰分明显降低。(4)506 mm 粒级产率39.81%,灰分46.47%,灰分较高。(5)小于 6 mm 粒级产率为 40.56%,含量较高,灰分 34.63%,相对较低。(6)原 生 煤 泥 含 量 为 7.68%,灰 分 为37.22%,含量较低,灰分略低于原煤总灰分。3 扩能方案设计根据煤质资料分析,制定了大于 50 mm 块煤排矸分选、50 6 mm 原煤重介分选,脱粉后小于 6 mm 不分选的扩能改造方案,原则工艺流程见图 1。3.1 块煤排矸工艺选择目前主流的块煤排矸工艺有:动筛跳汰机排矸、浅槽重介分选机排矸、智能干选机排矸。三者优缺点对比如下:(1)动筛跳汰机排矸。动筛分选粒度上限高,可达 300 mm,系统简单,单机自动化程度高,图 1 原则工艺流程动力消耗少,生产成本低。但动筛跳汰使用水介质分选,增加了后续煤泥水系统负担。且其机械结构较复杂,故障率高,维修量大,已逐渐被其他排矸方式所取代2-3。(2)浅槽重介分选机排矸。浅槽重介分选机结构简单,处理能力大,分选精度高,操作简单,具有较强的煤质适应性4,目前应用较为广泛。但浅槽重介分选需要 1 套单独的重介回收系统,设备台数多,系统复杂,增大了厂房体积,投资较高,运行成本高于其他排矸方法。由于本项目属于改扩建工程,现有工业场地空间有限,浅槽排矸布置难度大、改造成本增高。(3)智能干选排矸。智能干选是近几年推出的块煤分选新技术,它采用干法分选块原煤,自动化程度高,不增加物料水分,且不需要后续的煤泥水处理系统,已实现平均矸石带煤率 1%3%、平均矸石排出率不小于 90%的工艺指标,可以满足大多数块原煤的预排矸需求,系统简单,投资较低,是目前较为理想的块煤分选解决方案5-6。对常见的排矸方案建设做了技术经济对比,对比结果见表 2。结合煤质资料,块原煤含矸量适中,矸石灰分和纯度均较高,采用智能干选分选方式通过“打矸”实现煤矸分离,投资低于其余 2 种排矸工艺,同时场地布置要求低,无煤泥水处理系统,与原有筛分系统可配合使用,也可互为备用。3.2 选前脱粉与不脱粉工艺比较选前脱粉工艺是原煤在进入分选设备前脱除原煤中粒度较细的物料,其目的是减少细煤泥对煤泥水系统的影响。选前不脱粉就是原煤全部进入分选设备。06 煤炭加工与综合利用2023 年第 8 期表 2 排矸工艺对比项目智能干选重介浅槽动筛跳汰分选粒度范围/mm300252001340050分选精度(矸石带煤)/%13159次生煤泥产率/%不产生1.51 系统主要设备配置破碎机、分级筛、智能干选机、供风系统、除尘系统分级筛、重介浅槽、脱介筛、离心机、介质回收系统、煤泥水处理系统等分级筛、动筛跳汰机、脱水筛、煤泥水处理系统等主要工作介质空气磁铁矿粉水、空气装机功率/kW500 900 600 厂房占地面积/m2200500 350 厂房体积/m34 500 12 000 8 000 总投资/万元2 0003 500 2 600 动力煤以发热量为主要计价依据,其中灰分、水分是最显著的 2 个影响因素。细粒级原煤通过洗选降灰,随之增加的是产品水分和排矸量(尾矿),由于煤泥水分高、发热量低,掺入商品煤后使其发热量大幅下降。且大量末煤的洗选,容易导致煤泥水处理系统庞大,生产管理难度增大,运行成本变高,因此,产品灰分的降低不代表选煤厂经济效益的增长7-9。隆安矿原煤中 60 mm 粉煤灰分低于原煤总灰分,发热量在 19.25 MJ/kg 左右,略低于产品发热量要求,但通过与其它粒级精煤产品的掺配,最终综合精煤可以满足发热量要求。因此,采用选前 6 mm 脱粉工艺,可降低洗选成本和煤泥水系统压力,提高主分选设备效率,根据煤质情况,满足不同用户对产品发热量的需求,因此设计采用选前 6 mm 脱粉不入洗工艺,但为了防止煤质波动,保留粉煤进入主厂房洗选的通道。3.3 最终产品质量各粒级原煤经过分选,通过均质混合后,产品指标符合质量要求,最终产品质量见表 3。表 3 最终产品质量产品产率/%灰分/%水分/%Qnet.ar/(MJkg-1)重介精煤31.5623.398.022.79-6 mm 筛粉煤20.2834.647.019.25智能排矸精煤13.7224.977.022.26压滤煤泥6.0132.3623.016.80产品71.5727.638.521.124 改造效果(1)选煤厂入洗能力可提升至 5.0 Mt/a 以上,能够满足矿井提能后原煤全部入洗的需求。根据计算,大于 50 mm 块原煤通过智能干选系统分选,处理量为 1.0 Mt/a,小于 6 mm 不入洗的粉煤 量 约 1.5 Mt/a,现 重 介 系 统 处 理 量 为3.0 Mt/a,改造后选煤厂实际处理能力在 5.0 5.5 Mt/a,满足矿井生产要求。(2)通过增加脱粉工艺,选煤厂煤泥量降低,由原来的 10%可降至 6%,减少约三分之一,煤泥量的减少能够提高重介分选精度,减轻煤泥水系统的负荷,减少介质和药剂消耗,从而降低了洗选加工成本。(3)产品指标稳定,改造后洗选系统能够适应较大范围的煤质波动。其中脱粉系统也可根据小于 6 mm 粒级灰分变化情况全部或者部分进入重介分选系统分选,从而保证产品质量的稳定,并且由于煤泥量减少,降低了低发热量煤泥对配煤的影响,从而保证了产品质量的合格稳定。(4)项目投资成本低,总投资预计 5 900 万元,且后期运行和维护成本低,改造期间对现有系统影响时间短,能够保证矿井在改造期间不停产。(5)改造后系统可靠性增强,原筛分系为整个生产系统薄弱环节,改造后,保留原有的筛分系统,与新增的智能干选系统互为备用,增强了整个生产系统的可靠性,保证了生产的连续性。(6)通过改造,替代了人工捡矸环节,改善了筛分车间工作环境,减轻了工人劳动强度,降低了人工捡矸存在的安全风险。5 结 语通过对隆安煤业煤质特性分析,经过多种设(下转第 65 页)162023 年第 8 期韩 龙,等:基于智能干选和脱粉工艺的选煤厂扩能改造设计级,通过补水保障桶的液位,选择小直径水力分级旋流器组成的旋流器组,通常情况下分级粒度均较细,很难达到工艺要求。4 结 语以官地选煤厂的调整经验来分析,针对小直径分级旋流器组通过采用大号底流口和降低入料压力来提高分离粒度,但调整范围有限,只能小范围改善浮选入料粒度组成,离工艺要求的粒度值还有较大距离。选煤厂采用水力分级旋流器对煤泥进行分级,多数厂都存在水力分级旋流器分级粒度过细引起浮选和浮精环节低效运行的现象,给工艺的整体运转带来一定的困难13-15。正常情况下,该工艺要求的分离粒度为 0.25 mm 左右,理论计算所需选择的水力分级旋流器直径较大,而大直径很难适应煤泥水处理量的变化,被迫选择小直径水力分级旋流器组成的旋流器组,这是分级粒度过细的源头,所以针对工艺要求,粒度较粗的选煤厂尽量选用直径较大的水力分级旋流器或单台直径略小的水力分级旋流器组。参考文献1 吴大为,等.浮游选煤技术 M.徐州:中国矿业大学出版社,2014.2 吴 超.兴隆庄选煤厂煤泥分选工艺改造与优化设计研究 D.淮南:安徽理工大学,2015.3 李现龙.基于粒度效应的浮选动力学在浮选工艺改造中的应用研究 D.包头:内蒙古科技大学,2015.4 史长亮,王 凡,马 娇,等.不同粒级煤泥在 TBS 分选过程中运动特性分析 J.煤炭学报,2020,45(S1):458-462.5 谢彦君,李延锋,徐世辉,等.粗煤泥 TBS 分选高灰细泥去向及脱泥研究 J.煤炭工程,2012,44(5):101-104.6 王建斌.粗煤泥分选机 TBS 在官地矿选煤厂的应用J.水力采煤与管道运输,2018(3):102-103,106.7 颜冬青,王 枭,王 进,等.煤用水力旋流器发展现状研究 J.选煤技术,2020(2):26-29.8 张军.基于水力旋流器的煤泥超细分级机理研究D.徐州:中国矿业大学,2019.9 赵良兴.选煤厂水力旋流器选型及应用探讨 J.选煤技术,2011(2):47-50.10 张 磊,师亚文,康学刚.选煤厂水力分级旋流器运行效果 J.洁净煤技术,2021,27(S2):110-113.11 MT/T7381997.选煤厂水力分级设备工艺效果评定方法 S.12 庞学诗.水力旋流器的选型与计算 C/中国矿业科技大会论文集.北京:中国冶金矿山企业协会,2010:564-568.13 朱云峰.赵楼选煤厂煤泥分选工艺优化研究 D.徐州:中国矿业大学,2020.14 王 伟.动力煤选煤工艺流程适应性思考 J.选煤技术,2019(6):91-93.15 史英祥.煤泥浮选工艺流程的探讨 J.选煤技术,2012(5):76-78,81.(上接第 61 页)备和工艺比选,最终确定了基于智能干选和脱粉工艺的选煤厂扩能改造设计方案。通过改造,选煤厂能够增能 2.0 Mt/a 以上,项目投资低,工艺灵活、可靠,能够适应煤质变化,在保证产品质量的同时能够降低洗选加工成本,实现选煤厂经济效益的最大化。参考文献1 韩 龙.官地选煤厂排矸车间升级改造研究 J.煤炭加工与综合利用,2016(7):30-32.2 齐正义,郭金星,连 涛.QG 浅槽重介质分选机在块煤排矸中的应用研究 J.煤炭工程,2018,50(11):71-73.3 齐正义,贾存瑞,代现法.块煤分选工艺的优化研究J.煤炭加工与综合利用,2021(1):16-19.4 曹 宇,曹令.重介浅槽分选机在斜沟煤矿选煤厂的应用改造 J.山西焦煤科技,2022(1):50-51.5 段福山,孙友彬.TDS 智能干选机在干河煤矿的应用J.选煤技术,2018(2):68-72.6 侯鹏辉.块煤 TDS 智能干选机在曙光煤矿选煤厂的应用J.煤炭加工与综合利用,2019(1):39-41.7 郭永峰,史灵杰,贾惠婷.选煤厂脱粉改造优化设计J.露天采矿技术,2017(4):33-35,38.8 蔡 斌,王博,罗彩勇,等.动力煤全粒级洗选煤泥减量化生产技术的开发与应用 J.选煤技术,2015(5):36-39,42.9 常发军.煤泥减量化设计在宁东选煤厂的改造实践 J.煤炭加工与综合利用,2019(8):31-33.562023 年第 8 期郭 伟:水力分级旋流器分离粒度的选择与控制