双鹤选煤厂煤泥分选系统的优化改造实践.pdf

文章编号：1001-3571 (2024)01-0051-06双鹤选煤厂煤泥分选系统的优化改造实践王兴旺（冀中能源峰峰集团有限公司 邯郸市兴泰选煤技术有限公司，河北 邯郸 056000）摘要：为解决原粗煤泥回收用高频筛筛下“跑粗”，致使浮选入料粒度超限，以及浮选环节处理能力不足、分选效果差而限制系统整体入选能力等诸多煤泥分选系统问题，双鹤选煤厂基于生产问题的分析，采用增设粗煤泥分选环节和增设浮选机的方式进行了技改。技改结果表明：干扰床分选效果良好，数量效率达 98%，其溢流采用高频振动叠层细筛，脱泥脱水效果好，使粗精煤泥灰分较改造前降低了 0.23 个百分点，水分也有所下降；浮选入料中 0.25 mm 粒级物料大大减少，相应地浮选尾矿灰分升高至 67%左右，相较改造前提升约 27 个百分点，效果显著；同时，选煤厂综合精煤产率由 75.40%增加至 78.57%，原煤年处理量由 0.4 Mt 提升至 1.20 Mt，满负荷生产年精煤可增产 0.64 Mt 左右，经济效益显著。关键词：跳汰选煤；煤泥分选；筛下“跑粗”；粗煤泥分选；叠层细筛；浮选中图分类号：TD94文献标志码：BOptimization of Shuanghe Coal Preparation Plants coal slimeseparation system through technical transformationWANG Xingwang（Handan Xingtai Coal Preparation Technology Co.Ltd.,Jizhong Energy Fengfeng Group Co.Ltd.,Handan 056000,China）Abstract:Because of the failure of the high-frequency primary slime recovery screen to completely retain theoversize particles,the flotation system of the plant is caused to handle a feed with a size exceeding the top limit.The undercapacity and low efficiency of the flotation system restrict as a result the plants overall slime separa-tion capacity.Following an analysis of the problems involved,technical transformation work is made throughaddition of coarse slime separation process and flotation machines.As indicated by the results of the transforma-tion work,the teetered-bed separator can work remarkably well with an organic efficiency reaching 98%,and thefine slime in the overflow of the separator can be efficiently removed using the stacked-up high-frequency vi-brating fine screen,enabling the cleaned coarse slime to see a reduction both in ash(0.23 percentage point lowerthan the previous figure)and moisture;The proportion of the 0.25 mm size in the flotation feed is greatly re-duced with the ash of flotation tailing rising to around 67%,up 27 percentage points on the previous figure;theyield of combined clean coal product has seen a surge from 75.40%to 78.57%;and the raw coal treatment capa-city has risen from 0.4 Mt/a to 1.2 Mt/a,allowing the plant to produce an additional clean coal product of ap-proximately 0.64 Mt a year when the plant works with a full capacity,bringing forth a favorable economic res-ult for the plant.Keywords:coal jigging；slime separation；presence of screen oversize in undersize；coarse slime separation；stacked-up fine screen；flotation跳汰选煤对于易选煤具有良好的分选效果1，应用广泛。传统跳汰选煤厂多采用跳汰+浮选的选煤工艺，过程中产生的粗煤泥不经分选、直接脱水后掺入精煤产品，但往往因跳汰环节对细粒的 收稿日期：2023-10-26责任编辑：邓明瑞DOI：10.16447/ki.cpt.2024.01.009作者简介：王兴旺（1989），男，河南驻马店人，工程师，从事选煤厂技术管理工作。E-mail：，Tel：[phone]。引用格式：王兴旺.双鹤选煤厂煤泥分选系统的优化改造实践J.选煤技术，2024，52（1）：5156.WANG Xingwang.Optimization of Shuanghe Coal Preparation Plants coal slimeseparation system through technical transformationJ.Coal Prepara-tion Technology，2024，52（1）：5156.第 52 卷 第 1 期选煤技术 Vol.52No.12024 年 2 月COALPREPARATIONTECHNOLOGY Feb.202451分选精度不高，而使粗煤泥的灰分偏高（一般比跳汰精煤灰分高 24 个百分点）。近年来，随着我国采煤机械化程度的不断提高，原煤煤质逐渐变差，细粒煤泥和超细粒煤泥在原煤中所占比例逐年增加，而用户对精煤产品的质量要求却不断提高。因此，从脱硫降灰、提高全粒级分选精度和提高综合精煤产率等角度考虑，在两段式选煤工艺的基础上增加粗煤泥分选环节，实现三段式选煤更加合理2。当前国内常用的粗煤泥分选设备包括螺旋分选机、煤泥重介质旋流器、水介质旋流器、干扰床分选机和逆流分选机等，各自的分选原理、适应的煤质以及分选精度也各不相同3，因此进行合理工艺配置，以及选择适宜的煤泥分选设备，是优化三段式选煤的分选效果、提高综合精煤产率、增加选煤厂经济效益的关键4。双鹤选煤厂位于山西省乡宁县，原采用跳汰主选+煤泥直接浮选的联合分选工艺：原煤经筛分、破碎后直接进入跳汰机分选，得到精煤、中煤和矸石；跳汰环节产生的煤泥水经高频筛脱水后，筛下物全部进入浮选机分选，高频筛筛上物和浮选精煤压滤脱水产品与跳汰精煤掺混作为最终精煤；浮选精煤压滤滤液和浮选尾矿合并经浓缩机浓缩、压滤机压滤后作煤泥产品单独销售。该厂于 2003 年投产，原设计处理能力为 0.40 Mt/a，跳汰主选环节几经改造现年处理能力可达 1.20 Mt。目前，双鹤选煤厂入选原煤均外购自乡宁县，但由于外购原煤易泥化，导致该选煤厂生产系统内煤泥量大、浮选环节压力大，制约生产5；加之生产管理不到位，更加恶化了浮选效果。为提高生产能力、增加精煤产率、保证粗精煤灰分6（要求 9.50%10.00%）和浮精灰分（要求 10.00%10.50%），对分选系统进行系统性优化改造7迫在眉睫。1生产问题分析 1.1煤泥量大、浮选环节处理能力不足浮沉试验和筛分试验分别按照煤炭浮沉试验方法（GB/T 4782008）和煤炭筛分试验方法（GB/T 4772008）规定进行，后续不再赘述。入选原煤浮沉试验和筛分试验的结果分别见表 1 和表 2。根据由表 1 数据绘制的可选性曲线如图 1 所示。表 1 0.5 mm 粒级入选原煤浮沉试验结果 Table 1 0.5 mm raw coal float-and-sink analysis data%密度级/(gcm3)产率灰分浮物累计沉物累计分选密度 0.1产率灰分产率灰分密度/(gcm3)产率 2.009.7576.35100.0019.649.7576.35合计100.0019.64煤泥3.8836.93总计100.0020.31 表 2 入选原煤筛分试验结果 Table 2 Raw coal screen analysis%粒级/mm自然级破碎级综合级综合级筛上累计产率灰分产率灰分产率灰分产率灰分50259.1227.641.3731.9210.4928.2010.4928.20251316.8122.251.0629.0817.8722.6628.3624.7113618.3821.110.9825.8419.3621.3547.7223.356317.3917.970.9921.7118.3818.1766.1021.9130.521.8515.561.5219.0823.3715.7989.4720.31 0.5 mm 粒级入选原煤可选性曲线Fig.1 0.5 mm raw coal washability curve 由 图 1 可 知：当 要 求 精 煤 灰 分 为 9.5%时，0.5 mm 粒级入选原煤的理论分选密度为1.682 g/cm3，0.1 含量为 3.90%，可选性为极易选，据此推测原生煤泥的解离程度也应较好，有利于浮选。因此，浮选效果较差应与入浮煤泥的密度组成相关性不大。而由表 1 可知：浮沉煤泥的灰分为 36.93%，明显高于 0.5 mm 粒级整体，说明入选原煤存在一定的矸石泥化现象，对浮选不利。同时，由表 2 可知：入选原煤中原生煤泥（含破碎煤泥）含量为 10.53%；结合表 1，浮沉煤泥占全样产率为 3.88%（100 10.53）%100%=3.47%，根据两类煤泥含量，依设计规范89取跳汰工艺下次生煤泥量为 7%，则生产系统内煤泥含量合计为 21.00%，具体见表 3。原煤年入选量为 1.2 Mt 时，按设计规范9选煤厂入选量为 227.27 t/h，根据表 3 计算，此时系统内煤泥量为 227.27 21%=47 t/h。而选煤厂原系统中仅用一台 XJM-S16 四室浮选机分选煤泥，在年入选 1.2 Mt 原煤时，浮选处理能力接近上限，因而浮选效果较差。表 3 入选原煤中 0.5 mm 粒级煤泥数质量计算 Table 3 Calculated yield and ash data of 0.5 mmraw coal%煤泥种类产率（占全样）灰分原生煤泥10.5316.15浮沉煤泥3.4736.93次生煤泥7.0019.64合计21.0020.75 1.2浮选入料中粗粒含量多浮选的实质是矿物颗粒与气泡接触、碰撞、附着，然后随气泡浮出的过程10。除浮选入料量大外，生产工艺及生产管理也是浮选效果差的重要原因。1.2.1原生产工艺不合理为 明 确 煤 泥 的 浮 选 相 关 性 质，对 原 生 煤 泥进行了筛分试验和浮选试验。其中，浮选试验按照 煤粉（泥）实验室单元浮选试验方法（GB/T47572013）规定进行，试验条件取捕收剂用量、起泡剂用量、矿浆浓度、叶轮转速四个因素11的正交试验结果中的较佳值：捕收剂用量为 600 g/t、起泡剂用量为 350 g/t、矿浆浓度为 80 g/L、叶轮转速为 2 000 r/min。筛分试验和浮选试验结果分别见表 4 和表 5。表 4 0.5 mm 粒级原生煤泥筛分试验结果 Table 4 0.5 mm primary slime screen analysis%粒级/mm产率灰分筛上累计产率灰分0.500.2536.0213.9236.0213.920.250.12532.5815.6168.6014.720.1250.07515.6417.6084.2415.260.0750.0458.6919.9292.9315.69 0.0457.0722.86100.0016.20合计100.0016.20 表 5 0.5 mm 粒级原生煤泥单元浮选试验结果 Table 5 Results of 0.5 mm primary slime batch-flotation test%粒级/mm入料精煤尾煤产率灰分产率灰分产率灰分0.500.2536.0213.9231.448.6248.5029.800.250.12532.5815.6132.009.5825.5453.050.1250.07515.6417.6018.5810.0514.1660.340.0750.0458.6919.929.8513.855.0568.58 0.5 mm 颗粒进入筛下水和离心液，二者筛分试验结果见表 6。同时，由于管理不到位，使脱水筛筛下水和离心机离心液后续处理环节中的高频筛经常筛缝磨损到1 mm 才更换筛板，导致筛缝长期处于 0.5 mm 状态，部分粗粒低灰颗粒进入浮选。从技改前浮选入料和尾矿的筛分可以看出（表 7），浮选对这些“超粒”煤泥分选效果差，导致其大量进入浮选尾矿，进而影响最终的煤泥灰分和浮精产率13。主洗煤泥水煤泥水池精煤煤泥循环水池高频筛浮选浓缩精矿尾矿压滤压滤+图 2 改造前煤泥分选工艺原则流程Fig.2 Basic flowsheet of the slime separation processbefore renovation 表 6 跳汰精煤脱水筛筛下水和离心机离心液筛分试验结果 Table 6 Screen analysis of jigged clean coal dewatering screen underflow and centrifuges centrate%粒级/mm筛下水离心液产率灰分产率灰分10.514.3710.8522.458.620.50.2529.4913.5833.689.65 0.2556.1419.7443.8711.78合计100.0016.65100.0010.35 表 7 技改前浮选入料和尾矿筛分试验 Table 7 Flotation feed coal and tailing screen analysis before renovation%粒级/mm入料尾矿产率灰分产率灰分10.510.588.658.6511.580.50.2533.8413.9641.3035.52 0.2555.5816.7350.0548.68合计100.0014.94100.0040.04 2工艺优化改造 2.1优化改造后煤泥分选工艺考虑选煤厂系统内煤泥量大、入浮煤泥中粗粒含量多等问题，并结合选煤技术的发展趋势以及日益提高的产品要求，本次改造将原两段式分选工艺改为三段式：（1）增设煤泥水分级环节。分级旋流器具有结构简单、生产能力大、占地面积小、分离效率高、耐磨损等优点1415，因此采用分级旋流器对煤泥水进行分级。原煤年入选量为 1.2 Mt 时，系统内煤泥水量在 600 m3/h 左右，FX500 型分级旋流器的处理能力为 180270 m3/h，分级粒度为 0.10.2 mm，按照 1.25 的不均衡系数计算，采用 3 台 FX500 型分级旋流器可满足处理能力要求。（2）增设干扰床分选机分选粗煤泥。干扰床分选机是一种利用上升水流在槽内产生干扰沉降和干扰床层的分选机16，分选下限可达 0.15 mm，分选上限可至 2 mm，入料粒度在 0.750.25 mm 范围内能达到很好的分选效果；分选密度可在 1.41.9 g/cm3范围内调节；可能偏差不高于 0.12 g/cm317。而分级旋流器底流流量在 200 m3/h 左右，溢流量在400 m3/h 左右，CSS2.4 型干扰床分选机的处理能力最高可达 80 t/h（干煤泥）、250 m3/h（矿浆量）。因此，增设一台 CSS2.4 型干扰床分选机分选粗煤泥。（3）增设粗煤泥脱水设备。根据厂房空间新增一台 ZKJ1007-D5 型高频振动叠层细筛（以下简第 52 卷 第 1 期选煤技术2024 年 2 月 25 日 54称“叠筛”）用于干扰床分选机溢流脱水。该筛采用多层筛箱上下落错叠层布置，各层筛面单独给料、并联工作，各层筛面的筛下物、筛上物分别汇集排出，联合煤泥离心机使用，降灰脱水效果较好18。新增一台 GPS1536型高频筛用作干扰床分选机尾矿脱水设备19。（4）增设浮选机，优化浮选效果。XJM-S16型四室浮选机单位容积矿浆处理能力按6 m3/（m3h）计算，而煤泥分级旋流器组溢流在 400 m3/h 左右，CSS2.4 型干扰床分选机的顶水量约 100 m3/h，按此计算增设 1 台 XJM-S16 型浮选机即可充分满足浮选处理需求。优化后煤泥分选工艺流程为：煤泥水经旋流器组分级，旋流器底流进入干扰床分选机分选，精矿经叠筛脱水掺入精煤，尾矿经高频筛脱水混入中煤；分级旋流器组溢流及叠筛筛下水、离心机离心液进入 2 台浮选机分选，浮选精矿经压滤机脱水后掺入精煤，浮选尾矿进入浓缩机。具体工艺流程如图 3 所示。主洗煤泥水煤泥水池精煤中煤煤泥循环水池浮选干扰床分选分级浓缩压滤高频脱水叠筛脱水离心脱水压滤尾精尾精+图 3 优化后煤泥分选工艺原则流程Fig.3 Basic flowsheet of the renovated slimeseparation process 2.2改造后效果 2.2.1粗煤泥灰分下降优化改造后，持续对干扰床分选机精矿和尾矿进行检验、统计、分析，并计算分配率，相应数据见表 8。根据表 8 数据绘制产品分配曲线，如图 4所示。表 8 干扰床分选机产品分配率计算 Table 8 Calculated partition coefficients of teetered-bed separators products%密度级/(gcm3)平均密度/(gcm3)产率（入料）产率（尾煤）产率（精煤）产率（计算入料）分配率占本级占入料占本级占入料 2.002.103.7815.763.78003.78100.00合计100.00100.0023.98100.0076.02100.00 1009080706050403020100分配率/%1.21.31.41.51.61.71.81.92.02.12.2密度/（gcm3）图 4 干扰床分选机产品分配曲线Fig.4 Partition curve of teetered-bed separators product 由表 8 和图 4 可以看出：干扰床分选机分选效果良好，其理论分选密度为 1.562 g/cm3、理论产率为 77.67%，实际产率为 76.02%、数量效率为 98%，可能偏差为 0.07 g/cm3。干 扰 床 分 选 机 精 矿 使 用 筛 缝 为 0.2 mm 的ZKJ1007-D5 型高频振动叠层细筛联合煤泥离心机脱泥脱水，效果见表 9。表 9 改造后粗煤泥脱泥脱水效果 Table 9 Effects of the coarse slime desliming anddewatering after renovation%取样序号溢流灰分精煤灰分灰分差值产品水分110.089.850.2311.8210.059.830.2212.039.959.760.1912.2410.119.890.2211.959.889.650.2312.1610.029.780.2411.7平均10.029.790.2312.0第 52 卷 第 1 期王兴旺：双鹤选煤厂煤泥分选系统的优化改造实践2024 年 2 月 25 日 55由表 9 可知：粗煤泥灰分较改造前降低了 0.23个百分点，且产品水分也有所降低。2.2.2浮选指标改善优化改造后，浮选入料中粒度 0.25 mm 粒级物料大幅减少，0.5 mm 粒级基本消失（表 10），尾矿“跑粗”现象基本杜绝（表 11），尾矿灰分升高至 67%左右。表 10 优化前后浮选入料粒度组成对比 Table 10 Comparison of size composition of flotationfeed before and after renovation%粒级/mm优化前优化后差值产率灰分产率灰分产率灰分10.510.588.650.017.6810.570.970.50.2533.8413.969.529.0524.324.91 0.2555.5816.7390.4719.5834.892.85合计100.0014.94100.0018.5803.64 表 11 优化前后浮选尾矿粒度组成对比 Table 11 Comparison of size composition of flotationtailing before and after renovation%粒级/mm优化前优化后差值产率灰分产率灰分产率灰分10.58.6511.5808.650.50.2541.3035.521.5845.5239.7210.00 0.2550.0548.6898.4267.8348.3719.15合计100.0040.04100.0067.48027.44 2.2.3综合精煤产率及经济效益提高优化改造后，选煤厂的煤泥得到充分高效分选，选煤厂综合精煤产率由 75.40%增加到了 78.57%；同时选煤厂原煤处理量由 0.40 Mt/a 提高到 1.20 Mt/a，满负荷生产时每年精煤可增加 0.64 Mt 左右，经济效益明显。3结语本次改造使用的分级旋流器组对系统煤泥分级效果良好，有效地保证了粗煤泥分选机入料和浮选入料的粒度范围；新增粗煤泥干扰床分选机分选粗煤泥，效果良好，有效地控制了粗精煤的灰分，保证了精煤产品灰分的合格与稳定，有效提高了产品的竞争力；增加浮选机后进一步提高了浮选环节的处理能力，同时矿浆流速的降低进一步提高了浮选机分选效果，使浮选精煤产率大幅度提高。一系列改造，打破了该选煤厂的瓶颈，使整个煤泥分选系统得到充分优化，大幅度提升了系统的处理能力，保证了产品指标的合格与稳定，提高了综合精煤产率。该工艺的改造成功为行业内传统跳汰选煤厂改造提供了成功范例。参考文献：于尔铁.跳汰选煤技术的应用及再定位J.选煤技术，2006（2）：5457，59.1 吴明有，李延锋，冉进财，等.粗煤泥的分选及其对选煤工艺的影响J.选煤技术，2009（2）：7174.2 沙杰，谢广元，吴玲.煤泥分选设备和工艺的探讨J.煤炭工程，2009（4）：9496.3 符福存，周伟，闫钦运，等.煤泥分选技术现状分析及展望J.洁净煤技术，2015，21（3）：2831.4 沈笑君，郝立伟，王爱卿，等.济三煤矿选煤厂煤泥回收工艺改造J.选煤技术，2012（6）：6769.5 孙吉鹏，张光伟，葛家君，等.某跳汰工艺选煤厂粗煤泥分 选 系 统 的 技 术 改 造 J.煤 炭 加 工 与 综 合 利 用，2019（4）：1619.6 张鹏，陈建中，沈丽娟，等.选煤厂选煤工艺设计探讨J.煤炭工程，2006（12）：2527.7 戴少康.选煤工艺设计实用技术手册M.北京：煤炭工业出版社，2016.8 匡亚莉.选煤工艺设计与管理设计篇M.徐州：中国矿业大学出版社，2016.9 谢广元.选矿学M.徐州：中国矿业大学出版社，2001.10 张波.煤泥浮选的影响因素与生产操作要领J.选煤技术，2011（4）：3940.11 宋波，支玉文，曾德东，等.煤泥浮选最佳粒度的探讨J.煤炭加工与综合利用，2001（1）：1618.12 张燕飞，沈丽娟，陈建中，等.我国选煤厂浮选跑粗的现状研究J.煤质技术，2011（5）：5861.13 杨广武，李长魁，王艳丽.浓缩分级旋流器结构的研究与实践C/威海市润泽矿山洗选设备有限公司.全国细粒煤分选技术会议论文集.出版地不详：2009.14 王显军，王书礼，卢刚.高效水力旋流器在煤泥水分 级 浓 缩 作 业 中 的 应 用 J.选 煤 技 术，2001（2）：2425.15 尚明.TBS 干扰床分选机内颗粒的受力分析及沉降规律研究J.陕西煤炭，2017（S1）：6368.16 高丰.粗煤泥分选方法探讨J.选煤技术，2006（3）：4043.17 阎志刚，闫秋凤，张星，等.叠层高频细筛在天宏选煤厂的应用J.选煤技术，2017（3）：4345，49.18 刘育.高频振动脱水筛结构特点及脱水效果J.选煤技术，1997（3）：3537.19第 52 卷 第 1 期选煤技术2024 年 2 月 25 日 56