赵家山选煤厂粗煤泥系统改造实践_郝景山.pdf

赵家山选煤厂粗煤泥系统改造实践郝景山1，朱红兴2，李建龙2，黄明琪3，刘小威3，张启荣1，张悦3，李其林3(1.山西约翰芬雷设计工程有限公司，天津300450;2.山西东辉能源集团有限公司，山西 吕梁033300;3.山西东辉集团 赵家山煤业有限公司，山西 太原030402)摘要:针对赵家山选煤厂粗煤泥分选系统 TBS 精矿高灰细泥影响精煤灰分、TBS 尾矿产率高且灰分低、粗煤泥设备处理能力不足进行改造。将原设计 TBS 分选改为 TBS+螺旋二级分选;精矿由振动弧形筛改为叠层高频振动细筛脱泥降灰;改变筛下煤泥水流向。改造后中煤产率降低 11.30%，精煤产率增加 5.60%，矸石(煤泥)产率增加 5.70%。关键词:选煤厂;粗煤泥;TBS 干扰床分选机;螺旋分选机;二级分选;叠筛脱泥降灰中图分类号:TD94文献标识码:A文章编号:1005-8397(2023)02-0020-05eform practice of coarse slime system in Zhaojiashan Coal Preparation PlantHAO Jingshan1，ZHU Hongxing2，LI Jianlong2，HUANG Mingqi3，LIU Xiaowei3，ZHANG Qirong1，ZHANG Yue3，LI Qilin3(1.Shanxi John Finlay Design Engineering Co.，Ltd.，Tianjin 300450，China;2.Shanxi Donghui Energy Group Co.，Ltd.，Lvliang，Shanxi 033300，China;3.Zhaojiashan Coal Industry Co.，Ltd.Shanxi Donghui Group，Taiyuan，Shanxi 030402，China)Abstract:In view of the influence of high ash and fine slime of TBS concentrate on the ash content of clean coal，the high and lowash yield of TBS tailings and the insufficient treatment capacity of coarse slime equipment in Zhaojiashan coal preparation plant.Theoriginal design of TBS separation was changed into TBS+spiral secondary separation，the concentrate was changed from vibrating arcscreen to laminated highfrequency vibrating fine screen for desliming and deashing，and the flow direction of slime water underscreen was changed.After reformation，the yield of medium coal decreased by 11.30%，the yield of clean coal increased by 5.60%，and the yield of gangue(slime)increased by 5.70%Keywords:coal preparation plant;coarse slime;TBS interferential bed separator;spiral separator;secondary separation;desiltingand desilting收稿日期:2022-12-29DOI:10.16200/ki.112627/td.2023.02.006作者简介:郝景山(1975)，男，辽宁葫芦岛人，2001 年毕业于淮南工业学院选矿专业，工学学士，山西约翰芬雷设计工程有限公司高级工程师。通讯作者:刘小威(1982)，男，山西孝义人，山西东辉集团赵家山煤业有限公司煤质主管。引用格式:郝景山，朱红兴，李建龙，等 赵家山选煤厂粗煤泥系统改造实践 J 煤炭加工与综合利用，2023(2):2024赵家山选煤厂位于山西省清徐县城西北 12km，隶属于山西东辉集团赵家山煤业有限公司，为赵家山矿井的配套项目。选煤厂设计规模为1.2 Mt/a，属于炼焦煤选煤厂。选煤厂于 2020 年3 月开始施工，当年 10 月底调试投产。赵家山井田内批准开采煤层 7 层，编号为03、2、4、5、6、8、9 号煤层，03、2、4、5 号位于山西组，6、8、9 号位于太原组。煤种为贫瘦煤、贫煤。选煤工艺:原煤准备至 50 mm 以下，准备后原煤采用脱泥(0.75 mm)无压三产品重介旋流器分选;0.75 0.25 mm 粗煤泥 TBS 干扰床分选02煤炭加工与综合利用CAL POCESSING COMPEHENSIVE UTILIZATIONNo.2，2023(可不开)，粗精煤离心脱水回收;0.25 0 mm细煤泥浮选，浮选精煤压滤脱水，浮选尾煤浓缩压滤回收1。1生产过程中存在的问题1.1改造前粗煤泥分选工艺原煤脱泥筛筛下水(小于 0.75 mm)和精煤(含中煤)磁选尾矿进入煤泥水桶，由泵打至分级旋流器组处理，分级旋流器组底流采用 TBS 分选机对 0.750.25 mm 级粗煤泥进行分选，选出粗精煤和 TBS 尾煤，TBS 分选作业根据产品质量需要选择开启或关闭;分级旋流器组的溢流直接浮选。粗精煤经振动弧形筛+煤泥离心机脱水后掺入重介精煤，振动弧形筛筛下水和离心液去煤泥水桶。TBS 尾煤由弧形筛+高频筛脱水后掺入中煤或矸石，弧形筛和高频筛筛下水去浮选或厂外浓缩机。TBS 分选不开时，分级旋流器组底流经振动弧形筛+煤泥离心机脱水后掺入重介精煤。改造前粗煤泥分选工艺流程如图 1 所示。图 1改造前粗煤泥分选系统原则工艺流程根据图 1 所示，洗洗工艺采用选前脱泥工艺，原生煤泥和精煤磁尾合并后进行浓缩分级，浓缩底流再进入 TBS 分选，TBS 溢流经弧形筛和煤泥离心机脱水得到最终粗精煤产品。由于粗精煤灰分高，为保证最终精煤灰分，不得不采取降低重介系统分选密度和 TBS 粗煤泥分选密度的措施，从而导致了重介系统精煤“背灰”和 TBS尾矿损失精煤的问题2。生产过程中表现出的问题主要有:(1)粗精煤灰分高;(2)粗精煤弧形筛筛下跑粗(低灰);(3)TBS 尾矿灰分低、产率高，粗精煤窜入TBS 尾矿;(4)粗煤泥含量较原设计时增加较多，粗煤泥分选设备精度差，能力不足。1.2生产过程数据记录及分析1.2.1粗精煤灰分高表 1 所示为 TBS 溢流的筛分试验数据，TBS溢流中随着粒度级的减小，各粒度级的灰分逐渐提高，小于 0.074 mm 灰分高达 58.24%(产率14.35%);0.500.074 mm 各个粒度级的产率相对均衡，主导粒级为 0.500.25 mm 粒级，灰分为 6.88%;大于 0.15 mm 粒级的累积灰分为7.61%，粗颗粒灰分较低。表 1TBS 溢流粒度组成粒级/mm产率/%灰分/%累计产率/%灰分/%+1.000.164.460.164.461.000.5013.564.8813.724.880.500.2526.306.8840.026.190.250.1522.1310.1662.157.610.150.07423.5019.7685.6510.940.07414.3558.24100.0017.73合计100.0017.73表 2弧形筛筛上粒度组成粒级/mm产率/%灰分/%累计产率/%灰分/%+1.000.304.760.304.761.000.5024.036.0824.336.060.500.2535.388.7659.717.660.250.1517.9810.1677.698.240.150.07414.2619.8891.9510.040.0748.0542.08100.0012.62合计100.0012.62表 2 数据为 TBS 溢流经弧形筛脱水后得到筛上产品的粒度组成情况，从表 2 可以看出:大于0.25 mm粒级累积产率为 59.71%，累计灰分为7.66%;小于 0.15 mm 粒级含量为 22.31%，灰分为 27.89%(其中小于 0.074 mm 粒级灰分为42.08%)，远高于精煤灰分要求，高灰细泥是导致粗精煤灰分高的主要因。通过分析确定，精矿由于夹带高灰细泥，从而造成粗精煤泥灰分不稳定，频繁出现灰分超标情况，从而不得不降低 TBS 分选密度，导致 TBS122023 年第 2 期郝景山，等:赵家山选煤厂粗煤泥系统改造实践尾矿灰分降低，尾矿产率增加。因此，若要实现粗精煤产品进一步降灰、产率增加，则需要脱出弧形筛筛上物料中的高灰细泥。1.2.2粗精煤弧形筛筛下跑粗由表 3 中数据可知，弧形筛筛下煤泥水中大于 0.25 mm 粒度级含量达到 26.39%，灰分为8.71%，跑粗情况严重，增加后续浮选作业的分选粒度范围，不利于形成良好的浮选环境。表 3弧形筛筛下粒度组成粒级/mm产率/%灰分/%累计产率/%灰分/%+1.0000001.000.501.096.591.096.590.500.2525.308.8026.398.710.250.1524.8711.1751.269.910.150.07431.4318.8082.6913.290.07417.3162.49100.0021.80合计100.0021.801.2.3TBS 尾矿灰分低TBS 尾矿经高频筛脱水后掺入中煤，经 2021年全年统计，高频筛筛上物浮沉试验结果如表 4。表 42021 年度高频筛筛上物浮沉试验日报表平均数据1.4 kg/L产率/%灰分/%1.6 kg/L产率/%灰分/%低位发热量/(MJkg1)高位发热量/(MJkg1)29.007.9140.0021.7815.7419.12注:表中发热量为小于 1.6 kg/L 密度级的发热量。从表 4 可以看出，TBS 尾矿中存在部分低密度物料，说明 TBS 分选精度不足或分选密度偏低，粗精煤窜入 TBS 尾矿中，致使最终中煤灰分偏低。1.2.4粗煤泥含量较原设计时增大，分选设备能力不足现阶段原煤筛分组成见表 5，初步设计采用的入洗原煤筛分组成见表 6。表 5原煤筛分组成粒级/mm重量/g占全样/%灰分/%+1.0030 11162.8538.571.000.756 56813.7124.800.750.506 29513.1429.600.500.253 9438.2323.280.259932.0741.52合计47 910100.0034.31注:筛分前煤样重量 48 323 g。表 6原初步设计入洗原煤筛分组成粒度级/mm产率/%灰分/%+0.7588.8533.380.750.52.2420.73小筛分组成0.500.253.2217.200.250.1252.5817.430.1250.0750.7317.740.0750.0451.7216.840.0450.6615.22小计8.9117.10合计100.0031.64由表 5、表 6 的煤质数据可知，现阶段原煤中小于 0.75 mm 粒级含量为 23.44%，与设计之初的含量 11.15%相比增加 12.29 个百分点;且0.750.25 mm 粗颗粒含量由 5.46%(Q=12.41t/h)增加到21.37%(Q=48.57 t/h)。这部分粗颗粒煤泥若得不到有效分选，则会进入 TBS 尾矿中，造成中煤产率增加，极大降低了精煤产率。现有的 1 台粗煤泥 TBS 分选设备(2.1 m，单台Q=60 t/h)，由于粗煤泥量增加，直接导致其处理效果变差，分选精度不足，已成为制约选煤厂提能生产的瓶颈。2对应改造措施及效果针对选煤厂粗煤泥系统存在的问题，建议现场采用高效分级设备3 ZKJ1007D5 型叠层高频筛，对粗煤泥脱水分级设备进行改造，以提高分级脱泥效率，在保证粗精煤泥灰分的前提下，提高重介主洗系统分选密度和 TBS 粗煤泥分选机46 的分选密度和顶水流量，从而提高全厂精煤产率和综合经济效益。2.1增加叠层筛，脱除粗精煤中的高灰细泥为了确保粗精煤灰分，剔除其中的高灰细泥，考虑采用 ZKJ1007D5 叠层高频振动细筛(以下简称“叠层筛”，筛宽 B=1 400 mm，5 层，筛缝 0.25 mm)替换原有弧形筛。ZKJ1007D5 叠层高频振动细筛是一种借助于筛面高频振动力和物料重力实现按物料粒度分级的机械设备7。因其特有高频率、低振幅的振动特点和高弹性聚氨酯筛网，可以实现对细粒级物料的高效分级89，分级效率可以达到 70%80%，甚至更高。叠层细筛配置了低电耗的强力双激振电机，浮动式筛框和全封闭式振动器1012。22煤炭加工与综合利用2023 年第 2 期经浮动抗剪切橡胶弹簧传递给固定筛框的动负荷仅为 5%10%，即振动力的 90%以上全部转化为筛分振动力，适合于细粒级物料的高效分级13。从表7 可以看出，筛上物中小于 0.154 mm 粒级物料明显减少(产率为3.51%);从表8 可以看出，筛下大于0.25 mm 粗颗粒占比 23.05%，有所降低。实践证明，采用叠层筛进行脱泥降灰效果非常显著。叠层高频振动细筛与 TBS、分级浓缩旋流器组以及煤泥离心机的结合，有效解决了炼焦煤选煤厂粗精煤回收环节灰分超标的共性问题 14。表 7叠层筛筛上物筛分组成(日期:20220212)粒级/mm质量/kg产率/%累计产率/%灰分/%+0.403.5472.7772.777.920.400.250.6813.9286.6912.120.250.1540.489.8096.4918.680.1540.0740.112.3198.8044.440.0740.061.20100.0044.48合计4.86100.0010.84煤样灰分/%11.64表 8叠层筛筛下物筛分组成(日期:20220212)粒级/mm质量/kg产率/%累计产率/%灰分/%+0.250.4723.0523.0526.200.250.1540.8441.3864.4338.480.1540.0740.5124.8889.3164.670.0740.2210.69100.0066.60合计2.03100.0045.17煤样灰分/%50.482.2粗煤泥含量增加，改造粗煤泥分选设备考虑到粗煤泥 TBS 分选机分选精度的不稳定15，在改造初期否定了更换为大型号粗煤泥TBS 分选机的方案;而是采用 TBS+螺旋二级分选工艺，即 TBS 的尾矿采用螺旋分选机再次分选。螺旋分选机因能分选 10.15 mm 的粗煤泥而得到应用。其优点是投资少、运行费用低、操作简单、分选密度高1617。TBS 分选采用低密度运行，确保低灰分精矿;TBS 尾矿二次螺旋分选，利用其高密度分选优势，确保尾矿出高灰产品。2.3改造粗煤泥系统煤泥水走向新增螺旋分选的螺旋精矿进叠层筛脱水脱泥，螺旋尾矿不经过弧形筛(弧形筛的筛缝较高频筛的筛缝大，细颗粒透筛效率高)而直接进高频筛脱水，其目的是保证高灰物质脱水后尽快出系统，不在煤泥水系统循环。高频筛的筛上物料灰分较高，达 80%左右，筛上产品改为掺入矸石，高频筛筛下水直接去浓缩(原工艺去浮选)。叠层筛筛下水桶收集后直接转排至浮选，不再返回煤泥水桶。避免高灰细泥在粗煤泥分选系统内部循环。改造后的粗煤泥分选工艺流程如图 2 所示。图 2改造后粗煤泥分选系统原则工艺流程从表 9 可以看出，改造后高频筛筛上的低密度物含量降低非常显著，有效降低了粗精煤的损失，从而提高了总精煤产率。表 9改造后高频筛筛上物浮沉试验平均数据(202211)1.4 kg/L产率/%灰分/%1.6 kg/L产率/%灰分/%低位发热量/(MJkg1)高位发热量/(MJkg1)03%42.82%4.336.35注:表中发热量为小于 1.6 kg/L 密度级的发热量。由表 10 可知:在原煤灰分基本接近时，精煤实际产率改造后比改造前增加 5.60%，年产量增加 6.72 万 t;中煤产率减少 11.30%，年产量减少 13.56 万 t，矸石和煤泥产率增加 5.70%，年产量增加 6.84 万 t。通过改造，降低了中煤产量，增加了精煤、煤泥和矸石产量，销售收益预测见表 11。表 10改造前后的两个月各产品数质量对比时间原煤灰分/%精煤/%灰分水分产率中煤/%灰分产率煤泥/%灰分产率矸石/%灰分产率20211040.6710.3610.1042.9742.2214.2472.974.8582.9737.9420221141.0610.3810.3448.5745.412.9473.236.5080.1441.99322023 年第 2 期郝景山，等:赵家山选煤厂粗煤泥系统改造实践表 11赵家山选煤厂粗煤泥系统改造前后年销售收益预测产品改造前后产率/%灰分 Ad/%产量(10 kt/a)单价/(元t1)总价/万元精煤改前42.9710.3651.561 35069 611.40改后48.5710.3858.281 35078 683.40改后改前5.606.729 072.00中煤改前14.2442.2217.094006 835.20改后2.9448.573.533001 058.40改后改前11.3013.565 776.80煤泥改前4.8572.975.8220116.40改后6.5073.237.8020156.00改后改前1.651.9839.60矸石改前37.9482.9745.5320910.56改后41.9980.1450.39201 007.76改后改前4.054.8697.20注:表中煤泥和矸石单价为负值，表示矸石和煤泥外运处理需要的费用。3结语通过充分剖析生产过程出现的问题及煤质变化带来的不利因素，提出增加叠层筛脱泥，增设螺旋分选机，提高粗煤泥分选能力，提高副产品灰分等具体措施，改造效果十分显著。粗煤泥系统改造利用 2022 年春节及 10 月份停产检修时间完成，不影响现有系统生产。改造后中煤产率降低了 11.30%，精煤产率增加 5.60%，矸石和煤泥产率增加 5.70%。投资费用总计约 89.00 万元，按年销售收益增加3 158.40万元测算，改造完成当月即可收回改造成本，利润十分可观，项目的改造为企业创造了巨大经济效益。参考文献 1谢广元，等 选矿学 M 徐州:中国矿业大学出版社，2016 2宁石茂 叠层高频筛脱除高灰细泥的可行性分析 J 煤炭加工与综合利用，2020(8):4547 3邓金迪，沈丽娟，杨泽坤，等 细粒煤脱水技术与设备现状及发展方向 J 矿山机械，2006，34(4):7780 4王正书，周学东 粗煤泥分选工艺在安家岭选煤厂的应用 J 洁净煤技术，2012，18(3):79 5刘介民 改变工艺流程提高精煤产率降低副产品损失 J 洁净煤技术，2000，6(2):2224 6陈修奇 新巨龙公司选煤厂粗煤泥独立分选的可行性研究 J 煤炭加工与综合利用，2015(7):3537 7张燕飞 德瑞克高频细筛对选煤设计的影响研究 J煤矿机械，2015，36(6):109111 8程永维 德瑞克高频细筛在歪头山铁矿选矿改造用的应用 J 本钢技术，2009(4):36 9王凯金，林增常，曹仲新，等 德瑞克高频振动细筛在选矿厂的应用 J 中国矿业，2007(7):5658 10汤凯 德瑞克高频振动细筛在选煤厂中的应用分析 J 煤炭工程，2015，45(5):120122 11赵环帅，王振年 国内外高频振动筛的现状与发展趋势 J 金属矿山，2009(11):105107 12沈丽娟，陈建中，胡言凤 细粒级矿物分级设备的研究现状及进展 J 选煤技术，2010(3):6568 13张星，阎志刚，闫秋凤，等 叠层高频振动细筛在粗煤泥脱泥降灰中的应用实践 C/2017 年全国选煤学术交流会论文集 北京:中国煤炭学会，2017:119121 14张龙鑫，葛咸浩 叠层高频振动细筛在七星选煤厂的应用 J 选煤技术，2019(4):8385 15陈子彤，刘文礼 干扰床分选机工作原理及分选理论基础研究 J 煤炭工程，2006，36(4):6466 16M W 米凯尔 螺旋分选机和水介质旋流器洗选粉煤的评价与应用 J 选煤技术，1991(1):17叶贵川，马力强 螺旋分选机研究进展 J 洁净煤技术，2020，26(1):1842煤炭加工与综合利用2023 年第 2 期