小回沟选煤厂的工艺选择

王建军

（1.太原理工大学 矿业工程学院，太原 030024；2.小回沟煤业有限公司，山西 清徐 030400）

山西小回沟选煤厂的原煤是以贫煤、贫瘦煤为主，其产品定位为炼焦配煤为主，还可生产优质低灰的高炉喷吹用煤及优质动力煤，年入选能力3.0 Mt。选煤工艺直接关系着产品质量和经济效益。本文分析两种工艺方案的优缺点。方案一：+50 mm原煤采用动筛跳汰机预排矸，50～1 mm原煤采用脱泥有压二产品重介旋流器主、再选，1～0.25 mm原煤采用干扰床(TBS)分选机分选，-0.25 mm煤泥采用浮选，浮选精煤采用加压过滤机脱水回收，浮选尾煤浓缩后采用快开隔膜压滤机脱水回收。方案二：50～0.5 mm原煤采用无压三产品重介旋流器分选，粗煤泥采用煤泥重介旋流器分选，0.5～0 mm煤泥浮选，加压过滤回收浮选精煤，煤泥浓缩压滤脱水回收。

1 原煤资料分析

1）筛分资料分析：从校正后的原煤筛分组成中知：原煤灰分23.88%～28.20%，属于中灰分煤，无论作为炼焦精煤还是高炉喷吹用煤，都要经分选加工。灰分随着粒度的减小而减小，说明煤质较脆、矸石较硬。+50 mm块煤灰分48.17%～51.96%（比原煤灰分高）；块煤中矸石含量较高（8.22%～8.76%）。

2）浮沉资料分析：从校正后的原煤浮沉组成中知：主导密度级1.3~1.4 kg/L，占本级的31.25%～34.01%，灰分7.59%～7.93%。+1.80 kg/L密度级的含量占本级为21.66%～26.98%，灰分72.57%～73.06%。中间密度级1.5～1.8 kg/L含量为15.77%～18.43%，灰分34.99%～35.79%，中间密度物含量较少。浮沉煤泥的含量较高，6.93%～7.16%，灰分16.35%～20.97%，比原煤灰分低。

3）可选性：50～0.5 mm入选原煤的可选性为：当精煤灰分Ad=10%时，理论精煤产率71.69%，理论分选密度1.653 kg/L，δp±0.1含量8.60%，扣除+2.00 kg/L沉矸后9.96%，为易选煤。当精煤灰分Ad=9%时，理论精煤产率69.32%，理论分选密度1.599 kg/L，δp±0.1含量为8.72%，扣除+2.00 kg/L沉矸后10.10%，为中等可选煤。当精煤灰分Ad=8%时，理论精煤产率66.24%，理论分选密度1.532 kg/L，δp±0.1含量9.53%，扣除+2.00 kg/L沉矸后11.04%，为中等可选煤。

2 选煤工艺选择

1）精煤：粒度 50～0 mm，Ad=8%～10%，Mt≤12.00%，炼焦配煤、高炉喷吹用煤。中煤：粒度50～0 mm，Qnet.ar>4000 kcal/kg，一般动力煤。劣质煤：粒度 50～0 mm，Qnet.ar>3 000 kcal/kg，矸石电厂。煤泥：粒度0.5～0mm，Ad≤45%，地销或掺入中煤。矸石：粒度 0～300 mm，Ad≥65%，填沟、修路、制砖、以及综合利用。

2）选煤工艺选择：方案一和方案二的主要区别是：方案二中+50mm块原煤没有采用动筛跳汰机预排矸。方案一主选设备采用两产品重介旋流器主、再选(可按生产情况决定是否开车)，方案二采用无压三产品重介旋流器分选。方案一中粗煤泥采用干扰床（TBS）分选机分选，方案二采用煤泥重介分选。

3 各环节的工艺系统分析

1）+50 mm块煤预先排矸工艺具有如下优点。减少了大块矸石破碎产生的粉矸量，减少了主厂房分选系统入料中的矸石量，减少了后续分选系统的磨损，提高了后续系统的可靠性。根据处理能力大，生产成本低，分选精度高的原则，结合我国近年选煤技术发展现状，块原煤预排矸对动筛跳汰机和重介浅槽分选工艺进行比选。①动筛跳汰机：单段排矸、工艺简单；用水量少，单台动筛跳汰机循环水用量只有50 m3/h；用于大块煤排矸时，无需脱水设备，系统简单，生产成本低；入料上限高，可达300 mm；分选时间短，特别适合矸石易泥化煤的预先排矸，减少后续煤泥水系统的负荷，有利于整体系统的管理；处理能力大，每平方米处理75～85 t。动筛跳汰机的缺点是：有效分选深度和精度不如重介浅槽。②重介浅槽分选机是专门用于处理块煤的高效分选设备，近年广泛用于各类动力、化工用煤选煤厂的块煤分选作业。但其相对于本厂煤质工艺的缺点是：分选上限最大200 mm，+200 mm必须破碎，势必增加大块矸石的破碎，增加能耗；浅槽排矸属于高密度分选，介质管路和介质泵磨损较快；分选后的轻、重产物需有脱介环节，用水量大，功耗高；要有单独的介质循环及回收系统，投资、生产成本均高于动筛跳汰机排矸。③根据以上分析及别厂实际用况，结合本厂块原煤处理量及预排矸作业性能要求，推荐+50 mm块原煤采用动筛跳汰机预排矸，替代人工手选。

2）重介选和跳汰选的比较分析。目前国内不分级洗选50～0 mm原煤，较为成熟的方法主要是重介选煤和跳汰选煤。根据煤质资料分析可知，当原煤分选密度-1.40 kg/L时原煤可选性为极难选；当分选密度为1.50 kg/L时为中等可选，说明必须采用分选精度高的选煤方法，以保证精煤回收率和产品质量，本次设计推荐采用重介选煤，其优势如下：分选精度高，精煤产率高，避免了跳汰透筛。虽增加了介质回收系统，生产成本略高于跳汰，但综合效益要好些；重介选煤工艺对煤质和市场的变化适应性强，产品结构调节余地大，可增强企业的抗风险能力；重介工艺自动化水平高，可实现无人值守，大大降低管理难度；重介工艺环节的简化及设备的大型化，减少了厂房占地面积，降低了基建投资。

3）重介选工艺的比选方案。根据本选煤厂入选原煤的煤质特征，对重介分选工艺进行了多方案的比选。①选前脱泥与不脱泥比较：选前脱泥还是不脱泥，近年来受到选煤界关注。选前脱泥就是原煤进入分选设备前，脱除原煤内粒度较细的煤泥，其目的是减少进入重介分选系统的物料量，也是为了减少煤泥对介质系统的影响。选前不脱泥就是原煤全部进入分选设备。选前脱泥的优势在于：可减少进入重介系统的原煤量，容易稳定分选密度，达到有效分离目的，提高精煤产率；可降低悬浮液的粘度、适合较细粒级物料的分选；可提高脱介筛的脱介效果，减少了脱介筛的脱介面积；合格介质分流量少，系统运转稳定，可减少介质回收系统的设备，提高介质回收设备的效率，降低介耗，介耗可降低1.0~1.5 kg/t原煤，生产管理方便；可减少煤泥在介质中的浸泡时间，有利于煤泥的浮选。其缺点是：工艺系统相对复杂，设备台数较多，功耗较高，脱泥筛筛下水需单独处理。综上所述，本次设计推荐采用脱泥工艺。②采用无压入料和有压入料的比较：无压入料是煤和介质分别从两个入料口给入重介旋流器，原煤靠自重进入重介旋流器，工作介质用泵以较高压力给入重介旋流器。有压重介旋流器是原煤与重介悬浮液在混料桶混合均匀后，由泵的压力给入旋流器。从两者的处理能力、所需介质循环量、旋流器的入料压力分析时，在旋流器直径大小相同的情况下，有压入料方式的处理能力高10%左右，有压入料所需介质循环量较少，有压入料所需入料压力较低一些。从工艺布置分析，无压入料厂房高度较高，有压入料的厂房高度较低。综上所述，本次设计推荐采用有压入料。

4）粗煤泥分选方案分析。目前广泛采用的粗煤泥分选设备主要有：螺旋分选机、水介质旋流器、煤泥重介旋流器、干扰床分选机。①螺旋分选机是国外动力煤选煤厂较多采用的一种无动力煤泥分选设备。它的有效分选粒度范围较宽，一般在3～0.074 mm，最佳分选粒度2～0.15mm。它的主要优点是：结构简单，本身无须动力；广泛用于煤炭工业的粉原煤分选，可以满足煤泥深度分选的要求；适宜于高密度分选（≥1.7kg/L密度级）。其缺点是：处理能力较小；当分选密度小于1.60 kg/L时，很难操作，且分选精度降低，机械误差偏高。由于本厂粗煤泥分选密度1.40 kg/l左右，不在其最佳分选密度范围内，故不适合本选煤厂的粗煤泥分选。②水介质旋流器分选系统较复杂，要用泵加压、稳压，分选精度较低，国内选煤厂很少使用。本次设计也不推荐其分选粗粒煤泥。③煤泥重介旋流器是与选前不脱泥重介旋流器分选工艺配套使用的，其分选物料来自精煤脱介弧形筛下的合格介质分流部分，经过主选旋流器的初步分选，但灰分还达不到要求的粗煤泥；分选介质利用主洗旋流器对介质的分级作用形成的极细粒磁铁矿粉，而无需特制极细介质；并使灰分还不合格的粗煤泥在煤泥重介旋流器中再进一步得到有效分选。主要缺点是：煤泥重介的分选介质来自脱介筛的合格介质，工艺环节较复杂，入料压力高达50～60 Pa，功耗高；分选精度较低，降灰幅度一般为1%~2%，而且只能对部分粗煤泥进行分选（精煤合格介质分流部分）；对介质的粒度要求非常严格。④干扰床(TBS)分选机是新型的煤泥分选设备，利用上升水流在槽内产生紊流的干扰沉降原理分选。它的优点是：入料粒度在3~0.15 mm范围内有较好分选效果；有效分选密度1.4~1.7 kg/L，可出低灰精煤；分选密度全自动控制可调；自流切线，无需复杂的入料分配系统，对入料煤质变化的适应性较强；由于粉原煤比表面积大，该部分物料若用TBS分选、不用重介分选，可大幅降低重介质消耗。其缺点为：分选密度会随入料煤泥含量波动而变化；每班停车后，必须放空筒体内的煤泥，以便清洗底板的布料孔(10 mm)，每次清洗时间45～60 min。通过以上分析，本次设计推荐采用粗煤泥TBS分选。

5）细煤泥浮选工艺分析。本次设计采用浮选工艺分选细煤泥。目前，国内选煤厂仍以常规机械搅拌式浮选机为主，浮选柱(床)、喷射式浮选机也在应用。①机械搅拌式浮选机是煤泥浮选的传统设备，特别适合处理难浮煤泥，对入浮粒度及可浮性适应性强，可得到较好的产品指标。②浮选柱(床)在国内也较广泛，其优点是：对细粒煤泥分选效果优于普通浮选机；其缺点是：因浮选时间短，对0.25 mm以上的粗煤泥分选效果差，且适应性较差，单台处理能力较小，在大型选煤厂使用台数将会很多，造成系统复杂，工艺布置困难。③喷射式浮选机的工艺指标均优于机械搅拌式浮选机，分选选择性好，处理能力大，电耗低，尤其适合于低浓度、大流量的浮选入料；结构简单、重量轻、制造和维修方便。通过以上分析，本次设计推荐使用喷射式浮选机。

6）浮选精煤回收方式分析：目前，浮选精煤回收主要有四种方式。①盘式加压过滤机的特点是：单台设备处理能力大，作业过程连续；产品水分低(产品外在水分一般16%～18%左右)；产品为松散状，易于掺混。在国内大型炼焦煤选煤厂得到广泛应用。缺点是：故障率较高，设备维护量较大；能耗较高，生产运行费用高。②快开式隔膜压滤机的特点是：单台处理能力较大，对物料性质变化不敏感；入料速度快，能耗低，生产运行费用低。缺点是：产品水分稍高（外水一般在20%～24%之间），产品成饼状，掺混困难；快开隔膜压滤机是间断排料。③盘式真空过滤机的特点是：连续作业。缺点是：产品水分高（外水一般25%～28%之间），滤饼容易成团，不易掺混；能耗较高，生产运行费用较高。④卧式沉降过滤离心机+快开式隔膜压滤机联合回收的特点是：处理能力大，产品水分低。缺点是：系统复杂，设备台数多，能耗高，可靠性低；细粒级离心液用快速隔膜压滤机回收其产品灰分高，易污染精煤，对稳定产品质量不利。综上所述，本次设计浮选精煤采用盘式加压过滤机脱水回收。

7）浮选尾煤回收方式分析。快开式隔膜压滤机具有单台处理能力较大，对物料性质变化不敏感，入料速度快，能耗低，产品水分较低，生产运行费用低等优点。

8）分级粒度的确定分析。①脱泥分级粒度(重介系统与粗煤泥分选系统的分级粒度)定为1 mm。理由如下：1mm可实现较高脱泥效率。TBS分选机的最佳入料粒度上限可达1 mm。按重介选煤工艺，1 mm分级可简化工艺、降低介耗及生产成本、提高工艺系统的稳定性。1 mm分级时，重介分选和粗煤泥分选的入料粒级都处于最佳分选范围，而且两种设备的有效分选粒级都有合理交叉，可以满足煤质变化和波动的需要。②粗煤泥分选系统、浮选系统的分级粒度定为0.25 mm。理由如下：TBS分选机的最佳入料粒度下限为0.25 mm；浮选工艺的有效分选上限达0.5 mm。0.25 mm分级时，粗煤泥分选、浮选两种工艺的入料粒级都处于最佳分选范围，而且两种设备的有效分选粒级都有合理交叉，可以满足煤质变化和波动的需要。

4 结论

经对选煤方法的分析，结合本厂煤质特征，本次设计推荐工艺流程为：+50 mm原煤采用动筛跳汰机分选预排矸；50~1mm原煤采用脱泥有压二产品重介旋流器主、再选；1~0.25 mm原煤采用干扰床(TBS)分选机分选；-0.25 mm煤泥采用浮选；浮选精煤采用加压过滤机脱水回收；浮选尾煤浓缩后采用快开隔膜压滤机脱水回收。