朔中选煤厂动力煤干法筛分脱粉的可行性研究

郝 俊，陈开玲

(朔州中煤平朔能源有限公司，山西 朔州 036002)

随着国家产业政策的调整与环保治理力度的加大，动力煤洗选加工得到了快速发展。对于动力煤选煤厂而言，末煤(<13 mm粒级原煤) 入选可以稳定产品质量，能够更好地适应原煤质量变化和满足客户对产品质量的要求。动力煤选煤厂末煤分选常用的生产模式为(以下简称“传统模式”)：末原煤经1.50 mm湿法脱泥后采用重介质旋流器分选，筛下煤泥水以原煤分级旋流器进行0.25 mm分级，溢流(<0.25 mm粒级煤泥) 经压滤机压滤脱水后成为压滤煤泥，底流( 1.5～0.25 mm粒级煤泥) 采用螺旋分选机或TBS干扰床分选处理。朔州中煤平朔能源有限公司选煤厂(以下简称“朔中选煤厂”)采用该生产工艺处理末煤。

多年的生产实践发现，采用传统模式处理末煤，导致煤泥量大、产品水分高而发热量低、压滤机排料不连续、物料粘度大，这部分煤泥与精煤掺配后形成的商品煤质量波动较大，极端情况下车厢易被粘附、冻结而无法卸车，甚至出现了运输溜槽和煤仓被堵塞引发的洗选系统停产事故[1]。特别是<3 mm粒级粉煤洗选后水分大增，而其发热量增加并不明显，有时甚至降低，但洗选产品的产率不高[2]。此外，大量煤泥进入洗选系统，致使循环水量和煤泥量明显增加，这不但使后续煤泥水处理难度增大，而且使洗选系统的介耗、电耗等日常运营指标增加，进而对选煤厂的经济效益增长产生严重的负面影响。因此，在实际生产过程中，应将粉煤尽可能预先脱除，并通过旁路另行处理。

1 干法筛分脱粉的必要性与优势

对于动力煤选煤厂来说，末煤全粒级入选将给洗选系统带来大量原生煤泥，加之很多矿区的煤和矸石都极易泥化，导致洗选产品灰分增加；此外，细煤泥的比表面积大、水分高、粘度大，这为洗选产品的合理掺配带来较大困难。在这种情况下，单独销售就成为处理煤泥的可行途径，而其单独外销难度也较大，只能单独晾晒后堆放；但大量煤泥的堆放与积存，不但浪费能源资源，影响企业经济效益，而且严重污染厂区环境，不利于选煤厂的标准化建设。

随着细颗粒筛分技术的日渐成熟，动力煤干法筛分脱粉成为一种较好的选择，该工艺可将入选原煤中的大部分煤粉预先脱除。从选煤厂的基建费用与运营成本构成来看，煤泥水处理系统的基建费用占选煤系统总基建费用的35%左右，运营成本占末煤洗选成本的25%左右[3]。将传统的1.5 mm湿法脱泥工艺改为3 mm干法脱粉工艺，不但可使选煤厂的基建费用和生产成本降低，而且能使洗选系统的煤泥量大幅下降，还可减轻煤泥水处理系统的压力。另外，对于易泥化的煤和矸石，预先干法脱粉可以有效避免泥化物对预先脱除的粉煤的污染，且可以控制部分粉煤的水分，这有利于提高末煤产品的产量和质量。

重庆白岩选煤厂采用<50 mm粒级原煤以3 mm脱粉后由无压三产品重介质旋流器主选的联合工艺，与传统的生产工艺相比，重介系统的煤泥量大大降低，脱介设备数量减少，洗选系统的介耗和能耗均降低，厂房体积更小，有效节省了建设投资与运营成本[4]。

2 干法筛分脱粉设备

干法筛分脱粉一般是以<6 mm的粒度对原煤进行干式筛分，将其预先分成不同的粒级。一般认为，当原煤外在水分在7%～14%之间时，以<6 mm的粒度进行干式筛分，物料处于难筛分状态。这是因为原煤的外在水使细煤粒相互粘结成团，并粘附在大块煤上[2]；另外，这些粘湿煤粒还会堵塞筛孔，导致细煤粒难以透筛。随着筛分技术的发展，细粒煤难筛分的问题得到有效解决。

目前以>13 mm粒度筛分的工艺应用比较成熟，常见的筛分设备有煤用概率分级筛、圆振筛、等厚筛、曲张筛、驰张筛、博后筛、旋转概率筛等[5]，而以<3 mm粒度进行干法筛分的设备主要采用弛张筛和交叉筛。

2.1 弛张筛

2.1.1 结构组成与工作原理

弛张筛(图1)主要由浮动筛框、固定筛框、激振器、橡胶弹簧支撑底座等组成。浮动筛框和固定筛框组成双质体共振系统，激振器用于为设备工作提供激振力，橡胶弹簧支撑底座有助于减小设备的不良振动。驰张筛采用双质体亚共振原理工作，在筛机工作时，线性振动的固定筛框和被激励的浮动筛框产生相对运动；同时，弹性聚氨酯筛面以800次/min的频率连续不断地扩张与收缩，从而使物料获得很高的加速度，能够有效地防止筛孔被堵塞。

1—浮动筛框；2—固定筛框；3—激振器；4—橡胶弹簧支撑底座

2.1.2 技术特点

从实际应用和设计方案来看，弛张筛的主要技术特点[2,6-8]如下：

(1)筛网采用可伸缩的聚氨酯橡胶材料制成，工作时筛网交替扩张与收缩，从而使筛分物料产生向前的弹跳运动，能够有效避免物料粘附于筛网并堵塞筛孔。

(2)筛板振幅远大于传统筛分设备，物料的抛射加速度为重力加速度的30～50倍，故筛孔不易被堵塞，筛分效率较高，且处理能力大，动负荷小，功耗少，噪音低。

(3)由于筛板振幅较大，加之筛网是由橡胶材料制成的，易被入料中的大块煤砸坏，故其入料粒度上限往往被控制在50 mm以下。

2.1.3 技术参数

根据现场实际情况和待筛分原煤的特点，选择UFSB4380弛张筛作为工业试验设备，其主要技术参数如下:

参数

数值

外形尺寸/(mm×mm×mm)

9 829×5 102×5 102

有效筛分面积/m2

29.21

筛板尺寸/(mm×mm)

4.50×25

驱动功率/kW

30

激振器角度/(°)

20

工作噪声/dB(A)

<85

处理能力/(t·h-1)

550

2.2 交叉筛

2.2.1 结构组成与工作原理

交叉筛(图2)是在传统滚轴筛基础上研制出的一种新型筛分设备，其主要由驱动电机、筛轴及固定在筛轴上的筛片组成。多组平行布置的筛轴组成筛面，筛轴转动方向与物料流动方向相同，每根筛轴上安装有若干等距筛片和驱动电机，相邻筛轴上的筛片相互交叉排列，形成“动态筛孔”。物料在筛面滚动过程中不断分层，小颗粒向下移动，在其长时间与筛孔接触过程中，通过相邻筛片的“手搓式”作用完成强制透筛；大颗粒继续向前滚动，其在滚动过程中不断遭受冲击，团聚颗粒被打散，并自动清理粘附在筛片上的细微颗粒，从而达到“自清理”目的；筛轴下方设置有刮泥板，可以清理剩余的粘附颗粒。

1—驱动电机；2—筛轴和筛片

2.2.2 技术特点

交叉筛通过“动态筛孔”设计和物料“自清理”功能[9]，成功实现了筛孔“不粘、不堵、不卡”的筛分要求，基本解决了传统滚轴筛的堵料、卡料问题。该筛机的主要技术特点为：

(1)筛分效率高。通过“动态筛孔”和物料“自清理”技术，充分保证了筛面的开孔率和料层的透筛速度，筛机的筛分效率高。

(2)可靠性高。筛机自身无振动，没有冲击，动载荷小，易损件少，工作噪声低，可靠性高。

(3)不堵料、不卡料。筛面采用多曲段设计，布料均匀；筛片之间的动、静筛孔间距大小变化为物料的3～4倍，基本解决了堵料和卡料的问题。

2.2.3 技术参数

根据现场实际情况和待筛分原煤的特点，选择CRS1818-3交叉筛作为工业试验设备，其主要技术参数为:

参数

数值

外形尺寸/(mm×mm×mm)

5 140×3 900×2 200

筛面尺寸/(mm×mm)

1 800×4 080

驱动功率/kW

58

筛面倾角/(°)

14

入料粒度/mm

≤300

工作噪声/dB(A)

<75

处理能力/(t·h-1)

300

3 可行性探索

2015年10月底至12月上旬，朔中选煤厂会同设备厂家对弛张筛和交叉筛分别进行3 mm的工业筛分试验。首先采用两种筛机分别对煤样进行筛分，再将筛分煤样烘干，然后在实验室对烘干煤样进行筛分。

为了判断两种设备的筛分效果，采用筛分效率作为评价指标，其计算式[5]如下：

式中：η为筛分效率，%；α为待筛分原煤中小于筛孔尺寸粒级的含量，%；θ为筛上产品中小于筛孔尺寸粒级的含量，%。

3.1 物料特性

试验时选取全水分为9.50%、分析水为1.67%的煤样进行分析。实验室筛分试验结果(表1)表明：试验煤样主导粒级为>13 mm，其产率为62.19%，其次为<3 mm粒级，13～3 mm粒级产率最低。

表1 煤样实验室筛分试验结果

3.2 试验结果与分析

根据筛上物实验室筛分试验结果(表2、表3)，结合筛分效率计算式，可以计算出两种不同筛机的筛分效率。以3 mm粒度筛分时，弛张筛的筛分效率为73.82%，交叉筛的筛分效率为86.76%，均远远高于一般的筛分设备。由此来看，采用这两种设备作为原煤的干法脱粉设备可行。

表2 弛张筛筛上物实验室筛分试验结果

表3 交叉筛筛上物实验室筛分试验结果

原煤选前所脱粉煤，可以作为产品直接销售，也可以掺入选后末精煤销售，这样不但可使混煤水分降低，有效减少冻车事故发生的概率，而且能够避免销售困难、露天堆放等问题，有助于企业经济效益的提高和厂区的标准化建设。原煤选前脱粉，可使生产系统煤泥量减少30个百分点以上[10]，煤泥处理系统负荷降低，这对简化煤泥处理工艺，提高末煤系统洗选能力和分选精度，降低粉煤灰分等极为有利。此外，生产系统所需设备数量减少，介耗、药耗、电耗等生产成本显著降低。

4 结语

现阶段以>13 mm粒度筛分的工艺应用比较成熟，由于待筛分物料的水分和筛机的技术特点原因，以<3 mm粒度进行干法筛分脱粉的应用较少。以弛张筛和交叉筛作为干法筛分脱粉设备，对朔中选煤厂的动力煤进行3 mm脱粉工业试验，在煤样全水分为9.50%、分析水为1.67%的情况下，弛张筛的筛分效率为73.82%，交叉筛的筛分效率为86.76%，二者均较高，即这两种方案可行。

动力煤干法筛分脱粉后，大部分原生煤泥不再进入洗选系统，不但可以进一步提高分选设备的分选效果，而且能够大大减少洗选系统的煤泥量，降低煤泥水处理成本，提高末煤产量和发热量，进而为企业带来明显的经济效益和良好的环保效益。

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