基于煤泥减量化的洗煤厂洗煤工艺优化研究

单 军

（山西晋煤集团煤炭加工利用分公司赵庄选煤厂， 山西 长治 046600）

引言

近年来，煤矿总体上出现了产能过剩的局面，即供大于求[1-2]，这使得煤炭市场的竞争变得很激烈，商品煤价格一直得不到有效保障。对于洗煤厂而言，洗煤过程中，煤泥含量会对商品煤的质量产生重要影响[3-4]，采取有效措施降低煤泥含量是所有洗煤厂面临的重要问题[5-6]。本研究在对洗煤工艺进行深入分析的基础上，提出针对性的工艺优化措施，使得洗煤系统中煤泥含量显著降低，提升了商品煤的质量，为企业创造了较好的经济效益和社会效益。

1 洗煤厂煤泥水系统存在的问题

洗煤厂当前阶段存在的最大问题是煤泥水系统会产生大量的煤泥。经过初步统计分析，原生煤泥质量占据整个原煤质量的6.5%左右，且以颗粒尺寸在0～0.5 mm的细煤泥为主。如果采用原煤全入选的方式进行生产，每生产原煤1 000 t，那么就会产生65 t左右的原生煤泥。另外整个水系统中包含有很多水泵，整个工艺过程非常复杂，在这个过程中又会产生大量的次生煤泥。实践经验表明，泵的数量及其功率大小会对次生煤泥数量产生直接影响。当前阶段水系统中包含的泵数量超过35台，总功率加起来超过了3 000 kW。水系统中煤的颗粒大小在0.5～200 mm范围内，很多煤尤其是颗粒尺寸不超过25 mm的末煤都是通过泵随着介质一起输送。介质泵在工作时叶轮高速旋转，会对介质中包含的煤起到破碎的效果。另外泵内部压力高其不均匀分布，也会在一定程度上实现煤的破碎。整个工艺过程持续时间越长，煤泥在水中浸泡的时间越长，最终次生煤泥产量越多。经过统计，次生煤泥的产量大约为5%左右，在采用原煤全入选的方式进行生产的条件下，每生产1 000 t原煤就会得到50 t的次生煤泥。如图1所示为不同生产方式下的煤泥产率和产量统计情况。整个生产线的每小时消耗的原煤为2 000 t左右，煤泥处理设备的处理能力为170 t/h左右。从图1中可以看出，在部分生产模式下煤泥处理设备无法满足使用需要。

图1 不同生产方式下的煤泥产率和产量统计情况

2 洗煤工艺流程中煤泥产生的原因

洗煤工艺流程中煤泥是不可避免的问题。根据煤泥来源不同可将洗煤过程中产生的煤泥划分成为两种类型，分别为原生煤泥和次生煤泥。所谓原生煤泥指的是在矿井采煤过程以及煤矿运输过程中夹杂到煤矿内部的细碎物料。次生煤泥指的是在洗煤过程中产生的煤泥，煤矿中包含的杂质在洗煤过程中会出现筛分破碎，在流体介质冲击力作用下发生破碎，在介质中长时间浸泡发生膨胀破碎等，这些过程都有可能产生次生煤泥。根据煤泥颗粒直径大小可将其划分成为细煤泥和粗煤泥两种类型，其中它们对应的颗粒尺寸范围分别为0～0.5mm和0.5～3.0mm。

3 煤泥减量化工艺的优化

基于以上分析，可以看出洗煤工艺中煤泥含量太高，设备处理能力不足，会在很大程度上影响商品煤质量。因此需要对洗煤工艺进行优化，以降低煤泥产量，提升商品煤质量。因此，从以下几个方面着手来实现煤泥减量化。

3.1 矸石泥预先处理工艺的优化

在原有的洗煤系统中，首先通过水力旋流器对煤泥水进行初步分级，从上部溢流出来的煤泥水和从底部沉淀的煤泥水分别流入浓缩池和螺旋分选机。经过螺旋分选机的精矿段进行处理后可以得到粗精煤产品，经过矸石段处理后得到的石粉通过筛缝为0.35 mm的高频筛对其进行处理，将筛下水输送机浓缩池，没有通过筛缝的物质直接输送至矸石山。由于筛缝较大，得到的筛下水中包含有很多煤泥，输送至浓缩池后会给煤泥处理系统造成很大的压力。

针对实际生产中存在的问题，可以对该部分工艺进行优化。具体优化措施是将高频筛选得到的水进行集中后，不直接将其输送至浓缩池中。而是首先通过添加药剂使其沉淀，通过砂水分离器将沉淀得到的物质输送到矸石山，再将水输送至浓缩池中。如图2所示为高频筛筛下水预处理工艺流程示意图。通过这样的措施能够显著降低筛下水中煤泥的含量，降低煤泥处理系统的压力，提升商品煤的质量。

图2 高频筛筛下水预处理工艺流程示意图

3.2 脱介水工艺流程的优化

以往的洗煤过程中，精煤脱介筛和矸石脱介筛和合格介质段获得的水全部流入到合格介质桶中进行处理，循环使用。而稀介段获得的物料全部输送至磁选机中进行处理，得到的精矿输送至介质桶中。磁选机中剩下的脱泥水输送至煤泥处理系统中。在重介质分选工艺中，主要是通过介质内物质密度不同对它们进行分选，使得矸石脱介筛与精煤脱介筛相比较，其得到的液体内部包含的煤泥含量要高很多，将重者进行直接混合后再处理，会加大煤泥处理系统的负担。

基于此，可以对两个脱介筛稀介段得到的液体进行分开处理，重点是对矸石脱介筛得到的液体进行处理，将内部包含的大量煤泥进行分离，然后在将其输送至磁选机中进行处理。而精煤脱介筛得到的液体仍然按照之前的工艺直接输送至磁选机中进行处理。

3.3 高频筛短路循环工艺的优化

洗煤工艺中，液体在进入浓缩池前，基本上都是通过高频筛进行处理，且筛缝都是0.35 mm。这种情况下，只要煤泥颗粒尺寸小于0.35 mm都可以随介质一起流入浓缩池。当浓缩池中煤泥含量较高且具有较好的亲水性时，会对浓缩质量造成非常不好的影响。对于该问题最简单的方法是在一定程度上缩小高频筛筛缝尺寸大小，将其缩小到0.1 mm。但是当缩小高频筛筛缝后，意味着设备的处理能力降低，为了保证产能，需要加大设备投资提升设备的激振力。

在考虑实际情况的基础上，采用短路循环工艺进行处理。具体措施是将高频筛筛选得到的液体进行收集后，通过泵将液体再次输送至筛面，进行短路循环筛选，经过多次循环后再让其进入下一工序。堆积在筛面上的大颗粒物质可以起到过滤的作用，其效果与降低筛孔尺寸类似。通过这样的措施能够显著降低筛下液体中大颗粒煤泥的含量。

4 优化改进效果

采用以上措施对洗煤工艺进行优化改进后，使得整个煤泥水系统的质量和效果有显著提升。如图3所示为不同工艺优化改进后的效果统计分析。图中优化工艺A、B、C分别对应矸石泥预先处理优化工艺、脱介水优化工艺和高频筛短路循环优化工艺。

图3 三种优化工艺的效果统计图

由图中数据可以看出，经过三种优化工艺进行处理后，每小时能够多排出很多煤泥量，使得煤泥处理系统性能得到很大提升。在块煤+末煤50%的入选模式下，三种工艺条件下对应的多排煤泥量分别为3 t/h、4.06 t/h和0.375 t/h。由于洗煤工艺排泥性能得到显著提升，使得商品煤的质量也上了一个台阶。三种优化工艺条件下得到的商品煤，每千克发热量分别提升了7 kcal、9 kcal和0.8 kcal。由于商品煤质量提升使得售卖价格每吨提升0.5元/t，全年产量按500万t计算，则可以增加收入250万元。另一方面，由于液体进入浓缩池前都对其进行了特殊处理，所以所有进入浓缩池的液体中包含的煤泥量已经非常小。因此，在浓缩池这道工序中使用的药剂量也显著降低，与优化前相比较而言，药剂的使用量降低了8%左右，每年可以节约药剂成本约4万元左右。

基于以上分析可以看出，对洗煤工艺进行优化改进后，使得煤泥处理系统的性能大大提升，排出的煤泥量多出很多，提升了商品煤的质量，为企业创造了很好的经济效益和社会效益。

5 结论

采取优化矸石泥预先处理工艺、优化脱介水工艺流程和优化高频筛短路循环工艺等措施后，有效控制了液体进入浓缩池前的煤泥含量，提升了商品煤质量，进而提升了售卖价格。经过初步估算，通过对三个工艺的改进每年能够为企业多创造254万元的收入。