石圪台选煤厂深度提质改造研究与应用

白 龙，白小军，朱子祺，张佳彬，周瑞通

(国能神东煤炭集团有限责任公司石圪台选煤厂，陕西 神木 719315)

0 引言

随着环保要求越来越高、资源越来越紧张，对煤炭开采提出了更高的要求，要求更高的资源回收率、更低的生产成本、更少的资源浪费[1-3]。在这种形势下，仅依靠提高产量来提高经济效益已经行不通；煤矿企业的管理趋于正规化，矿井年处理能力不变的情况下，向产品质量要效益显得越来越重要，选煤厂商品煤的提质已成为增加效益的主要途径，而影响动力煤煤质的2个主要因素分别是灰分和水分，所以商品煤提质的主要途径是增加入洗量排出矸石同时控制产品水分。

石圪台选煤厂设计采用原煤13 mm分级块煤重介浅槽分选机、末煤两产品重介旋流器分选、粗煤泥螺旋分选机分选、细煤泥加压过滤机板框压滤机联合回收的工艺。

1 制约因素

针对日益迫切的提高产品质量的需求，石圪台选煤厂对原有生产系统进行了研究，分析制约提质的主要因素。

1.1 入洗率未达到设计要求

石圪台选煤厂设计原煤13 mm分级、块煤系统设计处理量1 200 t/h，由于原煤煤质水分较设计用原煤煤质增加，粒度组成发生变化，并且出现泥化现象，导致原煤13 mm分级效果差，大量的粉煤进入块煤系统，导致块煤系统煤泥含量增加，进入介质系统后导致介质系统稳定性差、分选效果降低、脱介效果变差，最终影响商品煤的发热量，故根据现场实际煤质情况采用25 mm分级，提高原煤分级效果。采用25 mm原煤分级之后，进入块煤系统的原煤量降低，仅为900 t/h，对此需采用更高效率的分级方式降低分级粒度、保证分级效果[4-6]。

块煤分选系统的精煤设计采用双层精煤筛实现脱水、脱介和产品分级，上层分级采用13 mm分级，下层采用1.5 mm脱介，上层产品作为块精煤既可以单独作为最终产品销售，也可以经过块精煤破碎机破碎之后作为末精煤或者掺入混煤销售，下层产品作为末精煤产品进一步离心脱水之后掺入混煤销售。经过前期探索实践，通过增加原煤小时量的方式检测块煤系统的整体过煤量时，作为块煤分选系统的下游设备，出现块精煤破碎机过负荷和末精煤去往离心机的溜槽防堵频繁动作的问题。

1.2 细煤泥产品水分高

石圪台选煤厂原煤细煤泥含量占原煤的10%，原有的生产组织方式为块煤全入洗，末煤部分入洗，整体入洗率77%，细煤泥小时量120 t，采用3台型号为GPJ120的加压过滤和3台过滤面积为800 m2的快开隔膜式压滤机脱水处理，整体水分在33%以上，分析原因主要是超细粒级含量太多导致，细煤泥粒度组成表明<0.074 mm的物料占50%以上，特殊时期能达到70%，这部分物料极易堵塞滤布空隙，造成透水困难，导致煤泥产品水分高[7-9]。

1.3 煤泥系统处理能力不足

煤泥处理时，入洗块原煤和末原煤经过1.5 mm脱泥之后煤泥水集中进入原生煤泥桶，用泵输送至原生煤泥分级旋流器，溢流进入浓缩池沉降浓缩，底流进入螺旋分选机进行分选，螺旋精矿由精矿桶收集。通过精矿泵输送至精煤分级旋流器，精煤旋流器的溢流进入浓缩池沉降浓缩，底流进入精煤弧形筛进行脱水，精煤弧形筛的筛下物返回精矿桶进行循环，精煤弧形筛筛上物进入离心机进一步脱水，离心液泵送至精矿桶进行循环，离心机脱水后的产物掺入混煤销售。螺旋尾矿主要是矸石泥，由矸石桶收集，通过矸石泵输送至矸石分级旋流器，溢流进入浓缩池，底流经过弧形筛+高频筛脱水，筛下物返回原生煤泥桶循环处理，筛上物外排。存在的主要问题是粉矸石在系统的浸泡时间长、多次内部大循环、多次泵送造成过粉碎、泥化严重，这部分矸石泥粉碎泥化后表面性质发生变化，难凝聚、难沉降、难过滤，导致浓缩池内煤泥沉降困难、煤泥脱水设备脱水难度大、脱水效率低下，煤泥排不出去，造成循环水发黑、浓缩池扭矩持续增大，限制了入洗量进一步提升，在煤质稳定的情况下块煤入洗量900 t/h，末煤入洗量仅仅达到660 t/h(设计900 t/h)。同时，这部分粉矸石灰分高，泥化之后无法通过螺旋分选机有效进行分选排出，最终随着细煤泥进入了细煤泥处理系统掺入混煤销售，影响混煤的灰分[10-11]。

2 前期改造

2.1 主要改造内容

板框压滤机使用效果提升：主要通过提高岗位操作技能、加强设备维护和管理、加强滤布的清洗工作和通过二次旋流器向板框压滤机入料掺粗从而改变板框压滤机入料粒度组成，产品水分由33.26%降低到了31.48%，效率提高了20%，单台处理能力由120 t/班提高到了144 t/班。

砂水分离器应用：针对矸石泥进入煤泥水系统影响煤泥系统处理效率同时造成煤泥灰分增加的问题，自主设计制造了砂水分离器，首次采用污水处理行业的砂水分离器，直接用于螺旋分选机矸石产品脱泥、脱水高频筛筛下高灰矸石泥的预处理，将高频筛筛下易泥化的高灰矸石泥尽快排出，减轻煤泥水系统负荷的同时提高了煤泥产品的发热量，节约了煤泥系统的生产成本，混煤发热量可以提高102.6 kJ，全年可节约药剂成本和电费成本63.8万元。

助滤剂添加和入料掺粗：针对加压过滤机排料时间长和产品水分高的问题，选煤厂采用了助滤剂添加工艺和入料掺粗工艺。助滤剂添加工艺主要是向加压过滤机的入料桶添加阳离子(聚合氯化铝)，改变煤泥表面化学性质，减少煤泥表面的亲水性，便于煤泥凝聚成团的同时更加有利于水分的脱除。入料掺粗工艺主要是针对入料细粒级含量高的问题，通过掺粗的方式增加滤饼的透气率，更有利于压缩空气穿过滤饼进入滤腔内将水分脱除，同时增加了滤饼的厚度，提高了加压过滤机的处理能力。加压过滤的排料时间缩短了350 s，由800 s降低至450 s，处理能力提高了40%以上。

煤泥干燥：针对细煤泥产品水分高、入洗量越大煤泥水分对指标的影响越大的问题，石圪台选煤厂引进了煤泥干燥工艺，将通过加压过滤机和板框压滤机的产品经过煤泥干燥系统进行干燥，产品水分从平均33%降低到了18%以下，煤泥发热量提高2 775.3 kJ，掺入混煤之后，混煤整体发热量提高了167.44 kJ。

收口角度和排料口直径改造：针对块煤系统末精煤去往离心机的溜槽防堵频繁动作的问题，通过对设备选型以及现场使员工情况分析，单台实际过煤量为150 t/h，单台离心机设计处理能力为250 t/h，符合生产要求。现场分析发现离心机产品水分、运行电流、设备振动等均在设计范围之内，无明显过负荷，初步预测是因为离心机入料溜槽结构不合理，通过对收口角度和排料口直径进行改造，解决了块煤系统末精煤去往离心机的溜槽防堵频繁动作的问题。

2.2 入洗率未达到设计要求

通过前期改造有效解决了细煤泥水分高、煤泥处理设备效率低、矸石泥灰分导致混煤灰分升高、块煤系统末精煤去往离心机的溜槽防堵频繁动作的问题，使得末煤系统处理能力基本达到设计值900 t/h，但对于块煤系统能力最大化以及应对矸石泥化严重的问题无明显改善。针对块煤系统能力最大化和矸石泥化对分选系统的加量的影响，需要从筛分效率的提升、煤泥系统的增量、加药系统的优化、块煤精煤瓶颈设备改造、人员管理等方面，开展进一步优化改造。

3 优化改造实践

3.1 高效筛板的应用

应用方式：原煤分级筛原设计采用市场常见的不锈钢冲孔筛板、编织筛版和普通聚氨酯筛板，使用过程中发现13 mm分级效率低，大量的末煤进入块煤系统影响块煤系统正常运行，特别是原煤水分增大的时候、泥化更加严重，导致筛板堵塞现象频繁出现，只能减量生产，对选煤厂的正常生产造成极大的影响，故采用25 mm对原煤进行分级。石圪台选煤厂经过前期探索和研究，认为钢的材质性能决定钢质筛板很难实现将振动筛的激振力二次叠加传导给物料，普通聚氨酯筛板虽然材质较软，但目前大部分聚氨酯筛板均没有能力根据振动筛的激振形式、激振力和物料工况设计能够最佳传导激振能力的参数，故通过对现场振动筛的振动参数和物料参数的采集与分析，结合新型材料和工艺方法，进行新型筛板设计，通过试用以及有针对性的改进，达到改善分级筛分尤其是细粒级物料筛分效果和提高脱水脱介效果的目的。

使用效果：入料端的筛板在保证良好的抗冲击性能同时，能够以最佳的传导激振力形成抛掷方向，实现自身的自振系数和激振力形成二次随振，使物料获得最佳的翻滚轨迹，避免堵孔或致盲，提高过孔效率。后段筛板能够稳定物料的速度，在速度稳定的前提下物料才能获得有效的抛掷轨迹，既保证了物料保持好的透筛效果，又能避免堵孔的发生。使用效果表明，新型筛板采用13 mm分级时，筛分效率高达82%以上，筛板堵孔率小于6.1%，效率同原有筛板25 mm分级效率相近，并且块煤系统入洗量达到了1 200 t/h，基本达到设计值，基本能够满足块煤系统入洗量提升的要求。

3.2 块精煤刮板筛的应用

应用方式：针对块煤系统入洗量增大，块精煤破碎机处理能力不足问题更加严重的情况，通过对破碎机的入料性质、入料量、破碎机的各项参数进行分析发现，破碎机破碎粒度为50 mm，而破碎机入料为块精煤脱节筛的上层物料，由于原煤采用25 mm分级，块精煤上层筛采用13 mm分级，物料中含有大量粒度小于50 mm的物料，进入破碎机之后造成冗余负荷，在原煤煤质较好的情况下，破碎机总入料量为830 t/h，其中<50 mm物料含量为260 t/h，前期实践表明破碎机在处理量为600 t/h的情况下，很少出现过负荷问题，故需要考虑将这部分粒度符合要求的物料提前分离。

使用效果：通过对现场的生产工艺和设备安装情况进行考察，最终提出了对块精煤破碎机的入料刮板机进行改造。改造方式是将块精煤刮板机的底板更换为孔径50 mm的冲孔不锈钢板，块精煤在刮板机内运输的过程中粒度小于50 mm的部分物料会透过底板落入下方的收集溜槽，掺入混煤，使得运输至挂机机头的物料中<50 mm比例降低，从而降低块精煤破碎机的负荷。改造实践表明，透筛量达到了200 t/h，能将<50 mm中的70%以上的物料提前处理，使得块精煤破碎机的负荷降低到了630 t/h，维持在了块精煤破碎机的处理范围之内，从而解决了块精煤破碎机处理能力不足的问题。

3.3 增加煤泥处理设备

针对块煤系统和末煤系统的实际处理能力到达设计能力的现状，煤泥产量大幅度增加，由原来的100 t/h增加到了150 t/h，原有煤泥处理设备虽然通过改造提高了处理效率，但是处理能力仅仅为120 t/h，不能满足实际生产需求。为了解决这一问题，新增了4台型号为HMZGFQ550/2000-U的景津压滤机，单台处理能力达到了27 t/h，合计增加处理能力约100 t/h，极大地缓解了入洗量增加带来的煤泥系统过负荷的问题。同时，由于新增板框压机处理能力富余，在煤质正常、煤泥量不会突然增加、煤泥特性不会突变、煤泥处理难度稳定的情况下，原有3台板框压滤机小时处理能力合计达到60 t/h，原有3台加压过滤排料时间按照450 s计算，则小时处理能力合计48 t/h。结合数据分析可知，采用3台原有板框压滤机和新增的4台板框压滤机处理能力达到了160 t/h，基本能够满足入洗量增加后的煤泥处理需求。反观加压过滤机需要空气压缩机提供罐体内的压力、3台加压过滤机配8台150 kW的空气压缩机，造成电耗增加，因此在煤质稳定的情况下，采用停用加压过滤机的方式组织生产，还能起到节约电耗的作用。在煤质变差的情况下开启加压过滤机，可增加煤泥系统的处理能力，保证原煤的整体入洗率。

3.4 加药系统改造

改造方式：石圪台选煤厂正常生产过程中采用聚合氯化铝作为凝聚剂，聚丙烯酰胺作为絮凝剂。分别采用2套自动制药系统，由岗位现场观察浓缩池溢流，并通过煤泥沉降试验确定加药比例和加药量。聚合氯化铝的加药点为缓冲池入料管和缓冲池内，聚丙烯酰胺的加药点为浓缩池稳流桶，该加药制度落后，应对煤泥变化的效能太差，而且人为影响因素较大，特别是原煤泥化加剧的情况下，煤泥特性发生较大变化，粒度组成变细、表面电性增强、煤泥量明显增加，导致煤泥难沉降、难过滤。

具体措施：采用高效絮凝剂聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺共聚物，用分子量2 000万以上代替1 200万的原有聚丙烯酰胺，分子链加长絮凝效果显著。原煤泥化加剧的情况下，煤泥特性发生变化，需要大量的聚合氯化铝中和煤泥表面电性，用量为平时的2～3倍，此时原有的加药系统不能满足要求，所以新增了一套加药系统，专门用于特殊时期的聚合氯化铝的添加，同时将加药点选择在主厂房内去往浓缩池的管道上。将加药点提前了30 m，更有利于药剂与煤泥表面的接触和反应。

注意事项：在煤泥泥化的情况下切勿添加过量的聚丙烯酰胺，盲目加入大量絮凝剂，极易导致阳离子来不及中和煤泥表面的电荷，煤泥就已经絮团形成空间结构，阳离子无法进入絮团内部导致絮团蓬松，与水分子作用极易悬浮在浓缩池内，形成难以沉降的悬浮层，此时容易造成药剂量不足的表观现象，如果继续加大絮凝剂用量，絮团就会越来越大、越来越难以沉降，累积到一定程度之后突然沉降造成压耙事故。所以在煤泥泥化的时候需要加大凝聚剂的用量，根据沉降试验添加一定量的絮凝剂。另外还需根据泥化煤泥的矿物组成进行分析，以蒙脱石为例，主要为层状结构，层间距小于铝离子的直径，导致铝离子无法进入内部，煤泥压不实，形成悬浮层，影响煤泥沉降，面对这种情况石圪台选煤厂采用了工业盐作为凝聚剂，利用钠离子直径小的特点，容易进入絮团内部，中和内部煤泥表面的电荷，便于进一步压缩、沉降。

4 结语

通过一系列的改造末煤系统和块煤系统的入洗量分别都达到了设计值，整体入洗率由77%提高到了82%，提质幅度由1 900 kJ提高到了2 134.9 kJ，但是仍然有部分末煤没有经过分选系统直接作为商品煤销售，选煤厂的提质作用仍需进一步发掘。针对这一情况，对生产系统进行数量分析发现，原煤小时量2 300 t/h，块煤系统入洗量1 200 t/h，末煤系统入洗量900 t/h，还有200 t/h的原煤量未经过分选。而原煤的粒度组成显示有10%的煤泥含量，即原煤中有230 t/h的煤泥，可以采用原煤预先脱粉的方式将细煤泥提前脱除不进入分选系统，既能实现非煤泥部分的物料的全部分选，同时减少了煤泥量、从而有效提高商品煤发热量、控制煤泥处理成本。