涡北选煤厂重介质选煤系统降低介质消耗研究

2021-02-26李晓静

煤炭与化工 2021年1期

李晓静

（淮北矿业（集团）有限责任公司，安徽淮北 235000）

1 概况

涡北选煤厂作为涡北煤矿配套建设的动力煤选煤厂，设计入洗能力为120 万t/a。原洗选工艺流程为选前不脱泥无压三产品重介旋流器+跳汰+煤泥重介旋流器+煤泥浮选+尾煤压滤回收的联合工艺流程。

入洗原煤经过准备筛分破碎后输送至主洗车间，在进入无压三产品重介旋流器分选出精煤、中煤和矸石。精煤通过弧形筛进行脱介,筛上物在由精煤脱介筛二次脱介，二段筛下物采用磁选机进行回收,磁选尾矿流入浓缩旋流器，精矿则流到合介桶，通过小直径重介旋流器调节悬浮液的密度。中煤、矸石则通过弧形筛进行脱介，而筛下介质再由磁选机回收，磁选精矿分别流入介质桶和小直径重介旋流器。重介质的消耗是采用重介质选煤的重要技术经济指标之一。

2 重介系统介耗消耗分析

改造前涡北选煤厂的重介介耗在2.5 kg/t 干煤泥的平均水平，远高于行业的平均标准，其原因如下。

（1）原有工艺为不脱泥重介分选工艺，依据涡北选煤厂实际煤质资料分析，原煤中小于3 mm粒度级占原煤量的20%左右，导致重介分选系统循环介质煤泥含量大，磁选机磁辊带泥多，系统介质耗损大，产品带介高，吨原煤介耗高，提高了重介生产成本。因原煤易泥化，存在细泥污染精煤，加大了煤泥水处理环节的处理难度。

（2）原有重介分选系统悬浮液密度控制可实现补水阀开度自动控制，重介分流控制采用集控手动模式，即重介分流阀开度控制方式为人工手动设定，操作员通过现场观察来更改分流阀开度，存在操作断续现象，且涡北选煤厂分流悬浮液采用通过自流直接进入磁选机完成磁铁粉回收和脱泥作业。这种工艺设计再加上分流人工断续控制，导致磁选机入料波动较大，介质消耗不稳定且偏大。现场操作经验是通过较大的分流阀开度维持正常生产。然而这种操作过程存在一个水平衡和介质平衡均为过平衡的现象，即如果分流阀开度较大，导致合介桶密度过高，此时只能通过增加补水阀开度来保证悬浮液密度，无形中增加了系统的流量，降低磁选机的回收率，重介消耗增加。尽管该操作模式也建立了水平衡和介质平衡，但这种平衡称为水平衡和介质平衡的过平衡现象。增加了无效的介质消耗和水耗，很显然现有密控系统存在较大的局限性，需要采用全新的控制方法和技术加以解决。

（3）弧形筛脱介效果差，现场发现精煤弧形筛更换的频繁，弧形筛脱介效果保持不在90%以上。

针对上述问题，涡北选煤厂对重介分选系统、设备及工艺流程的改造势在必行。通过合理的重介分选工艺设计（如淘汰跳汰工艺，实现原煤全重介入选），增设粗煤泥分选系统代替原粗煤泥回收系统，实现重介分选密度控制中补水和分流自动化，实现重介悬浮液密度设定值在线调整，弧形筛上挂防护链等一系列关键技术，以解决涡北选煤厂目前面临的困境，进而提高选煤分选效率和经济效益，降低重介的介耗。

3 改造原理及改造过程

3.1 重介主要生产工艺环节进行改造

涡北选煤厂原煤不脱泥入洗，50 ～0.5 mm 物料由跳汰和无压三产品重介洗选，-0.5 mm 物料由浮选系统洗选，然而原煤中小于3 mm 粒度级占28%左右，造成系统煤泥含量高导致重选过程效率降低，介质消耗大，同时给浮选和煤泥水处理过程带来了巨大的压力。

选前脱泥可为后续的主选环节提供稳定入料，降低煤泥干扰重介分选质量；同时，增加重介旋流器的入料粒度范围，提高分选效果和精煤产率。此外，原煤经脱泥后，与介质充分混合，有助于后期煤泥水处理。

粗煤泥分选工艺与设备，实现1.0 ～0.25 mm高效分选。对于粗煤泥分选方面，针对入洗原煤中末煤含量较高的问题。涡北选煤厂采用CSS 粗煤泥分选机对原分选系统进行升级改造，有效提升分选效率和质量，降低介质消耗；同时，也提升后续浮选作业效率。

煤泥分选回收设备采用1 台直径3 m 的CSS 粗煤泥分选机，其干煤泥处理量为60 t/h。主要分选1 ～0.25 mm 煤泥，入料浓度一般为400 g/L。CSS粗煤泥分选机的入料为原煤经脱泥筛后脱除的0 ～1 mm 煤泥，经浓缩旋流器浓缩分级后0.25 ～1 mm进入CSS 进行分选。CSS 分选产生的精矿经浓缩旋流器和振动弧形筛脱水脱泥后，进入精煤泥离心机，进一步脱水成为精煤产品。CSS 分选产生的尾矿进入高灰浓缩机进行浓缩回收。

此次改造现有跳汰分选工艺，实现入洗原煤全重介洗选设计；增加选前脱泥环节，针对0.25～1 mm 粗煤泥，使用粗煤泥分选设备单独分选，提高分选效率，降低介耗。进行脱泥+无压三产品重介旋流器+CSS 粗煤泥分选新型炼焦煤重介工艺设计。

涡北选煤厂改造后重介分选工艺如图1 所示。

3.2 重介分选密度智能控制

采用选前脱泥工艺后，选前脱泥筛上原煤水分大幅上升甚至出现跑水现象，导致重介系统的水量增加，降低悬浮液密度。现有密度控制系统通过控制补水阀开度来实现控制密度，严重偏离现场工况，必须实现自动分流才能满足现场要求。

传统重介悬浮液密度控制系统，采用人工分流，控制精度不稳定，导致磁选机长期高负荷运转，能耗高、回收率低。

重介悬浮液密度自动控制系统是以PID 控制器为核心的自控系统，是一个集输入（密度值、磁性物含量给定、桶位和自动补水阀开度给定）和输出（自动补水阀和自动分流阀）的系统。

针对密度、煤泥含量、桶位、补水阀开度等变量间的耦合关系，确立了补水采用PID，分流控制由于各影响因素与分流阀开度之间难以建立精确的数学模型，是一个非线性、强耦合的系统，本研究采用最小二乘支持向量机（LS-SVM）进行模型建立。实现重介悬浮液密度的自动控制，在实现密度自动控制基础上，利用智能控制方法实现在煤质发生变化和波动时，自动优化悬浮液密度设定值（图2）。

图1 涡北选煤厂改造后重介分选工艺Fig.1 Heavy medium separation technology after modification of Wobei Coal

图2 重介悬浮液混合密度智能控制系统结构示意Fig.2 Intelligent control system structure of mixing density of heavy medium suspension

3.3 提高弧形筛脱介效果

精煤弧形筛更换的频繁，弧形筛脱介效果保持不在90%以上。在弧形筛筛面上加挂废旧的刮板链条后,间断布置，既保证物料的脱介效果，还提高筛面耐磨性和使用寿命。

4 改造前后的运行状况比较

（1）采用预先脱泥工艺，可降低磁选机的入料浓度，提升回收效率，介耗降低主要是因为粗煤泥分选环节分担了1 ～0.25 mm 原煤的分选任务所致，粗煤泥分选环节作出了重要贡献。经现场检验，不脱泥无压重介系统，产品带介一般在2.5 kg/t 左右，脱泥无压系统产品带介一般为1.5 kg/t，降低了介耗。改造前后介质消耗分析见表1。

表1 改造前后介质消耗分析Table 1 Analysis of medium consumption before and after modification

（2）对新型重介悬浮液密度智能控制系统进行了硬件选型和软件设计，实现了自动分流和自动补水的无扰切换。该控制系统密度控制精度为±0.005 g/cm3，磁选机单机检查表明，将磁选机的回收率提高到99.92%，回收效率良好，控制系统满足了涡北选煤厂煤质多变的实际情况，适应了新型炼焦煤重介分选工艺，保证了产品质量，降低了介质消耗，取得良好的应用效果。系统运行检查见表2。