大地选煤厂选煤工艺参数优化研究

2022-05-16赵道文

山东煤炭科技 2022年4期

赵道文

（晋能控股煤业集团大地选煤工程有限责任公司，山西大同 037003）

1 概况

大地选煤厂位于山西省大同市，是典型的炼焦煤选煤厂，年产量3500 万t/a，产品主要包括精煤、中煤、矸石以及煤泥。其中，精煤主要包括TBS精煤、重介精煤以及浮选精煤三种；中煤包括TBS 尾煤和重介中煤；矸石主要为重介选矸石；煤泥为浮选尾煤。选煤厂重介精煤、TBS 精煤以及浮选精煤组织生产的灰分分别为10.51%～11%、10.50%～12%、＜10.50%。大地选煤厂现主要有一车间与二车间两个选煤车间，其工艺大体相同，工艺流程如图1。50～1 mm 的原煤采用重介质旋流器工艺分选出的为矸石、中煤以及精煤三个产品；1～0.25 mm 的粗煤泥采用TBS 粗煤泥分选机技术分选出的为中煤与精煤产品；-0.25 mm 的煤泥采用浮选机工艺分选出的为煤泥与精煤两种产品。由于大地选煤厂的产品是由生产系统不同的分选作业组合加工而成的，选煤厂的最终产品也是由各个分选作业产品混合而成，故不同的分选产品的产率与灰分也各不相同。若要提升产品质量，通过优化改造选煤厂设备与工艺流程耗资巨大，洗选车间的时间与场地也无法满足，故采用洗选工艺指标优化的方法对洗煤厂产品结构与工艺进行优化研究[1-6]，以期提高企业经济效益。

图1 大地选煤厂选煤工艺流程示意图

2 选煤厂破碎解离规律研究

2.1 原煤性质分析

对选煤厂原煤进行采样与制备处理并对其进行性质分析，原煤中干燥基含量为2.56%，灰分约为51%，属高硫高灰煤；炼焦原煤镜质组含量最高为43.25%，壳质组含量最低为1.5%，惰质组含量约27.32%，矿物含量约为28.9%。炼焦煤的煤岩组分中惰质组挥发分最低，壳质组最高，镜质组在中部。在显微组分中，壳质组含量较低使得煤炭整体挥发分较低，使得该原煤属粘结性较强的原煤；原煤的硫分测定采用库伦滴定法。经分析，原煤中的有机硫占比从大到小分别为噻吩、硫醚键和巯基。其中，占比约为70%噻吩最难脱除，故大地选煤厂脱硫的最大极限为1.2%～1.38%左右。对原煤进行浮沉试验后发现，原煤粒度的减小会使低密度原煤的产率增大，-13 mm 密度级产率变化不明显，高密度级原煤产率会逐渐减小；原煤粒度特性更适合Rosin-Rammler 模型，误差仅有2%。

2.2 破碎解离试验研究

选煤厂破碎解离试验将原煤分为25～13 mm 与50～25 mm 两组进行试验，试验过程流程图如图2。50～25 mm 粒级的原煤将分成25 mm 与13 mm 破碎粒度进行试验，25 mm 破碎粒度试验后的产品按0.5 mm、6 mm 与13 mm 进行筛分，再将25～13 mm 粒级的煤样按13 mm 破碎粒度进行破碎并按0.5 mm与6 mm 进行筛分。其余分类的25～13 mm 粒级均按上述方法进行处理。

图2 破碎解离试验流程示意图

2.3 破碎解离规律分析

通过上述试验主要得出了两方面结论：一方面是破碎对精煤产率的影响，50～25 mm 粒级的原煤破碎到13 mm 时产率提升2.1%，破碎为25 mm 时产率提高仅0.51%，破碎到25 mm 的原煤再破碎到-13 mm 后，矸石与煤的解离程度显著提高。因此，将50～25 mm 粒级的原煤破碎-13 mm 时对精煤的回收利用更为有利。在精煤灰分要求方面，10.5%的灰分要求产率的增加略高于11%；25～13 mm 粒级的原煤破碎到25 mm 时产率提高较为显著，约提升10%，灰分要求对该过程的产率影响较小。另一方面为破碎对硫分的影响，50～25 mm 粒级的原煤破碎到13 mm 与25 mm 且灰分要求为11%时，精煤的硫分含量均有所降低，并且破碎粒度越小硫分含量就越低；50～25 mm 粒级原煤与25～13 mm 粒级原煤破碎至-13 mm 结论也同样如此，总体来说影响不大。经综合分析研究发现，50～25 mm 粒级原煤不进行破碎处理，25～13 mm 粒级破碎到-13 mm的破碎工艺最为合适，提升产率约2.25%，效果提升显著。

3 TBS 分选效果预测研究

在床层压力一定的情况下，上升水流流量的提升可使分选密度有所提升。大地选煤厂上升水流流量指标的确定是通过调整上升水流流量数值，计算出底流与溢流指标并进行比较最终确定上升水流速率。该方法操作繁琐，需浪费大量人力、物力，故本文对大地选煤厂各参数对分选密度参数影响规律进行研究分析[7-10]，计算不同密度级溢流与底流的分配率，实现不同密度级TBS 底流与溢流产品指标的预测分析。

（1）利用FLUENT 流体力学模拟软件对粗煤泥TBS 分选过程进行模拟，湍流模型选择RSM 模型，颗粒运动选择DPM 模型。

（2）Case 1 采用大地选煤厂TBS 分选机模型、参数、尺寸以及过往的入料密度数据。TBS 尺寸与操作参数为分选机直径为3 m，入料粒度为-1 mm，入料质量浓度为52.46%，上升水流量为92 m3/h。大地选煤厂入料密度数据见表1。大地选煤厂入料密度组成中间密度级的物料占比相对较少，物料占比最高的主要集中在-1.4 g/cm3与+1.8 g/cm3密度级的部分，产率具体为44.63%、34.58%。TBS几何模型示意图如图3。

图3 TBS 几何模型示意图

表1 大地选煤厂入料密度数据表

（3）Case 2 设置上升水流速度分别为40 mm/s、35 mm/s、30 mm/s、25 mm/s、20 mm/s。将上述数据输入软件后，可得不同上升水流的参数值。当上升水流流速为20 mm/s 时，a=4.092，b=52.34，c=1.312，E=0.066；当上升水流流速为25 mm/s 时，a=3.428，b=37，c=1.41，E=0.079；当上升水流流速为30 mm/s 时，a=3.09，b=30，c=1.511，E=0.087；当上升水流流速为35 mm/s 时，a=2.709，b=23，c=1.511，E=0.087；当上升水流流速为40 mm/s 时，a=2.248，b=16，c=1.698，E=0.12。其中，a、b、c为软件内函数参数，E为可能偏差。采用三参数正态分布模型拟合上述a、b、c以及E值可得拟合模型为：a=0.269 2/Ep；b=0.226 4/Ep2；δ=c。其中，δ为分选密度。

完成TBS 分选效果预测模型后，将不同的密度级输入模型，再利用等基元灰分方法即可对精煤产率进行分析。将不同的分选密度输入模型后发现，当TBS 分选密度为1.358 g/cm3时，精煤产率最大，为9.17%。

4 参数优化测试

将灰分要求设定为11%，破碎解离设定为0～25 mm 粒级原煤不进行破碎处理，25～13 mm 粒级破碎到-13 mm，TBS 分选密度设定为1.358 g/cm3。按上述参数进行工艺参数优化并进行实际生产测试后发现，大地选煤厂生产总精煤产率提高为44.58%，较之前的40.12%提高约4.46%，符合参数优化相关要求。