朱得華

(大地工程開發(fā)(集團)有限公司 天津分公司，天津300000)

跳汰選煤是較為傳統(tǒng)的選煤方法，近十年新建選煤廠很少采用跳汰工藝，大部分采用重介工藝；重介選煤在處理泥化嚴重的高灰原煤時，若分選密度>1.8 g/cm3，不僅高密度懸浮液難以配制，其粘度也難以控制，導致重介旋流器很難實現(xiàn)穩(wěn)定分選。

轉(zhuǎn)龍灣礦井動力煤選煤廠于2015年初投產(chǎn)，設計能力為5.0 Mt/a(實際入選能力為8.0 Mt/a)，主選系統(tǒng)采用3臺單段跳汰機。跳汰工藝具有生產(chǎn)成本低、處理量大、分選下限低、事故率低、系統(tǒng)檢修維護量少等優(yōu)點，適合高密度排矸作業(yè)，排矸密度高達2.0 g/cm3以上，且設備通過能力較大，對煤質(zhì)波動適應性較好。然而在礦井過斷層時，原煤灰分急劇增加，各系統(tǒng)處理能力稍有不足，需要對原煤入料量進行控制。

1 礦井及選煤廠概況

轉(zhuǎn)龍灣煤礦礦井采用斜井開拓，長壁后退式采煤方法，綜合機械化一次采全高采煤工作面，全部冒落法管理頂板，主斜井帶式輸送機最大提升能力為2 350 t/h。井田含煤地層為侏羅紀中下統(tǒng)延安組，可采煤層10層，礦井前20年主要開采Ⅱ-3煤層。礦井范圍內(nèi)Ⅱ-3煤層厚度變化大，斷層多，其中233、234采區(qū)勘探程度低，平均煤厚3.0 m左右，煤層薄，各煤層一般含1-3 層夾矸或不含夾矸，頂板、底板多為泥質(zhì)粉砂巖、細砂巖。

轉(zhuǎn)龍灣動力煤選煤廠是礦井型選煤廠，主要入選轉(zhuǎn)龍灣礦井原煤。選煤廠設計能力為5.0 Mt/a，工作制度為：一年生產(chǎn)330 d，一天生產(chǎn)16 h，兩班生產(chǎn)，一班檢修；年工作5 280 h。

選煤廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以生產(chǎn)動力煤和化工用煤為主。其中包含100～30 mm粒級的洗混塊，灰分<10%，硫分<1%，發(fā)熱量>22.60 MJ/kg，主要供化工造氣、工業(yè)鍋爐用煤等；30～13 mm粒級的洗小塊,灰分<10%，硫分<1%，發(fā)熱量>22.60 MJ/kg，主要供煤化工項目；<13 mm粒級的洗末煤，灰分<10%，硫分<1%，發(fā)熱量>18.83 MJ/kg，主要作為發(fā)電用煤[1]。

2 選煤廠分選工藝

井田各煤層均為不粘煤，具有特低灰-低灰、低硫-中硫、特低磷-低磷、高-特高熱值、中揮發(fā)分、低-中等水分、較高熱穩(wěn)定性和化學反應性強、焦油產(chǎn)率及揮發(fā)分產(chǎn)率均較高等特點，是優(yōu)質(zhì)的動力用煤和工業(yè)氣化用煤，也可以煉制鐵合金焦。原煤性質(zhì)結(jié)果見表1。

表1 原煤性質(zhì)結(jié)果Table 1 Analysis of raw coal property %

表2為100～0.5 mm原煤浮沉試驗結(jié)果。由表2可知，<1.40 g/cm3的低密度和>2.0 g/cm3的高密度含量比較高，呈現(xiàn)兩頭高、中間低的分布規(guī)律，而中間產(chǎn)物含量較低。當分選密度>1.6 g/cm3時，可選性等級為易選，可采用分選密度>1.8 g/cm3高密度排矸的方法，用來得到灰分<10%的精煤。但是對于重介選煤，如果排矸密度>1.8 g/cm3，難以配制高密度懸浮液，因此不建議采用重介質(zhì)分選工藝，而采用單段跳汰工藝來生產(chǎn)低灰精煤[2]。

表2 100～0.5 mm原煤浮沉試驗結(jié)果

跳汰選煤可用于塊煤、混煤和末煤的洗選，90年代國內(nèi)一些大型選煤廠使用了德國巴達克跳汰機，效果較好，有效分選粒級為100～0.5 mm。其工作原理是通過調(diào)節(jié)風和水，使煤在脈動的水流中動態(tài)形成近似按密度分層，并通過排矸系統(tǒng)將沉于下層的重產(chǎn)品(矸石)排出，完成分選的過程。跳汰選煤的主要優(yōu)點在于其適合高密度排矸作業(yè)，排矸密度可在2.0 g/cm3以上，設備通過能力較大，對煤質(zhì)波動適應性較好[3]。

根據(jù)選煤廠煤質(zhì)資料和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的要求，最終確定分選工藝為：100～0.5 mm粒級跳汰混合入選(或100～13 mm粒級塊煤入選)；1.5～0.25 mm粒級粗煤泥采用分級旋流器+煤泥離心機回收；<0.25 mm粒級細煤泥采用濃縮機+快開隔膜壓濾機脫水回收。

3 生產(chǎn)系統(tǒng)運行情況

3.1 跳汰系統(tǒng)

選煤廠選用三臺跳汰機(跳汰室寬度為5 400 mm，長度為3 500 mm)，跳汰面積為18.9 m2，近三年單機生產(chǎn)能力可達100 t/(m·h)[4]。

混煤跳汰機有效分選上限為100 mm，下限為0.5 mm，跳汰機選前要保證入料粒度，入選粒度過寬或粒度超限，都會導致分選精度下降。

選煤廠選用3臺T50100型矸石斗式提升機，單臺最大處理能力為100～150 t/h，正常情況下(原煤灰分≤25%)斗式提升機能力可滿足選煤廠生產(chǎn)要求，但是在礦井過斷層過程中，原煤灰分急劇升高，原煤矸石含量迅速增加，其中>50 mm矸石量高達37.6%，原煤綜合矸石含量為57.49%。原煤篩分試驗結(jié)果見表3、原煤篩分試驗結(jié)果見表4。斗式提升機能力不足，如果原煤處理能力維持不變，系統(tǒng)會因矸石量超過斗式提升機提升能力而出現(xiàn)事故，影響選煤廠及礦井正常生產(chǎn)。目前，大型礦井可對矸石斗式提升機進行提能改造(斗子提速并更換驅(qū)動電機)，同時減少選煤廠系統(tǒng)處理量來消化礦井額外增加的矸石。

表3 原煤篩分試驗結(jié)果Table 3 Screen analysis of raw coal %

表4 原煤浮沉試驗結(jié)果

礦井過斷層時間一般持續(xù)一兩個月，過斷層原煤灰分基本在50%～60%之間，因此矸石斗式提升機提升能力嚴重制約礦井生產(chǎn)。在礦井過斷層過程中，需按選煤廠矸石斗式提升機實際提升能力進行核算，針對不同的原煤灰分來調(diào)整系統(tǒng)的最大通過能力。實際生產(chǎn)中根據(jù)灰分情況調(diào)整跳汰機入料量，具體核算結(jié)果見表5。

跳汰系統(tǒng)目前的主要問題是在保證精煤灰分<8%(平均精煤灰分為6.5%)的前提下，矸石段產(chǎn)品灰分和帶煤量無法進行有效控制。矸石提升系統(tǒng)在礦井過斷層時易出現(xiàn)能力不足和壓斗子事故。

表5 不同原煤灰分跳汰機入料量核算

3.2 粗煤泥系統(tǒng)

選煤廠選用3臺φ1 200 mm立式煤泥離心機，單臺處理能力在30～50 t/h之間，正常情況下能滿足選煤廠粗煤泥回收任務。

通過選煤廠301原煤皮帶秤數(shù)據(jù)和粗煤泥離心機處理數(shù)據(jù)可知，過斷層時泥巖增多，原生煤泥量可達到14%，綜合煤泥產(chǎn)率約為20%，此時離心機篩籃易被堵塞，粗煤泥回收系統(tǒng)壓力較大，易出現(xiàn)處理能力不足和產(chǎn)品水分超標的問題。

正常情況下原煤采用混合入選方式，粗煤泥回收系統(tǒng)是可以滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求的。但在礦井過斷層過程中，必須通過調(diào)整生產(chǎn)方式來解決粗煤泥回收的問題，通過降低原煤小時入選量或原煤分級后塊煤單獨入選的方式來緩解粗煤泥回收系統(tǒng)的壓力。

3.3 濃縮系統(tǒng)

選煤廠采用2臺φ45 m濃縮機處理煤泥水(其中一臺備用)，正常煤質(zhì)情況下濃縮機的溢流循環(huán)水濃度在5 g/L左右，入料濃度在80 g/L左右。但當?shù)V井過斷層時，泥巖較多，煤泥難以沉淀，煤泥水水質(zhì)急劇惡化，濃縮機入料濃度達到200 g/L以上，溢流循環(huán)水濃度在130 g/L左右，甚至高達160 g/L，跳汰機洗選效果極不穩(wěn)定，對精煤灰分影響較大。

選煤廠在煤質(zhì)正常時可采用跳汰混合入選或原煤分級后塊煤單獨入選的方式，在過斷層時可采用原煤分級后塊煤單獨入選或調(diào)整原煤入選量來緩解濃縮系統(tǒng)的壓力。

對于大型跳汰選煤廠的濃縮系統(tǒng)一定要考慮煤泥水系統(tǒng)的處理能力，同規(guī)模的跳汰選煤廠是重介選煤廠煤泥水負荷的2倍。煤泥水量的急劇增加直接影響濃縮機入料系統(tǒng)的穩(wěn)定，可在濃縮機入料前設置小型緩沖水池(容積>100 m3)來降低入料速度，常規(guī)采用的φ3 m緩沖水箱已無法滿足水量緩沖及降速的要求[5]。

4 工藝選擇分析

轉(zhuǎn)龍灣選煤廠如果采用重介分選工藝，一般選取塊煤淺槽重介分選機+末煤重介質(zhì)旋流器進行分選，根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和煤質(zhì)資料分析，排矸密度>1.8 g/cm3，不但高密度懸浮液難以配制，而且在過斷層時產(chǎn)生泥巖較多，高密度分選致使介質(zhì)粘度太大，重介質(zhì)旋流器很難實現(xiàn)穩(wěn)定分選。

動力煤選煤廠處理高灰原煤，如淮南礦區(qū)張集一礦選煤廠采用德國進口巴達克跳汰機，張集二礦選煤廠采用國產(chǎn)埃凱X型跳汰機，目前仍在穩(wěn)定運行。兗州礦區(qū)與淮南礦區(qū)由于部分煤種可作為煉焦配煤，部分選煤廠在改造或者新建過程中將跳汰系統(tǒng)改為重介系統(tǒng)，這也是適應市場的需求，并不代表跳汰系統(tǒng)不適用于動力煤選煤廠。而對于鄂爾多斯礦區(qū)的不黏煤種僅作為化工用煤或者動力煤時，采用跳汰工藝也是一種選擇[6-7]。

跳汰工藝可實現(xiàn)排矸密度>2.0 g/cm3，跳汰機的通過能力也優(yōu)于重介旋流器，因此轉(zhuǎn)龍灣選煤廠選用跳汰工藝是合理的。

5 結(jié)語

在選煤行業(yè)前十年發(fā)展中，新建選煤廠多采用重介質(zhì)選煤設備。此外，在最近幾年的選煤廠技改潮中，重介質(zhì)選煤替換跳汰工藝尤為突出。雖然重介工藝可提高煤炭分選精度，但在煤炭行情低迷時期，其運營成本高的問題也逐漸顯現(xiàn)出來。同等規(guī)模的重介質(zhì)工藝，投資費用比跳汰工藝高出10%～20%。而且重介系統(tǒng)不僅工藝復雜、設備眾多、電耗高，還需要消耗一些磁鐵礦粉，運行費用高。但對于部分重介工藝的動力煤選煤廠，最終分選出來的產(chǎn)品質(zhì)量高于客戶需求時，還需配以煤泥、中煤、矸石來調(diào)整發(fā)熱量。

而跳汰工藝在大型動力煤選煤廠應用良好。對于部分動力煤選煤廠，跳汰工藝一次性洗選即可滿足客戶要求，減少配煤環(huán)節(jié)，降低運營成本。其完全能滿足生產(chǎn)要求，不必追求分選精度高，而應以滿足市場要求，實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化為原則。故選煤廠工藝的選擇需要綜合考慮煤質(zhì)情況、市場需求、選煤廠投資及運行成本，選擇最優(yōu)方案。