劉軍伶,吉英華,苑金朝,耿 浩,任盼力
(1.河南能源化工集團能源管理公司生產(chǎn)部,河南 鄭州 450000;2.河南能源化工集團永煤公司 新橋煤礦,河南 永城 476600;3.北京國華科技集團有限公司,北京 101300)
新橋煤礦選煤廠隸屬于河南能源化工集團永煤公司,位于河南省永城市南郊,是與新橋煤礦相配套建設的礦井型選煤廠。始建于2005年10月,2007年12月26日正式投產(chǎn),設計入洗能力1.20 Mt/a,采用跳汰+浮選聯(lián)合分選工藝。礦井煤質(zhì)優(yōu)良,為低—中灰、特低硫、特低磷、高發(fā)熱量、高熔灰分、抗碎強度較高、熱穩(wěn)定性好的優(yōu)質(zhì)無煙煤。銷售精煤為洗中塊、洗小塊、洗末精煤和篩末煤,附屬產(chǎn)品為中煤和煤泥。其中洗中塊和洗小塊是國內(nèi)稀缺的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品,洗末精煤是優(yōu)質(zhì)的高爐噴吹用煤,篩末煤發(fā)熱量可根據(jù)市場需求調(diào)整銷售,用于化工原料煤和動力煤。近幾年,隨著井下生產(chǎn)系統(tǒng)的升級改造,選煤廠跳汰機處理能力大幅提升,2018年核定產(chǎn)能為2.10 Mt/a,為原設計的1.75倍。尤其是2015年之后,井下煤質(zhì)發(fā)生極大變化,塊煤含量大幅下降,且酥軟易碎,煤泥濕黏,小于0.5 mm粒級產(chǎn)率劇增,洗選系統(tǒng)的煤泥量由8%左右提高到25%以上,原有的包括煤漿預處理工序在內(nèi)的浮選生產(chǎn)系統(tǒng)早已不堪重負,又加之機械設備老化,嚴重影響生產(chǎn)。因此升級改造工程迫在眉睫。
本次技改的主要內(nèi)容,除了用2臺GTFMC20-4(s)型機械攪拌式浮選機取代陳舊的老設備,浮選機總?cè)莘e增加了32 m3外,并設置1臺FCA-2500型霧化跌落式煤漿預處理器取代了原有的XK-1600型礦漿預處理器。
煤漿預處理是煤泥浮選生產(chǎn)系統(tǒng)必不可缺的工藝環(huán)節(jié)。其必要性有以下3點:
(1)將入浮煤漿稀釋到合理的濃度范圍;
(2)將浮選劑充分分散;
(3)將分散的浮選劑良好地混合在煤漿中。
新橋礦選煤廠原設計配置2臺單室容積為16 m3,1組4室的機械攪拌式浮選機,2臺浮選機共用1臺XK-1600型礦漿準備器(見圖1)。
1—霧化機構;2—加藥漏斗;3—混合槽;4—扇形分散槽;5—噴霧盤;6—回藥盤;7—檢修孔;8—排料箱;9—觀察孔;10—入料口; 11—筒體;12、13—稀釋水口;14—油管噴嘴;15—回藥管;16—分配盤;17—采樣管圖1 XK-1600型礦漿準備器結(jié)構示意
該廠原先所用的XK-1600型礦漿準備器是20世紀80年代原平頂山選煤設計研究院在前蘇聯(lián)的設備基礎上研發(fā)的,其工作原理主要是依靠霧化機構將浮選劑霧化。霧化機構是由1臺電動機直接帶動起霧盤組成的,起霧盤是1個邊沿帶齒的圓盤(見圖2)。浮選劑由加藥漏斗給到圓盤面底部中央,圓盤面高速旋轉(zhuǎn)時具有一定負壓,將浮選劑持續(xù)吸附。在圓盤離心力的作用下,使盤面上的浮選劑薄膜從盤面中心向外擴散,并通過圓盤邊緣的齒尖切割,以其所得到的切向高速射入空氣中并與空氣發(fā)生摩擦,使浮選劑被粉碎成微細的霧滴。入浮煤漿經(jīng)入料口切線進入礦漿準備器,又經(jīng)混合槽、扇形分散槽分割成多股煤漿,自重下落,在下落過程中與浮選劑霧滴接觸,混勻后,經(jīng)排料箱、排料管進入浮選機。
圖2 起霧盤(下盤面)示意
新橋選煤廠自投產(chǎn)以來一直使用XK-1600型礦漿準備器,目前,該設備老化嚴重且故障多。在使用期間發(fā)現(xiàn),該設備的霧化機構工作復雜,維護量較大且維修困難。出現(xiàn)問題時處理時間長,嚴重時會影響到選煤廠的正常生產(chǎn)。
霧化是浮選劑分散的最佳方法,該煤漿預處理器的優(yōu)點是將浮選劑霧化,但長期生產(chǎn)實踐表明,這種機械霧化方式有以下缺點:
(1)噴嘴堵塞不易處理。浮選劑是依靠加藥漏斗與噴嘴之間的高差所形成的靜壓,經(jīng)噴嘴將其射向起霧盤中心的。選煤廠所使用的浮選劑有時含有雜物或絮狀物,因而易堵塞噴嘴。起霧盤安裝在礦漿準備器中,空間極為狹小,加之起泡劑刺鼻嗅味,人們進入排除非常困難。有的選煤廠借用壓縮空氣來吹開噴嘴的堵塞物,這需要一定的時間,從而影響了生產(chǎn)。
(2)因浮選劑所含化學物質(zhì)的腐蝕,噴嘴出口變大,浮選劑就射不到起霧盤中心,人們無法及時發(fā)現(xiàn)。而變換噴嘴又是一項極其困難的工作。
(3)起霧盤由1臺兩相電動機聯(lián)動,在近3 000 r/min的轉(zhuǎn)速下其要實現(xiàn)動平衡,取決于起霧盤的制造和裝配質(zhì)量,這需要相當高的技術精度。否則就產(chǎn)生劇烈振動,損壞電動機軸承,以致造成“燒電機”的事故。
經(jīng)多方面考察和現(xiàn)場實際了解,新橋礦選煤廠本次浮選系統(tǒng)改造選擇FCA-2500型霧化跌落式煤漿預處理器,它采用了壓縮空氣霧化浮選劑,粗細顆粒有不同的預處理時間。其主要結(jié)構見圖3,該設備由風動噴射式霧化器、加藥漏斗和箱體等組成。風動噴射式霧化器位于箱體頂部中心位置,上端為壓縮空氣進口,側(cè)面設有加藥漏斗。跌落箱為正方形截面的箱體,箱體上部外側(cè)設有入料箱,內(nèi)部兩側(cè)設有溢流槽,溢流槽內(nèi)設置了隔板,每塊隔板上均開設了若干個通孔,目的是使煤漿沿槽寬均勻溢流。下部箱體為煤漿與浮選劑混合的工作區(qū),兩側(cè)各布置與水平面有夾角的上滑板和下滑板,上、下滑板上均焊接有與其成一定角度且等距布置的坎條。
1—噴射式霧化器;2—壓縮空氣管路;3—控制閥門;4—壓力表;5—加藥斗;6—箱體;7—隔板;8—溢流槽; 9—上滑板;10—下滑板;11—坎條圖3 FCA-2500型霧化跌落式煤漿預處理器結(jié)構
風動噴射式霧化器的作用是通過壓縮空氣將浮選劑吸入并使之發(fā)生霧化。通過控制閥將壓縮空氣的壓力調(diào)整到0.06~0.1 MPa之間,經(jīng)管路進入風動噴射式霧化器中,經(jīng)噴嘴高速噴出并在噴射室內(nèi)產(chǎn)生負壓,形成抽吸作用。加藥漏斗中的浮選劑因為噴射室的負壓作用被快速吸入,后經(jīng)過壓縮空氣的噴射氣流沖擊所產(chǎn)生切割作用,使浮選劑充分霧化,良好地在上部箱體內(nèi)擴散。
箱體上除了有入料管的進口,還有稀釋水的進口,可以調(diào)節(jié)入浮煤漿的濃度。通過入料箱被分配到箱體上部兩側(cè)的溢流槽內(nèi),沿槽寬呈“瀑布”狀溢出,在泄落過程中與霧狀浮選劑相遇接觸混合。還有一部分霧滴靠自重直接降落在第一層上滑板上,混有浮選劑的煤漿通過上、下滑板的坎條,連續(xù)躍起和跌落,使得煤漿與浮選劑霧滴反復混合,直至從箱體底部排出進入浮選機。
本次技改工程采用1臺FCA-2500型霧化跌落式煤漿預處理器和2臺GTFMC20-4(S)型機械攪拌式浮選機取代原有的1臺XK-1600型礦漿準備器和2臺浮選機后,取得了顯著的效益。
霧化跌落式煤漿預處理器將浮選劑分散為極細的小霧滴,并且均勻地混合在煤漿中,可以有效減少浮選劑的消耗。據(jù)統(tǒng)計,在浮選系統(tǒng)改造前,平均1 t煤泥的浮選劑消耗量為0.63 kg,其中起泡劑(復合藥劑)的耗量為0.28 kg,捕收劑的耗量為0.35 kg。更換為FJC型霧化跌落式煤漿預處理器后,平均1 t煤泥的浮選劑耗量為0.55 kg,其中起泡劑(復合藥劑)耗量為0.24 kg,捕收劑耗量為0.31 kg。平均1 t煤泥降低浮選劑0.08 kg,節(jié)省了13%。降低了選煤成本。
霧化跌落式煤漿預處理器在上、下滑板設置了若干坎條(見圖3),可以使粗、細顆粒在設備內(nèi)有不同的停留時間,低灰粗粒停留時間長,在其表面形成足夠穩(wěn)定的油膜,可以優(yōu)先浮起,避免損失在尾煤中,高灰細泥對捕收劑吸附能力強,但因停留時間短促,避免了過度吸附,影響精煤的灰分。該設備使用前、后5個月的浮選指標見表1。
根據(jù)GB/T 34164-2017《選煤廠浮選工藝效果評定方法》,技改工程前后,浮選工藝效果采用浮選完善指標ηwf來評定,其計算式如下:
ηwf=E1-E2
(1)
式中:E1為浮選精煤可燃體回收率,%;E2為浮選精煤非可燃體混雜率,%;γj為精煤產(chǎn)率,%;Aw為尾煤灰分,%;Aj為精煤灰分,%;Af為入料灰分,%。
表1 霧化跌落式煤漿預處理器前后的浮選指標
從表1可清楚地看出,霧化跌落式煤漿預處理器使用后,浮選精煤質(zhì)量有了明顯改善,灰分下降了1.06個百分點,這是由于低灰分粗顆粒在精煤中的回收量增多,灰分較高的細泥污染量減少的結(jié)果;尾煤灰分大幅提高了13.53個百分點,這是由于低灰分粗顆粒在尾煤中損失量大為減少的緣故。精煤產(chǎn)率增大了12.09個百分點,所以浮選精煤可燃體回收率劇增至86.44%,也就是說在尾煤中可燃體損失率不到14%,因為精煤產(chǎn)率的大幅增加,精煤非可燃體混雜率也隨之小幅增加了4.11個百分點,但在浮選完善指標上突增了9.46個百分點,為55.89%,表征該廠的浮選效果達到了良好水平。
根據(jù)浮選精煤產(chǎn)率的增加,可推算出全廠的洗末精煤產(chǎn)率上升了1.5個百分點,按該產(chǎn)品價差為1 200 元/t計算,全年增加銷售收入3 780 萬元。與此同時,因為浮選精煤灰分降低1個百分點以上,重選精煤“背灰”程度減緩,跳汰機的分選密度有所提高,有利于重介選精煤產(chǎn)率的增加。固然,新橋礦選煤廠浮選效果的提高,還與以下2個原因有關。
(1)更新了2臺已有的老化的浮選機,新設備有良好的充氣攪拌能力。
(2)浮選機總?cè)莘e增加了1/4,延長了浮選時間。
霧化跌落式煤漿預處理器是用壓縮空氣作為分散浮選劑的動力源,設備本身沒有運轉(zhuǎn)部件,無噪音。并且所需壓縮空氣的風壓低,僅有0.08 MPa,所需壓縮空氣的風量少,平均2.0 m3/h左右,動力消耗甚小。該設備幾乎沒有維修工作量,可靠性好。到目前為止,設備使用時長超過5個月,未產(chǎn)生任何維修工作量,并且使用性能穩(wěn)定,是性價比良好的選煤工藝設備。
由于霧化跌落式礦漿預處理器特殊的浮選劑分散和混合的結(jié)構,使得新橋礦選煤廠浮選劑耗量降低了13%,節(jié)省選煤生產(chǎn)成本。
霧化跌落式礦漿預處理的工藝特性以及浮選機的更新,共同促使浮選工藝效果的改善,僅浮選精煤產(chǎn)率的提高,可使全廠精煤銷售增加3 780萬元。
霧化跌落式煤漿預處理器沒有運動部件,在新橋礦選煤廠已使用5個月以上,尚無任何維修工作量;工況非常穩(wěn)定,除用閥門調(diào)節(jié)浮選劑添加量外,不需要其它操作。該設備不產(chǎn)生噪音,改善了現(xiàn)場工作環(huán)境。