姚明剛

(晉神能源有限公司 沙坪選煤廠，山西 河曲 036500)

1 概 況

山西晉神能源有限公司沙坪選煤廠位于山西省忻州市河曲縣王玉莊村境內(nèi)，是一座設(shè)計洗選能力為5.00 Mt/a的大型現(xiàn)代化選煤廠，建廠初期基本建設(shè)總投資2.3 億元，在多年經(jīng)營發(fā)展的基礎(chǔ)上該公司目前的固定資產(chǎn)總和可達(dá)約為3.35 億元，現(xiàn)有大型設(shè)備共183 臺套。沙坪選煤廠2007年開始運(yùn)行。選煤廠現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)、輔助生產(chǎn)系統(tǒng)及生活福利設(shè)施比較健全。沙坪選煤廠入選原煤主要來自沙坪礦井原煤，除此之外，目前選煤廠生產(chǎn)能力有富余，可以洗選部分外來原煤，目前主要洗選磁窯溝礦原煤。選煤工藝主要通過重介淺槽分選機(jī)、兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器、螺旋分選機(jī)以及加壓過濾機(jī)等洗選設(shè)備完成。同時可以實(shí)現(xiàn)合格質(zhì)量的原煤直接旁路，選后產(chǎn)品為灰分17%～27%、發(fā)熱量 Qnet，ar為20.93～24.28 MJ/kg的優(yōu)質(zhì)動力煤，具有低硫分、高灰熔融性等特性，主要作為中心礦區(qū)長焰煤、不粘煤的優(yōu)質(zhì)配煤。

選煤作為煤炭生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，是煤炭深加工的一個不可短缺的工序[1]，選煤行業(yè)是煤炭資源綜合利用的重要管理手段。

選煤廠的主要任務(wù)是對原煤進(jìn)行洗選加工，屬于煤炭深加工的一部分。簡單地說，選煤行業(yè)對煤炭資源的綜合管理和高效利用具有重要作用[2]。隨著環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，選煤廠在實(shí)際生產(chǎn)過程中若對洗選過程中所產(chǎn)生的煤泥水處理不當(dāng)，極容易對周圍生態(tài)環(huán)境造成污染[3]。目前，眾多學(xué)者對煤泥水系統(tǒng)工藝流程的優(yōu)化和改造進(jìn)行了大量研究。其中，趙維英[4]通過對王坡礦選煤廠煤泥水處理系統(tǒng)中的濃縮機(jī)設(shè)備加裝相應(yīng)的管路達(dá)到解決實(shí)際生產(chǎn)中的問題；顧長生[5]采用兩段濃縮、兩段回收工藝對東榮二礦選煤廠的煤泥水工藝進(jìn)行了改造；姚向征[6]對林西選煤廠煤泥水系統(tǒng)進(jìn)行了改造。通過對煤泥水系統(tǒng)濃縮工藝優(yōu)化設(shè)計與研究，最終解決林西煤礦高中低灰煤泥回?fù)铰实偷膯栴}。但是由于每個選煤廠的入洗煤量不同、煤質(zhì)種類不同、工藝設(shè)備不同，在對工藝進(jìn)行改造時，必須嚴(yán)格根據(jù)被改造選煤廠的工藝現(xiàn)狀，提出符合生產(chǎn)實(shí)際要求的設(shè)計改造方案。筆者針對沙坪選煤廠現(xiàn)有生產(chǎn)工藝和系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在的問題，提出了符合實(shí)際生產(chǎn)情況的設(shè)計改造方案。

2 存在問題及原因分析

2.1 現(xiàn)有煤泥水工藝對煤質(zhì)變化適應(yīng)性差

隨著煤礦大型綜采設(shè)備的使用和開采環(huán)境不斷變化，原煤中的細(xì)粒含量不斷增加，造成煤泥水系統(tǒng)負(fù)荷增大，濃縮機(jī)扭矩持續(xù)增高，在很大程度上影響了選煤廠的正常運(yùn)行，已成為影響原煤入洗量的主要因素[7]。

沙坪選煤廠主要以濕法選煤為主，依據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，應(yīng)對煤泥處理方案如下：① 入洗煤熱值在16.74 MJ/kg時，選煤廠所配置的加壓過濾機(jī)脫水效率和處理能力可適應(yīng)洗煤實(shí)際生產(chǎn)需求，煤泥全部回收，不允許外排；② 入洗原煤熱值在15.06～16.74 MJ/kg 時，因煤泥灰分增長，設(shè)備處理能力下降，煤泥處理能力不足，需同時啟動415板框壓濾機(jī)配合處理，以保煤泥系統(tǒng)平衡；③ 入洗煤煤質(zhì)低于15.06 MJ/kg 時，煤泥處理設(shè)備排料時間延長過多，處理能力嚴(yán)重不足。

為保證生產(chǎn)系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行，特采取如下措施。

(1)當(dāng)入洗原煤發(fā)熱量大于16.74 MJ/kg，選煤廠中所配置加壓過濾機(jī)對應(yīng)的排料時間約為2 min，單次排料1.2 t/次，2臺加壓過濾機(jī)可回收產(chǎn)率6.2%的煤泥，而煤泥實(shí)際產(chǎn)率為5.39%，2臺加壓過濾機(jī)能力足夠，此時煤泥處理設(shè)備啟用2臺加壓過濾機(jī)。

(2)當(dāng)入洗原煤發(fā)熱量15.06～16.74 MJ/kg，加壓過濾機(jī)排料時間150 s，單次排料1.2 t/次，2臺加壓過濾機(jī)可回收產(chǎn)率5.8%的煤泥，而系統(tǒng)煤泥產(chǎn)率為6.49%，此時2臺加壓過濾機(jī)能力不足，為了保證系統(tǒng)正常生產(chǎn)，需將407、408加壓過濾機(jī)濾液水切換至411濃縮池，防止細(xì)煤泥循環(huán)積聚，以期降低加壓過濾機(jī)排料時間，提高煤泥設(shè)備處理能力，同時啟用415板框壓濾機(jī)，處理二段濃縮池煤泥。

(3)當(dāng)入洗原煤發(fā)熱量低于15.06 MJ/kg時，加壓過濾機(jī)排料時間增加至180 s，單次排料1.2 t，2臺加壓過濾機(jī)可回收4.8%的煤泥，而系統(tǒng)煤泥產(chǎn)率為6.82%，此時加壓過濾機(jī)回收煤泥能力嚴(yán)重不足，為了保證系統(tǒng)正常生產(chǎn)運(yùn)行，需要對系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。① 將407、408加壓過濾機(jī)濾液水切換至411濃縮池(煤泥減少量0.14%)；② 339濾液水切換至411濃縮池(煤泥減少量0.8%)；③ 新增331、332濾液水去往411濃縮池，閥門全開(煤泥減少量0.8%)；此時煤泥產(chǎn)率為6.82%-0.14%-0.8%-0.8%=5.08%，煤泥處理除啟用2臺加壓過濾機(jī)，還啟用415板框壓濾機(jī)處理411濃縮池內(nèi)煤泥(煤泥量為1.74%)，415板框壓濾機(jī)每小時需排3次料。

采取以上措施后，煤泥還持續(xù)增加，只能降低小時生產(chǎn)帶煤量，故在某種意義上提高選煤廠煤泥水處理系統(tǒng)的利用率，降低對整個系統(tǒng)的影響，是提升設(shè)備運(yùn)行效率，增加精煤回收的關(guān)鍵因素。

建廠初期，沙坪選煤廠煤泥水系統(tǒng)工藝設(shè)計為兩段濃縮工藝，一段濃縮池(401、402，1臺工作、1臺事故)采用1臺直徑24 m的濃縮機(jī)處理，二段濃縮池(411)采用1臺直徑18 m的濃縮機(jī)，同時為濃縮池配有專門處理煤泥水的設(shè)備，包括有加壓過濾機(jī)和板框壓濾機(jī)等，煤泥水處理系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。但經(jīng)過長期生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，雖然兩段濃縮工藝比單段濃縮工藝增加了煤泥水沉降面積，但在沙坪選煤廠煤泥水系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中，兩段濃縮工藝暴露出許多弊端。

圖1 二段濃縮池工藝流程

2.2 兩段濃縮工藝存在問題分析

2.2.1 工藝設(shè)計

經(jīng)研究可知，當(dāng)前有部分選煤廠采用了兩段濃縮工藝，其中第一段濃縮工藝的主要操作或執(zhí)行設(shè)備由離心機(jī)或加壓過濾機(jī)完成，這是由于其粒度組成中，粗粒級含量較大，易于脫水，且能達(dá)到相應(yīng)指標(biāo)；第二段濃縮工藝的主要執(zhí)行設(shè)備為板框壓濾機(jī)，這是由于二段濃縮底流中細(xì)粒級物料的含量相對較高[8]。而沙坪選煤廠入洗原煤煤質(zhì)變化大，且存在泥化現(xiàn)象，增大了煤泥處理難度，嚴(yán)重影響選煤廠煤泥系統(tǒng)正規(guī)循環(huán)作業(yè)，導(dǎo)致洗選難度增大。當(dāng)入洗原煤煤質(zhì)好時，加壓過濾機(jī)排料時間約100 s；當(dāng)入洗原煤煤質(zhì)差時，加壓過濾機(jī)排料時間延長至500 s，甚至更長。由于入洗原煤煤質(zhì)變化快，系統(tǒng)調(diào)節(jié)頻繁，原工藝設(shè)計中一段濃縮池內(nèi)的中、低灰煤泥受到高灰細(xì)煤泥污染，使得一段濃縮工藝中加壓過濾機(jī)處理能力不足以滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。加壓過濾機(jī)排料產(chǎn)品主要表現(xiàn)為濾餅薄、水分高、濾液濃度高、排料時間長。此時粗煤泥無法回?fù)?，降低了精煤回收率?/p>

2.2.2 現(xiàn)場操作

(1)濃縮池澄清水位控制難。當(dāng)?shù)V井過斷層或過構(gòu)造帶時，黏土類礦物占比較高，此礦物具有親水性，遇水分解成微細(xì)顆粒，從而導(dǎo)致煤泥黏性大，過濾性差。此時采用兩段濃縮工藝后，加壓過濾機(jī)性能降低，排料時間延長?，F(xiàn)場濃縮池煤泥不絮團(tuán)，沉降效果差，澄清水層變薄，澄清水濃度逐漸升高，極易造成濃縮池水黑。

(2)藥劑消耗量不穩(wěn)定。由于入洗煤質(zhì)不穩(wěn)定，易造成一段濃縮機(jī)藥劑添加量不穩(wěn)定，為保證其沉降效果，必須增加藥劑添加量。而增加藥劑添加量后，一段濃縮底流濃度、粘度迅速升高，煤泥容易在濃縮池內(nèi)形成懸浮層(硬殼)，造成壓耙事故。并且高粘度煤泥水進(jìn)入加壓過濾機(jī)后脫水困難，形成餅后反吹卸料效果較差，濾餅粘附在濾布上，導(dǎo)致加壓過濾機(jī)的整體效率及效果大幅下降，且煤泥水分大。

3 工藝優(yōu)化改造

為了達(dá)到快速切換濃縮池，將煤泥中的中低灰煤泥與高灰煤泥進(jìn)行分離，提高煤泥水系統(tǒng)快速應(yīng)變能力的目的，沙坪選煤廠對當(dāng)前煤泥水處理系統(tǒng)進(jìn)行了充分調(diào)查研究，決定對煤泥水系統(tǒng)進(jìn)行工藝優(yōu)化改造，將兩段濃縮工藝改為單段濃縮工藝，并且單段2臺濃縮機(jī)并列運(yùn)行。

3.1 現(xiàn)場改造方案

為了便于煤泥最大化回收，改造后401、402濃縮池并列運(yùn)行，401濃縮池儲備中、低灰分煤泥，采用加壓過濾機(jī)處理，煤泥全部回?fù)骄褐校?02濃縮池儲備高灰分煤泥，采用415板框壓濾機(jī)處理，并將由板框壓濾機(jī)處理所得煤泥視為產(chǎn)品進(jìn)行銷售，經(jīng)改造后的工藝流程如圖2所示。

圖2 一段濃縮池并列運(yùn)行工藝流程示意

3.2 現(xiàn)場操作方案

3.2.1 濃縮池入料閥門控制

低灰煤泥、中灰煤泥及高灰煤泥的主要區(qū)別在于其灰分和熱量數(shù)值不同，煤泥水進(jìn)入煤泥緩沖箱后，當(dāng)煤泥熱值大于8.37 MJ/kg時，要求現(xiàn)場崗位工人操作控制開關(guān)，打開去往401煤泥濃縮池的入料閥門，關(guān)閉煤泥緩沖箱去往402入料管道閥門，加壓過濾機(jī)濾液水切換至402煤泥濃縮池。當(dāng)煤泥熱值低于8.37 MJ/kg時，煤泥水切換進(jìn)入402濃縮池。煤泥緩沖箱去往402入料管道閥門打開，并將煤泥緩沖箱去往401入料管道閥門關(guān)閉，現(xiàn)場操作把加壓過濾機(jī)濾液水切換402煤泥濃縮池。

為了實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)過程中快速切換濃縮池，將煤泥緩沖箱去往濃縮池的DN500手動閘板閥改造成氣動閥門，具體改造示意如圖3所示，現(xiàn)場實(shí)物見圖4。當(dāng)入洗煤質(zhì)發(fā)生變化時，能夠滿足煤泥系統(tǒng)快速切換調(diào)整。

圖3 具體改造示意

圖4 現(xiàn)場實(shí)物

3.2.2 藥劑添加量的控制

由于2座濃縮池實(shí)現(xiàn)并列運(yùn)行，401濃縮池儲備中、低灰分煤泥，煤泥絮團(tuán)效果好、沉降速度快，藥劑添加量不宜過大；402濃縮池儲備高灰分煤泥，煤泥不絮團(tuán)，沉降效果較差，為保證其沉降效果，必須增加藥劑添加量?，F(xiàn)場崗位人員可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際沉降情況調(diào)整加藥量。藥劑添加量得到有效控制，大大節(jié)約了生產(chǎn)成本。

4 改造效果

4.1 加壓過濾機(jī)的運(yùn)行效率及產(chǎn)能得到提升

選煤廠煤泥水處理系統(tǒng)改造后，濃縮工藝可根據(jù)原煤煤質(zhì)的特征對工藝工序進(jìn)行及時微調(diào)，從而保證單段濃縮工藝中關(guān)鍵執(zhí)行部件加壓過濾機(jī)可充分發(fā)揮處理能力，對提升選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 改造前后煤泥處理設(shè)備的效果和處理能力對比

4.2 藥劑消耗降低

通過工藝改造，沙坪選煤廠煤泥水系統(tǒng)中煤質(zhì)特性得到區(qū)分，有效改善濃縮池中煤泥的沉降效果和沉降速度，經(jīng)現(xiàn)場核實(shí)，藥劑添加量大大降低。經(jīng)計算可得，按照選煤廠5.0 Mt/a的處理量計算，改進(jìn)后每年節(jié)約藥劑的費(fèi)用高達(dá)3.82萬元。具體見表2。

表2 工藝改造后的經(jīng)濟(jì)效益

5 結(jié) 語

濃縮池運(yùn)行模式的選擇要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)情況而定，每一種運(yùn)行模式都有利弊之處。沙坪選煤廠對其煤泥水處理工藝的改造完全符合其生產(chǎn)現(xiàn)狀及煤泥特征，生產(chǎn)實(shí)踐表明，單段濃縮工藝比原設(shè)計兩段濃縮工藝更加符合實(shí)際生產(chǎn)，改造后煤泥水系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定、高效，并且運(yùn)行成本低，使得沙坪選煤廠精煤產(chǎn)率明顯增加，為保證企業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。