引言

機械化、智能化發展使得煤炭開采愈加高效。在高強度開采下,原煤中的細顆粒占比顯著升高,給后續煤炭洗選帶來諸多問題,在細煤泥回收中尤為凸顯。煤炭生產企業高質量發展、環境規制趨于嚴格的背景下,合理處置細粒煤泥成為煤炭企業面臨著重要挑戰。經過多年的技術開發和應用實踐,已形成了較為成熟的煤泥分選技術體系,常用的煤泥回收工藝設備包括:壓濾機、加壓過濾機和沉降離心機。壓濾機入料適應性強、濾液澄清度高、運行成本低,但產品水分偏高、占地較大;加壓過濾機和沉降離心機產品水分低、單機處理能力大、占地較小、自動化程度高,但加壓過濾機系統復雜、投資及運行成本較高,沉降離心機回收下限偏高,轉子需要定期維修。三種設備各具特點,在國內外均得到了廣泛應用,除了單設備回收工藝外,還衍生出“加壓過濾+沉降離心”“加壓過濾+壓濾”“沉降離心+壓濾”等聯合工藝。只有結合煤泥性質、煤泥量和廠房空間等條件選擇合適的煤泥回收設備、工藝才能經濟、高效地回收煤泥。另外,工藝布置形式也是煤泥處置的一大難題,尤其對于空間受限的項目,合理利用現有空間布置工藝可為企業節省可觀的成本。布爾洞選煤廠是在現有的礦井工業場地新增布置,針對其細煤泥水分高、灰分高、燃點低等特性,以及現有工業場地狹小、無法新增用地的特點,探討了細煤泥回收工藝選擇與布置方法。

1原煤煤質特點及細煤泥特性布爾洞煤礦選煤廠為動力煤選煤廠,是布爾洞煤礦的配套選煤廠,主要入選該礦原煤。布爾洞煤礦位于神東礦區東勝煤田內,生產能力為240萬t/a,開采煤層有4層,分別為4-1、4-2上、4-2及6-2號煤層,其中4-1、4-2上和4-2號煤層為大部可采的較穩定煤層,6-2號煤層為全區可采的穩定煤層。此4層煤賦存深度較淺,煤層結構簡單,不含或僅含一層夾矸。頂板巖性主要是粉砂巖和砂質泥巖;底板巖性主要是砂質泥巖,局部為細砂巖。該煤礦各煤層有害成分含量低,灰分、硫分含量低,且發熱量較高,是良好的民用和動力用煤。布爾洞煤礦的煤質化驗資料顯示:原煤灰分為35.24%,內水平均為8%,外水約為14%。為了研究原煤的泥化特性和次生煤泥的含量,分別進行了100~13mm原煤的轉筒泥化試驗和次生煤泥的篩分試驗。隨著翻轉時間的延長,高粒級原煤產率逐漸降低,次生煤泥產率逐漸增高,-0.045mm粒級細泥比重較高且灰分逐漸升高,說明煤質較硬,且易碎,原煤泥化現象較嚴重。次生煤泥中各粒級灰分隨著粒級的減小而逐漸升高,-0.25mm煤泥含量達96.52%,-0.045mm細泥產率84.41%,灰分高達89.56%,嚴重影響煤泥水沉降,增加煤泥水處理難度。因此在設計中必須充分考慮原煤泥化嚴重、細泥多的特性,合理選擇細煤泥回收工藝和工藝布置。

2細煤泥回收處理工藝選擇目前應用較多的動力煤選煤廠細煤泥回收工藝主要有:壓濾機單獨回收工藝、加壓過濾機單獨回收工藝、“加壓過濾機+壓濾機”兩段回收工藝[2]、“篩網沉降離心機+壓濾機”兩段回收工藝。

1)壓濾機單獨回收工藝。壓濾機能夠實現一次壓濾出清水,是選煤廠洗水閉路循環的理想把關設備。該工藝適用于所有的動力煤選煤廠,尤其是煤泥含量小,且煤泥中細粒泥含量較多的選煤廠,是泥化現象較為嚴重的選煤廠細煤泥脫水回收系統的理想工藝。

2)加壓過濾機單獨回收工藝。加壓過濾機具有脫水效果好,處理能力大,且壓濾產品松散易摻混等優點。該工藝適用于煤泥含量較大,細泥含量較少的選煤廠,同時要求洗選工藝的自動化程度較高,且采用加壓過濾機做工業試驗時效果較好,或在同一礦區中處理同一煤種時效果較明顯的選煤廠。加壓過濾機入料中一般-0.045mm粒級含量小于40%,煤泥回收效果較好,對于泥化嚴重、細粒物料含量較高的選煤廠,因其細粒級物料的含量高,會導致加壓過濾機的處理能力大大降低,甚至是設備不能正常運轉。

3)“加壓過濾機+壓濾機”兩段回收工藝。該工藝采用一段加壓過濾機回收+0.045mm粒級的一段底流粗煤泥,二段隔膜壓濾機回收-0.045mm粒級的二段底流細煤泥,適用于煤泥一次沉淀較為困難,+0.045mm粒級粗煤泥含量較高,且加壓過濾機處理效果良好同時要求水分含量低的選煤廠。4)“篩網沉降離心機+壓濾機”單獨回收工藝。該工藝采用一段篩網沉降離心機回收+0.045mm粒級的一段底流粗煤泥,二段隔膜壓濾機回收-0.045mm粒級的二段底流細煤泥,適用于煤泥一次沉淀較為困難,+0.045mm粒級粗煤泥含量較高,-0.045mm細煤泥含量低于20%,原煤不泥化或泥化現象不嚴重的選煤廠。由于布爾洞煤礦選煤廠煤質泥化較為嚴重,煤泥中+0.045mm粒級含量不高,僅為15.59%;且-0.045mm含量很高,達到了84.41%,因此不宜采用加壓過濾機和篩網沉降離心機回收,不適合采用兩段回收。通過以上分析最終確定本廠細煤泥回收采用壓濾機單獨回收工藝。

3工藝布置選擇壓濾機回收系統的工藝布置主要與煤泥產品走向、總平面位置、濃縮車間位置及煤泥晾干場位置等因素有關。主要有以下幾種布置形式:

1)壓濾回收系統、煤泥晾干場集中一體布置。壓濾回收系統單獨呈壓濾車間布置,并與煤泥晾干場集中一體布置。壓濾車間兩層布置,二層布置入料攪拌桶和壓濾機,一層部分布置入料泵等設備,部分做煤泥落地場地;煤泥晾干場布置在一層。該工藝流程為壓濾機拉板卸料的煤泥直接落至一層地面緩沖堆放,通過鏟車鏟入煤泥晾干場內進行自然晾干后外運。該布置形式適用于工業場地位置受限,主廠房周圍場地不足,且沒有壓濾車間、煤泥晾干場分開布置場地;原煤煤質較差,壓濾脫水效果較差,煤泥水分、灰分均偏高,發熱量較低,不適宜直接摻入末煤產品中;煤泥含水量太高,不適合膠帶轉載;煤泥燃點低,不適用進行干燥降水[6];煤泥干燥成本太高,沒有經濟效益的選煤廠。

2)壓濾回收系統、煤泥晾干場分開單獨布置。壓濾回收系統單獨呈壓濾車間布置,煤泥晾干場單獨布置。壓濾車間兩層布置,二層布置入料攪拌桶和壓濾機,一層部分布置入料泵、濾液泵,煤泥收集刮板和轉載帶式輸送機等。煤泥晾干場按照封閉煤棚設置。該工藝流程為壓濾機拉板卸料的煤泥直接落至一層收集刮板,給料至轉載帶式輸送機,然后運至煤泥晾干場卸料堆放,進行自然晾干或干燥后外運。該布置形式適用于工業場地位置受限,主廠房周圍場地不足,壓濾車間、煤泥晾干場等無法集中布置;原煤煤質較差,壓濾脫水效果較差,煤泥水分、灰分均偏高,發熱量較低,不適宜直接摻入末煤產品中;煤泥晾干場需要布置干燥設施的選煤廠。

3)壓濾回收系統、主廠房、煤泥晾干場集中一體布置。壓濾回收系統和煤泥晾干場一體布置在主廠房內一側,兩層布置,二層布置入料攪拌桶和壓濾機,一層部分布置入料泵等設備,部分做煤泥落地場地;煤泥晾干場一層布置。該工藝流程為壓濾機拉板卸料的煤泥直接落至一層地面緩沖堆放,通過鏟車鏟入煤泥晾干場內進行自然晾干后外運。該布置形式適用于工業場地平坦寬敞,便于集中布置;原煤煤質較差,壓濾脫水效果較差,煤泥水分、灰分均偏高,發熱量較低,不適宜直接摻入末煤產品中;一體布置滿足消防分區要求;煤泥含水量太高,不適合膠帶轉載;煤泥燃點低,不適用進行干燥降水;煤泥干燥成本太高,沒有經濟效益的選煤廠。

4)壓濾回收系統、主廠房集中一體布置,煤泥晾干場單獨布置。壓濾回收系統布置在主廠房內一側,兩層布置,二層布置入料攪拌桶和壓濾機,一層部分布置入料泵、濾液泵,煤泥收集刮板和轉載帶式輸送機等。煤泥晾干場按照封閉煤棚設置。該工藝流程為壓濾機拉板卸料的煤泥直接落至一層收集刮板,然后給料至轉載帶式輸送機,運至煤泥晾干場卸料堆放,在煤泥晾干場內進行自然晾干或干燥后外運。該布置形式是動力煤選煤廠最常用的布置形式之一。該布置形式適用于工業場地平坦寬敞,空間位置富裕;原煤煤質較差,壓濾脫水效果較差,煤泥水分、灰分均偏高,發熱量較低,不適宜直接摻入末煤產品中;煤泥晾干場需布置干燥設施的選煤廠。

5)壓濾回收系統單獨布置,煤泥回摻末煤產品。壓濾回收系統單獨呈壓濾車間布置,壓濾車間兩層布置,二層布置入料攪拌桶和壓濾機,一層部分布置入料泵、濾液泵,煤泥收集刮板和轉載帶式輸送機等。工藝流程為壓濾機拉板卸料的煤泥直接落至一層收集刮板,然后給料至轉載帶式輸送機,運至末煤產品帶式輸送機上摻混入倉。該布置形式適用于工業場地位置受限,主廠房主廠房周圍場地不足,壓濾車間無法與主廠房集中布置;原煤煤質較好,壓濾機脫水效果較好,煤泥發熱量較高,適宜摻入末煤產品中;與主廠房一體化布置無法滿足消防分區的要求,只有單獨布置才能滿足消防要求的選煤廠。

6)壓濾回收系統與主廠房集中一體布置,煤泥回摻末煤產品。壓濾回收系統布置在主廠房內一側,兩層布置,二層布置入料攪拌桶和壓濾機,一層部分布置入料泵、濾液泵,煤泥收集刮板和轉載帶式輸送機等。該工藝流程為壓濾機拉板卸料的煤泥直接落至一層收集刮板,然后給料至轉載帶式輸送機,運至主廠房內末煤產品帶式輸送機上摻混入倉。該布置形式也是動力煤選煤廠最常用的布置形式之一。該布置形式適用于工業場地平坦寬敞,空間位置富裕;原煤煤質較好,壓濾機脫水效果較好,煤泥發熱量較高,適宜摻入末煤產品中;與主廠房一體化布置滿足消防分區的要求的選煤廠。通過比較壓濾機回收系統的六種工藝布置形式,結合布爾洞煤礦選煤廠工業場地總平面布置,如圖1所示。

可以看出,布爾洞選煤廠是在現有的礦井工業場地新增布置,現有工業場地狹小,剩余空間較小且分散,無法新增購地,主廠房周圍場地不足,因而沒有壓濾車間、煤泥晾干場分開布置場地,煤泥燃點偏低不適宜干燥降水,細煤泥中高密度物高嶺土含量較多,水分較高,結合周邊選煤廠實際生產經驗,采用帶式輸送機運輸易打滑,且灰分高,不適用于煤泥直接回摻末煤產品布置形式,因此該選煤廠細煤泥回收系統工藝布置形式為壓濾回收系統、煤泥晾干場集中一體布置。

4結論

1)布爾洞煤礦選煤廠細煤泥含量高,原煤易泥化,宜采用壓濾機回收工藝對細煤泥進行回收。

2)布爾洞煤礦選煤廠細煤泥具有水分高、灰分高、燃點低等特性,現有工業場地狹小,剩余空間較小且分散,無法新增用地,因此該廠細煤泥回收系統工藝布置形式為壓濾回收系統、煤泥晾干場集中一體布置形式,既能充分利用現有場地空間,提高末煤產品的競爭力,又能為選煤廠創造良好的經濟效益。

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