对跳汰重介工艺方法选择的思考

对跳汰、重介工艺方法选择的思考字体：大中小2009-06-01来源:中国选矿网陈安东(山西华晋焦煤有限责任公司,山西太原030001)摘要:介绍了跳汰与重介选煤工艺的特点,通过比较与实际案例分析,指出在进行选煤厂工艺设计时,必须根据具体的煤质特性和用户对产品质量的要求,以效益最大化为根本目的,科学合理地进行工艺选择。关键词:汰选;重介选;设计;效益2006年,我国的煤炭工业在十分严峻的形势和十分困难的情况下仍然高位运行,据不完全统计,各类煤矿共生产原煤大约23.4亿t,原煤入选率约32%。全国现有各类选煤厂约2000家,中型(45万t/a)及以上生产规模的选煤厂400家左右,中小型以及动力煤选煤厂大多数选用跳汰工艺,中型以上多为重介选煤厂,特别是近五年来新建和改建的选煤厂几乎全部选用重介工艺,甚至投产运行没有几年的采用跳汰工艺的选煤厂也拆掉跳汰机,一蜂窝地改建成重介厂。这种现象的出现应当引起业界同仁的思考。1跳汰与重介工艺的比较跳汰是一种历史悠久的选煤方法。历经百年的发展,工艺技术已趋成熟、完善。因其具有系统简单实用、基建费用相对较少、生产运行成本低、维护检修方便、对管理和操作者的专业素质要求不高、适应性较强等特点,为世界各国各类型选煤厂所采用。随着研究的不断深入,跳汰分选机理已逐步被人们所掌握,在此基础上研制开发的各类新型跳汰机不断问世,其中德国的Batac、波兰的Boss-2000和澳大利亚的Apic跳汰机都达到了相当高的水准。特别是由煤炭科学研究总院唐山研究院借鉴国外的先进技术,针对我国原煤特性研制的拥有全部知识产权的SKT系列跳汰机,在风阀、机体、排料装置、监测与控制系统等方面进行了重大改革,使跳汰机风水制度的调节更加灵活便利,可以适应不同煤种煤质对分选的要求,进风速度稳定快捷,提高了脉冲水流的上冲加速度,改善了物料的分层效果;洗水的脉动均匀平稳,物料移动顺畅,有效提升了分选效果和处理能力;排料系统可以适应块煤、末煤和不分级煤的不同需求,能够自动检测床层厚度,连续准确地调节各产品的排放量,从而保证了较高的产品分离精度。当然,与重介选煤工艺相比,跳汰选煤的缺陷也是显而易见的。例如对难选煤的分选精度较差,特别是当要求的精煤产品质量较高(灰分＜8%),而可选性又不好(δ±0.1＞25%)时,跳汰选将无能为力。尤其是末煤,不仅分选精度不能保证,而且透筛损失难以控制,资源浪费严重。目前,重介旋流器选煤技术在世界各产煤国都受到高度重视并得到迅速发展。有的以处理末煤见长,有的具备处理量大的优点,有的可以适应较宽的粒度级别。以煤炭科学研究总院唐山研究院为领头的我国重介旋流器的研制开发与应用已走在世界前列,其代表作便是具有我国自主知识产权的3SNWX1300/920双供介无压给料三产品重介质旋流器。以往那种传统笨重的重介立轮、斜轮分选机已基本不再选用,作为预选工序,代之以工艺相对简单,基建和生产费用相对较少的动筛跳汰机。“九五”期间,我国重介质选煤技术取得突破性进展,克服了以往重介入料须预先脱泥而且单机只能够出两种产品的缺陷,实现了二段分选密度的在线调节,并应用三产品重介旋流器自身在分选的同时对加重质具有的分级、浓缩特性而产生的细粒介质,使部分粗粒煤泥在煤泥重介质旋流器中得到分选,其有效分选下限可以达到0.1mm,最大单机处理能力达到了300万t/a。适应选煤厂生产能力的不同和入料煤质的差异,目前国内各生产厂家已经可以提供成系列的不同规格的有压给料、无压给料两(三)产品重介质旋流器和煤泥重介质旋流器。传统的重介质制备、净化、回收系统和装备也有了较大的改进,简化了浓介、稀介、合格介质系统工艺,基本实现了分选密度的自动控制,现场操作管理发生了革命性的变化。但是,重介选煤技术在我国的应用还存在一些问题。例如,笔者曾经工作过的山西西山东曲选煤厂为设计生产能力400万t/a的炼焦煤选煤厂,1994年建成,选用跳汰初选、重介旋流器精选、煤泥浮选、尾煤压滤工艺流程。投产时所用的重介系统为两套Φ650mm两产品旋流器组,布置在+34.00m主厂房顶层。入料混合桶布置在-2.5m主厂房地下层。0～50mm不分级原煤在入料混合桶内与合格介质通过高压风鼓吹形成介质煤流,经渣浆泵送至旋流器。由于输送距离长、高差大,加之旋流器还需要一定的入料压力,因此渣浆泵的出口压力很大,不仅加剧了管道的磨损,更主要的是造成渣浆泵的密封条经常破损,旋流器工作压力波动很大,3～5天就需要更换一次密封条,每次都会浪费大量介质,吨煤介耗高达10kg左右,有时只能甩掉重介系统直接用跳汰机出最终精煤。2案例分析2.1WJL选煤厂规划建设中的WJL选煤厂设计年处理原煤600万t,二期工程达到1000万t/a,入选原煤来自WJL煤矿的2号煤层。2号煤层属于全井田稳定可采煤层,平均厚度6.2m,一般含1～2层夹矸,最多可达5层,夹矸层厚度一般为0.2m,个别达1.0m。顶、底板多为泥岩和粉沙岩。设计采用综采放顶煤采煤方法,采放比为1∶1.2。2号煤具有低中灰、低磷、特低硫、低挥发分、高热值、高灰溶点等特点,是我国稀缺的优质瘦煤,属于保护性开采之列,因此在选择洗选工艺时应考虑最充分地回收;由于2号煤本身属于脆性较大的易碎煤,加之采用综采放顶煤+连续采煤机开采方法,故入选原料煤中＜0.5mm级粉煤含量预计高达20%左右,粒度组成将呈现两头大中间小的特点,设计时必须重视对煤泥分选工艺的合理选择。当要求的精煤灰分在9.5%～8.0%时,δ±0.1含量为34.0%～67.2%,可选性处于难选与极难选之间。而且精煤在这个灰分段上的产率随灰分的变化特别明显,特别敏感。WJL原煤的自然级+破碎级50～0.5mm浮沉综合表见表1,可选性曲线见图1。表1WJL选煤厂原煤自然级+破碎级50～0.5mm级浮沉综合表%密度级/kg·L-1产率灰分浮物累计沉物累计δ±0.1含量产率灰分产率灰分密度产率＜1.3026.927.0426.927.04100.0022.581.377.781.30～1.4038.4810.0265.408.8073.0828.301.456.581.40～1.509.1017.2274.509.8234.6048.631.515.791.50～1.604.1826.6878.6810.7225.5059.831.67.301.60～1.803.9135.4082.5911.8921.3266.331.715.321.80～2.001.5050.5084.0912.5817.4173.271.810.59＞2.0015.9175.42100.0022.5815.9175.421.95.87小计100.0022.58煤泥0.9815.59总计100.0022.51从可选性曲线上可以看出,当精煤灰分为9.5%时,产率为69.20%;精煤灰分为9.0%时,产率则大幅度降为62.4%。精煤灰分降低1个等级,产率降低约7个百分点。若精煤灰分定为8.5%,产率仅有49.30%。因此,分选方法的选择应该慎之又慎,不仅要求分选精度与效率要高,而且必须稳定可靠。对《可行性研究报告》推荐的大直径无压三产品重介质旋流器+煤泥重介质旋流器+浮选工艺,笔者认为似有不妥,因为对于细粒级含量高、波动大的入选原煤,采用无压给料重介选煤工艺,分选精度和产品质量都难以稳定,特别是粗煤泥的灰分波动很大。可考虑采用分级入选工艺,即通过预先脱泥,使重介旋流器的入料粒度基本保持在50～0.5mm或50～1.0mm,以减少进入介质系统的煤泥量,缓解介质回收环节的压力,减少分流量,使得密度控制更简单,分选过程更稳定,从而保证较高的精煤产率和稳定合格的产品质量,同时也降低了介质损失。2.2BX选煤厂BX选煤厂是一座民营中型矿井型炼焦煤选煤厂,年处理能力60万t,正处在设计阶段。由于所在煤矿的资源量不多,其服务年限只有10年。该厂出精煤、中煤(包括掺入的煤泥)、矸石三种产品,精煤供当地焦化厂,中煤作为制作民用型煤的原料,矸石供附近的砖厂。要求的产品质量为:精煤灰分≤10%,中煤灰分20%～40%。设计时必须坚持建设周期短、基建费用低、工艺流程简便灵活、运行管理简单方便的原则。毛煤的筛分试验结果见表2,入选原煤的自然级+破碎级的50～0.5mm级浮沉综合试验表见表3,可选性曲线见图2。表2BX矿毛煤筛分试验结果粒级/mm产品名称质量/kgγ占全样/%Ad/%Mad/%Std/%Qgd/MJ·kg-1100煤------夹矸------矸石------硫铁矿------小计------100～50煤246.42.5316.870.430.2629.25夹矸------矸石367.63.7788.10.520.061.35硫铁矿------小计6146.3059.520.480.1412.5450～25煤774.07.6355.660.510.1813.9825～13煤1140.411.7040.960.580.2019.9413～6煤1357.113.9228.320.460.2525.076～3煤1046.710.7420.160.400.2828.343～0.5煤3118.931.9916.590.680.3229.820.5～0煤1727.017.7214.400.870.3430.77小计9134.193.7024.550.620.2826.60毛煤合计9748.1100.0026.750.620.2725.72去除50矸石及硫铁矿9380.596.2324.350.620.2826.67表3BX矿自然级+破碎级综合样50～0.5mm级浮沉试验结果密度级/kg·L-1γ占本级/%γ占全样/%Ad/%浮物累积沉物累积邻近密度物含量(去矸)校正前校正后γ/%Ad/%γ/%Ad/%密度/kg·L-1含量/%1.305.984.722.522.475.982.47100.0029.711.371.1371.30～1.4046.6536.847.207.1652.646.6394.0231.441.481.7921.40～1.5013.8710.9515.0214.9866.508.3747.3655.361.524.4331.50～1.604.213.3324.3324.2970.719.3233.5072.071.68.2691.60～1.801.911.5132.3332.2972.629.9229.2878.941.74.4291.80～2.001.371.0841.2641.2273.9910.5027.3882.192.0026.0120.5484.3984.35100.0029.7126.0184.35小计100.0078.9729.7529.71煤泥3.773.1015.3615.32总计100.0082.0829.2129.17由图2、表2、表3可以看出,该原煤属于高灰、高含矸煤。其粒度组成偏细。末煤含量较高,＜6mm级含量为60%左右,3～0.5mm级为主导粒级,占全样的30%以上,＜0.5mm级原生煤泥含量约为18%,灰分较低,不足15%。由此可见煤质较脆并且易碎,这就要求有可靠的煤泥水系统,以保证煤泥得到有效的回收,洗水得到有效的净化。否则煤泥就会在系统内聚集,最终将导致系统崩溃。另一个显著的特点是,主导密度级别为1.3～1.4kg/L,≤1.4kg/L级别的含量达53%左右,灰分仅有6.63%。当精煤灰分＜10%时,理论分选密度为1.7kg/L,理论产率高达72%以上。说明原煤灰分低,中煤含量小,分选密度很高,邻近密度物含量很少,属于极易选煤。只要通过简单的排矸就可以得到合格精煤,精煤质量非常容易控制。根据以上分析,BX选煤厂采用跳汰选煤工艺完全可以满足要求。对于这种极易选煤,跳汰选煤可以达到与重介质选煤相同的分选效率,对BX选煤厂而言,不失为一种最为经济合理的工艺选择,可以充分体现跳汰选煤工艺设备简单、一次性投资低、加工费用小、入选粒度较宽、生产能力大、管理运行简单的特点。相关资料显示,采用跳汰工艺