沙坪选煤厂粗煤泥分选工艺优化研究

陈剑杰

(山西省晋神能源有限公司磁窑沟煤业，山西 忻州 036500)

0 引言

山西晋神能源有限公司沙坪洗煤厂始建于2005年12月，2007年10月投产。位于山西省忻州市河曲县境内，是一个年设计洗选能力为500 Mt/a的大型现代化洗煤厂。在原设计洗选工艺，沙坪洗煤厂采用的选精煤工艺主要为块煤13 mm～100 mm采用重介浅槽分选，2 mm～13 mm采用重介旋流器分选，末煤0.15 mm～2 mm采用螺旋分选机分选，0.15 mm以下的煤泥、系统尾矿煤泥水以及清理厂房卫生污水全部通过浓缩池沉降后采用板压车间进行回收。

由于沙坪放顶煤工艺的限制，以及机械自动化技术的日益革新，对沙坪选煤厂煤泥微粒的含量提出了新的要求。从沙坪选煤厂现有的工艺技术和设备分析，2 mm以上和0.15 mm以下的直径的选煤技术已达到技术要求，但是直径在0.15 mm～2 mm之间的粗煤泥微粒尚未达到领先技术，而且由于采煤工艺的变更，导致精煤产率大幅度下降。而随着精煤价格的不断提高，如何提升精煤产率日益重要，提升的关键在于直径在0.15 mm～2 mm之间的粗煤泥微粒分选工艺的优化[1]，此项工艺技术的研究对矿山的选煤工艺系统的完善有着重要的现实意义。

TBS粗煤泥分选机是目前解决2 mm直径以下微粒筛选技术中主要应用的机械设备之一，它较传统的螺旋分选机技术，具有更低的EP值，可以达到重介分选的效果；分选密度自动控制系统自适应性强，降低了工人的操作难度和劳动强度；回收率远高于螺旋分选机；TBS设备结构简单，潜在故障率极低[2]。国内学者在TBS粗煤泥分选机应用上展开了大量的研究，如朱海龙，李先芳[3]在选煤技术中阐述分析了了TBS分选机的应用；陈子彤等[4]分析了TBS分选机的工作原理，对分选工艺进行了理论研究，对于洗煤厂分选工艺的提升有理论指导作用；刘文轩[5]利用TBS分选机置换螺旋分选机，取得了很好的应用成果。对此，作者尝试将TBS分选机应用于沙坪洗煤厂。

1 TBS分选机

TBS具有精密的密度控制系统，可调节的分选密度，确保了分选密度的精确性，对煤质自适应性强，分选密度范围更大，为1.4～1.9，在分选密度范围内，精煤灰分较低[6]。

1.1 分选机结构

分选机机体、执行系统、检测系统、进料和出料系统等构成了分选机的工作系统，主要构件为锥形阀、监控探测器、紊流器以及干扰床（见图1）。

图1 TBS分选机结构

1.2 工作流程

煤泥由矿浆入料口进入TBS分选机中，水泵将水注入位于底部的流体分布器，流体分布器使分选机内产生上升水流，煤泥分选密度数量级的微粒沉降速度与上升水流的流速保持一致，此时，会分离出一层具有一定密度的悬浮液；上升水流速决定分选机分选密度，利用分布器使上升水均匀分布，确保上升水流不会对稳定分选层产生影响。一定时间后，分选机内达到稳态，矿泥中上升水流速高于沉降速度的微粒，通过溢流阀分离出精煤，另一方面，上升水流速低于沉降速度的微粒，通过分选层成为尾矿煤泥水，完成分选工艺[7]。

1.3 工作原理

TBS分选机的工作原理基于沉降理论，此沉降理论主要针对固定直径和密度的微粒在流体中的沉降应用。干扰沉降原理核心思想为根据流体密度，沉降微粒密度和直径，沉降速度的关系，式中：V代表沉降速度；ρ代表微粒密度；Δ代表介质密度；d代表微粒直径[9]。所以由于微粒的密度、直径数量级的差异，沉降速度在相同流体条件下存在差异，较集中的粗微粒沉降速度更大，较离散的细微粒沉降速度偏低，因此当TBS分选机内存在流体速度在集中粗微粒和离散细微粒沉降速度之间的特定上升流体，实现条件，此时不同微粒会根据密度和直径的差异进行筛分，集中粗微粒由于沉降速度大，沉降至上升流体下方；相反，离散细微粒上浮至上升流体上方，完成分离。因此利用上述理论，TBS分选机可以使煤泥中不同直径的实现高效率筛分[8]。

2 优化工艺对比

沙坪选煤厂优化前后工艺流程如图2、图3所示。通过TBS分选机置换螺旋分选机，实现分选工艺优化。煤泥通过脱水弧形筛进入料桶，水泵提供能量通过分级旋流器，通过溢流阀进入压缩机，底部水流进入缓冲料桶，随后煤泥进入TBS分选机；筛分后的低灰精煤通过精煤运输皮带输送，筛分后尾煤通过尾煤集运输送带输送[9]。

图2 沙坪洗煤厂优化前工艺流程

图3 沙坪洗煤厂优化后工艺流程

3 优化工艺结果

因为缺乏相应的评定标准，因此优化改造后的选煤工艺应从实用效果以及产生的经济效益进行评定。

3.1 实用效果

因为煤泥直径集中在0.15 mm～2 mm之间，主要考虑分选密度对分选效果的影响，利用二产品平衡法，并且参照GB15715-1995，进行TBS分选机浮沉实验，并且计算煤泥组成密度和分配比例[9]。实验结果及计算结果见表1。

表1 TBS分选浮沉实验结果

表2 计算煤泥组成密度及分配比例

由表1和表2浮沉实验结果，分配比例及煤泥组成密度可知，在煤泥低密度条件下，溢流和底流产生了较明显的分配效应，大大降低了错配率；在煤泥高密度条件下，微粒并没有按照分配效应分配。较低分选密度的粗煤泥适合运用TBS分选机，故此将煤泥分选密度定为1.25 g/cm3～1.35 g/cm3，并根据设计手册将顶水压力设置为95 L/min[8]，进行TBS分选，实验结果见表3。

表3 TBS分选实验结果

由表3可知，在此密度和顶水压力下，TBS分选效应最佳，系统运行稳定；精煤平均灰分12.47%，对比优化前精煤平均灰分15.20%，灰分降低了2.73%，根据沙坪选煤厂客户要求精煤灰分12%～13%，可以通过产品调配满足要求。

3.2 经济效益

由于干扰床分选机的远高于螺旋分选机，沙坪选煤厂采用TBS分选机置换螺旋分选机，原采煤工艺下0.15 mm～2 mm粗煤泥占产量的5%左右，优化了选煤工艺后，沙坪选煤厂低灰精煤产率提高了2.2%；沙坪选煤厂原每年洗选原煤5 Mt，现采取TBS分选机提升低灰精煤产率后，现选煤厂每月精煤产量增加0.11 Mt，目前国内市场中精煤与原煤的价格差价为650～800元/t,取平均值725元，计算可知，优化后的选煤厂年利润增7 975万元；除了精煤产量上升带来的经济效益外，由于精煤产量增加，减少了由于煤泥集聚造成的介质损耗，减轻了机器的工作负担，维护成本降低[9]。

4 结论

通过对沙坪选煤厂洗煤工艺的优化研究，TBS分选机的应用对完善沙坪选煤厂系统和提升低灰精煤产率起到了极大的促进作用，对相同情况选煤厂洗选工艺的改良有较高的借鉴价值。在TBS应用生产中，圆筒中煤泥一旦没有及时清理，筒体内水流会形成“翻花”，影响分选效果；煤泥排出过多又会导致机器失稳，不能按照密度分选，因此控制排料尤为重要。