降低全入洗动力煤选煤厂细煤泥灰分的3条技术路线

作者: 贾怀军,董连平 【 原创 】 2020-06-11

煤炭是我国的基础能源和重要原料,煤炭工业是关系国家经济命脉和能源安全的重要基础产业,社会发展要求煤炭必须走安全绿色开发与清洁高效利用的道路,十三五规划煤炭入选率要达到75%。在我国的煤炭资源中,动力煤资源占90%,发展大型动力煤选煤厂将成为未来选煤产业发展的主要方向。虽然近年来脱粉入选的比例有所增加,但块煤重介浅槽分选、末煤重介旋流器分选、粗煤泥螺旋分选机分选、煤泥压滤回收的全入洗动力煤选煤厂仍普遍存在。

大同煤矿集团有限责任公司是我国动力煤大型生产企业,随着侏罗纪煤炭可采储量的萎缩,石炭系煤炭已成为其主要开采煤系。该系煤炭灰分高、发热量低,为了使产品满足市场要求,对矿井配套建设了选煤厂。以麻家梁选煤厂为例:麻家梁煤矿井田地处山西省朔州市东南、朔南矿区南部,距朔州市十余公里。主采煤层为4#9#煤,煤种为中灰、低硫、低磷、中高热值的长焰煤。麻家梁选煤厂是一座设计处理能力为12Mt/a的动力煤选煤厂,有三套独立的分选系统,单套能力为950t/h。采用5013mm粒级块煤重介浅槽分选、131.5mm粒级末煤三产品重介旋流器分选、1.50.15mm粒级粗煤泥螺旋分选机分选、-0.15mm粒级细煤泥加压过滤机与快开式隔膜压滤机联合脱水回收的生产工艺。由于煤泥不经分选直接回收,导致煤泥灰分明显高于重介精煤灰分,掺入精煤会严重影响产品质量,不掺又会影响产品回收率。如何降低煤泥灰分,成为选煤厂亟待解决的问题。本论文以麻家梁选煤厂为对象,对煤泥降灰技术进行了研究。

分流降灰技术研究

在麻家梁选煤工艺中,螺旋分选机尾矿用高频筛回收,高频筛的筛下水与旋流器溢流等均汇入浓缩机,经压滤(加压过滤机和板框压滤机)后成为最终煤泥。分别采集旋流器溢流、高频筛筛下水和煤泥滤饼,进行粒度组成分析,结果见表1~3

表1  分级旋流器溢流粒度组成

表2  高频筛筛下水粒度组成

表3  加压过滤机滤饼粒度组成

由分级旋流器溢流粒度组成可以看出,旋流器分级过程中存在一定程度的跑粗现象。随粒度变化,灰分呈现两头高中间低的趋势,-0.045mm粒级产率最高,灰分也最大,是煤泥灰分偏高的主要根源。

高频筛是螺旋分选机尾煤的脱水脱泥设备,其筛上物(+0.35mm)粒级为末矸产品,筛下水进入浓缩机。由表2可以看出,高频筛筛下物中有12.16%+0.5mm物料,说明设备存在部分跑粗,跑粗物料灰分在50%以上,不仅对浓缩机的正常工作构成威胁,而且会直接导致压滤煤泥灰分增加,应及时维护。即便控制住高频筛跑粗,高频筛筛下水中-0.5mm粒级合计灰分仍在42%以上,直接压滤成煤泥掺入精煤产品也会导致精煤灰分增加,发热量下降。

加压过滤机脱水后的产品进入洗混煤(500mm精煤产品)。由表3可知,压滤煤泥总灰分为30.47%,明显高于分级旋流器溢流的平均灰分,从流程上分析,是高灰的高频筛筛下水汇入浓缩机导致,所以,应设置高灰煤泥独立压滤排弃的通道。

重选降灰技术研究

加压过滤机滤饼粒度组成中,+0.25mm粒级含量接近40%,灰分为32.89%,可以考虑对粗粒产品进行重力分选,从而降低灰分,提高煤泥发热量。

崔广文等开发的三锥水介质旋流器采用三段锥体,相比传统水介质旋流器分选精度提高,在房山选煤厂与吕家坨选煤厂实现了对粗煤泥的高效分选回收。樊民强等在传统水介质旋流器锥段结构内引入上升斜面流水跃结构,开发的煤泥旋流重选柱集离心力、上升水流、斜面流、自重介等多重分选力为一体,分选精度大幅提高,在兴无选煤厂、沙曲选煤厂粗煤泥分选的工业应用中取得良好效果。武彦林采用小直径水介旋流器分选微细粒动力煤泥,对+0.045mm粒级取得了良好的分选效果。

Φ150mm煤泥旋流重选柱为分选设备,在实验室条件下考查了不同结构参数对煤泥的重选降灰效果。采取麻家梁选煤厂加压过滤机滤饼,加水配成浓度为100g/L的矿浆,搅拌均匀后,通过渣浆泵以0.15MPa压力给入重选柱,待工况稳定后,同时接取溢流和底流,对其进行筛分、过滤、烘干、称重和灰分化验。三种结构参数下的分选结果见表4

表4  压滤煤泥重选降灰试验

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由表4可以看出,以旋流重选柱对麻家梁选煤厂压滤煤泥实施重力分选,可使其灰分从27.95%降低至22.69%,降幅达5.26个百分点,说明压滤煤泥具有明显的降灰空间。但旋流重选柱的溢流产品中-0.074mm粒级产率高、灰分高,导致总溢流灰分仍然偏高,说明重力分选难以有效降低-0.074mm灰分,且0.074mm筛分也存在一定的技术困难。

浮选降灰技术研究

浮选是煤泥分选的主要手段,低阶煤变质程度较低,表面含氧官能团多,与水分子之间易形成氢键,疏水性较差且孔隙多,药剂消耗量大,影响了低阶煤泥浮选技术的推广和普及。郑云婷等收集五种捕收剂,通过药剂成分分析发现,含有大量不饱和脂肪酸和不饱和键的药剂,浮选效果较好。

3.1 煤样、药剂与浮选方法

采集麻家梁选煤厂末煤筛上原煤,破碎后筛分,取-0.5mm煤样作为浮选煤样。基础捕收剂为煤油,起泡剂为仲辛醇,进口药剂N作为参照药剂,YZ系列药剂由太原理工大学提供。依《煤粉()实验室单元浮选实验方法》(GB/T4757—2001)进行浮选试验,矿浆浓度为100g/L。浮选效果采用精煤产率、精煤灰分、尾煤灰分、可燃体回收率和浮选完善指标进行评价。

3.2 药剂对比试验

固定煤油用量为1000g/t,改变仲辛醇用量,分别为100g/t200g/t300g/t,浮选试验结果见表5

表5  仲辛醇用量试验结果

B5.png

由表5可知,随起泡剂用量的增加,精煤产率、浮选完善指标均有明显增加,起泡剂用量由100g/t增加到200g/t,无论精煤产率还是浮选完善指标均都大于起泡剂从200g/t增加到300g/t的增幅,这说明200g/t的起泡剂用量较为适合。

固定仲辛醇用量为200g/t,不同煤油用量下的浮选试验结果见表6

表6  不同煤油用量下浮选试验结果(仲辛醇200g/t)

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通过煤油+起泡剂试验得知,麻家梁煤泥浮选所需起泡剂用量明显高于焦煤浮选所需的起泡剂用量。要想获得灰分高于60%的浮选尾煤,煤油用量需大于2000g/t(见表6)。所以麻家梁煤属于较难浮煤。

N药剂是一种由国外引进的高效浮选药剂,其对麻家梁煤泥的浮选结果见表7

表7  捕收剂N和仲辛醇用量试验结果

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由表7可以看出,N药剂在N(1000g/t)、仲辛醇(200g/t)药剂制度下,可得到精煤产率84.59%、可燃体回收率93.71%、精煤灰分21.74%、尾煤灰分71.19%的良好结果。N药剂1000g/t的浮选效果要好于煤油3000g/t的浮选效果,可节省2/3的煤油,但考虑到其价格偏高,经济性并不显著。

YZJYZYYZD作捕收剂,对麻家梁煤泥进行浮选试验,结果见表8。其中,捕收剂用量为1000g/t、起泡剂仲辛醇为200g/t

表8  YZ系列捕收剂对麻家梁煤泥的浮选效果 %

B8.png

由表8可以看出,对于麻家梁煤泥,YZ系列捕收剂作用下的浮选精煤产率均比煤油高,同时浮选完善指标较煤油有较小幅度提高。三种捕收剂中,YZY对应的精煤产率最高,YZJ次之,YZD同样有较好表现,说明YZ系列药剂对麻家梁煤泥具有很好的浮选效果。

与煤油捕收剂相比(6)1000g/tYZ药剂的效果好于2000g/t煤油的浮选效果,与3000g/t煤油的精煤产率相当,尾煤灰分略低。

与国外进口N药剂相比,1000g/tYZ药剂的效果虽在相同用量下略低于N药剂的浮选效果,但YZ系列药剂的价格要明显低于N药剂,在相同的效果下,经济性好。

结论

通过流程分析和试验研究,降低全入洗动力煤选煤厂细煤泥灰分的技术路线主要有以下三条:

1) 设置独立的浓缩压滤回收环节,将高灰煤泥并入矸石,减少其对精煤的污染,降低煤泥灰分。该技术易实施。

2) 采用重力分选方法,对细煤泥进行分选,降低煤泥灰分,同时需配置高灰煤泥压滤回收环节。该技术需要与粗煤泥分选相配合。

3) 增加浮选作业,真正实现全粒级分选,使煤泥灰分与重介分选精煤灰分基本持平,显著提高产品质量。该技术需要高效浮选药剂的支持,投资也最大。

◎作者简介:贾怀军(1973—),男,甘肃会宁人,硕士,成绩优异高级工程师,现任大同煤矿集团煤炭洗选分公司副总经理,E-mail:jia-hj@163.com。

◎引用格式:贾怀军,董连平,李志红,等.全入洗动力煤选煤厂煤泥降灰技术研究[J].煤炭工程,2019,51(3):83-86.


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