主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

这9大问题,我国选煤工艺亟需解决

2019-04-11   来源:五六选煤

  1、可选性试验资料不齐全,缺乏代表性


  依据缺乏代表性的筛分浮沉资料制定选煤工艺,是对设计的误导,后果是严重的。所以新颁《煤炭洗选工程设计规范》5.1.6条(黑体字强制性条文)明确要求“可行性研究和初步设计必须对筛分、浮沉试验资料的代表性进行评述。当筛分、浮沉试验资料的代表性不足时,应按规定进行调整,使其接近生产实际”。这是新规范与旧规范最主要改变之一。这就要求必须结合本井田的条件和矿井采用的开采工艺,对上述借用资料进行合理的调整,以增加资料的代表性。


  目前,调整资料的方法,中国暂时无统一规范。只能按照《煤炭洗选工程设计规范》5.1.6条规定的原则进行调整。《设计规范》对资料调整的规定是“1参照邻近煤矿、选煤厂的实际生产情况调整。2根据煤田地质报告、采煤方法、运输提升方式等因素调整”。


  调整资料时,需要特别注意以下几个方面:


  (1)对生产原煤灰分进行合理预测;


  (2)对小窑原煤筛分资料的粒度组成进行合理调整,鉴于动力煤分选多采用块煤排矸或分粒级分选。所以,对于动力煤分选而言,原煤筛分资料的粒度组成的准确性及代表性尤为重要。


  如果没有做好可选性分析或合理预测,选煤厂在建成后的实际生产中会遇到很多问题,甚至现场无法处理。在所有问题中,以灰分预测不准确,煤泥水处理能力考虑不足带来的煤泥水系统问题最为突出。


  案例


  四川某煤炭集团在华蓥山地区某选煤厂,由德国某公司设计并总承包建设。设计时由于原煤可选性资料不足,主持设计的选煤工程师也没有做过西南地区的选煤厂项目,直接借鉴北方选煤厂设计经验进行设计和设备选型。


  选煤厂建成后,煤泥水系统经常由于处理能力严重不足带来了很多生产和环保的问题。造成煤泥水系统处理能力严重不足的一个主要原因是,中国西南地区的煤比北方的煤更易泥化,次生煤泥量也更高。另一个原因是,开采方式的变化,在选煤厂设计之初,与选煤厂配套的煤矿采用的是高档普采,在选煤厂设计及建设过程中,煤矿开采方式升级为薄煤层长臂开采(综合机械化开采)。升级为综采后,顶底板的夹矸率明显提高。由于煤炭企业管理体系造成采煤、选煤两套班子沟通不多,总承包合同价格已定等原因,总承包单位没有立即调整设计方案。因此,该选煤厂建成后,煤泥水系统就频繁因为能力不足出问题。


  该选煤厂项目成了该煤炭集团的心病,从此以后,该集团再也没有实施过选煤厂总承包项目,并且集团高层对现代选煤技术持有偏见。


  2、选煤厂同时入选二层煤时,不能正确处理


  如果选煤厂入选的原煤来自多个矿井或同一矿井的多个煤层(实际上大多数设计是属于这种情况),这时就需要考虑多层原煤是应该采取混合入选还是分组入选的问题。


  《煤炭洗选工程设计规范》5.1.5条要求“当各煤层在分选密度相同的条件下,其可选性、基元灰分相差较大、净煤硫分相差较大或煤种不同时,宜分别分选”。这时,井下采取分采、分运,地面分储、分别入选的方式最为合理;如果煤质条件允许实行混合入选方式,也还必须解决如何保证实现各层煤混合入选比例的问题。这时,最佳方案仍是井下采取分采、分运,地面分储按比例配煤入洗。


  但是,井下实现分采、分运、分别提升困难较大,一般矿井不具备这种条件。退而求其次,可以考虑在地面设置原煤均质化混煤场,保证入选原煤性质在一段时间内(时间长短取决于混煤场容量,一般为2~3天)保持相对均匀。国外、国内均有选煤厂采用这种方法。


  案例


  准格尔矿区某煤矿首采区的4、6上二层煤灰分、密度组成相差较大是本井田煤质方面一个主要特点。《可研》推荐取长补短配煤入洗的方式。鉴于井下未实行分采分运,二层煤开采的数量和质量具有随机性,地面生产系统也没有采取任何混煤措施,因而《可研》确定的4、6上二层煤的混煤比例(1:5)得不到保证,配煤入洗的方式亦无从落实。实际上使4、6上二层煤变成了随机混合入选。最终将造成分选过程难以控制,选后产品质量不稳定的严重后果。


  3、确定选煤工艺方面存在的问题


  分选工艺方案的比较只作定性的技术分析,没有充分考虑与分选工艺相关的各种因素,缺少量化数据,论据不够充分,结论难以服人。


  新颁《煤炭洗选工程设计规范》5.1.7条(黑体字强制性条文)明确规定“选煤方法应根据原煤性质(如粒度组成、密度组成、可选性、可浮性、硫分构成及其赋存特性、矸石岩性)、产品要求、分选效率、销售收入、生产成本、基建投资等相关因素,经过技术经济比较后确定”。上述条文比老《规范》有了质的变化,这是新规范与旧规范最主要的区别和进步点之一。其核心要求是应根据具有代表性的可选性资料,统筹考虑与分选工艺相关的各种因素,通过技术经济量化比较,综合论证,来确定分选工艺。选煤方法的确定,除应体现最大产率原则外,还要体现经济效益最大化原则。


  案例1


  东北鹤岗矿区,某外国公司设计建设的某炼焦煤选煤厂(1.50Mt/a)就是采用选前脱泥两段有压入料二产品重介旋流器+粗煤泥入螺旋分选机分选工艺。结果,比本矿区采用选前不脱泥无压入料三产品重介质旋流器+煤泥重介旋流器分选工艺的选煤厂的精煤产率低了约5%。一年损失几千万元的收入。可谓对细粒煤(含粗煤泥)分选工艺选择不当的典型警示范例。


  案例2


  陕北榆横矿区某选煤厂(4.00Mt/a),入洗煤类为长焰煤。本矿煤质方面的的最大特点是多数煤层的顶底板及夹矸岩性均为泥岩,遇水易崩解、易泥化。选煤工艺采用原煤全部入洗工艺,即选前脱泥,50~1.5mm采用有压入料两产品重介旋流器分选,1.5~0.15mm粗煤泥采用螺旋分选机分选,-0.15mm细泥采用压滤机直接回收。


  自试生产调试以来,主要入洗本矿井开采的4-2煤层原煤,该层煤平均含有厚200mm泥岩夹矸。存在的主要问题是即便在入洗煤量不大(平均实际入洗煤量不足设计额定能力的1/5)的情况下,洗水很快变黑、变稠,煤泥水系统能力严重不足,煤泥处理不了,导致循环水池液位不断上涨、溢出,开车仅几个小时,便无法生产。究其原因,主要有以下二点:(1)设计采用有压入料重介旋流器分选方式,产生次生煤泥量大。入料经离心泵叶片强烈撞击,高速搅动,原煤中所含泥岩矸石,大量被泥化。据现场实测,进入浓缩机的-0.15mm细泥量占原煤的18%,比原设计预测值5.23%高出近3.5倍。结果造成煤泥水系统能力严重不足。(2)泥岩矸石遇水泥化后,不易沉降,压滤效果变差,按常规选型的浓缩机、压滤机面积明显不够,细泥得不到及时回收,大量积聚在洗水中,导致循环水很快变黑、变稠,循环水池液位不断上涨、溢出。后来不得不“亡羊补牢”,增建一座压滤车间,在原设计3台压滤机(300㎡/台)的基础上,再增加6台压滤机(400㎡/台),压滤面积增加两倍多,增加投资近1500万元。


  这些都是反面案例,主要原因是因为选煤方法选择不当。另外,案例也说明矸石岩性对煤方法选择有很大的影响。对这种含有大量易泥化的泥岩矸石的原煤,“预排矸”是广泛采用并成熟应用的工艺。国内主要由两种预排矸工艺,重介浅槽,动筛跳汰机。


  备注:这里不做工艺适应性的讨论,每一种原煤都有不同的适应工艺,并不是“一招鲜,吃遍天”。没有最好的选煤工艺,只有最适用的选煤工艺!


  预排矸工艺能将大块泥岩矸石尽早地从系统中排除,这样对后续主选工艺和煤泥水系统十分有利。重介浅槽的有效分选粒度在技术说明书中一般写的是13mm-200mm,有一些制造商在宣传中甚至说最低分选下限是6mm,其实这些是误导。从实际运行经验看,只有在入选粒度≥25mm时,重介浅槽才有较好的分选效果。


  在澳大利亚和南非,预排矸的主流工艺是“选择性破碎机”。提及选择性破碎机,中国选煤同仁多数会嗤之以鼻,认为是中国淘汰了10年的技术,怎么可能会在澳大利亚这样的矿业技术发达国家使用。其实,不然。澳大利亚和南非用到的选择性破碎机,原理和中国10年前淘汰的技术确实一样,但是设备使用效果及适应性却完全不一样。选择性破碎机在澳大利亚和南非的选煤预排矸工艺环节,使用非常成功,而且设备故障率低,维护保养成本比动筛跳汰机和重介浅槽都更低,操作也简易。主要原因是澳大利亚原煤和中国原煤的煤质差异,国内目前只有晋城无烟煤集团的矿井和宁夏部分矿井适用选择性破碎机作为预排矸工艺,其他地区的煤质都不太适合。另外,就是设备的加工制造细节。当被问起为什么设备售价差异这么大时,笔者经常做的简单比喻是,夏利和奔驰都可以上路,您说有什么区别?这里不做细节讨论。


  4、采用动筛跳汰机分选工艺时存在的问题


  目前采用动筛跳汰机预排矸分选工艺的比较多,但对采用该工艺的合理条件往往缺乏深入分析。例如,不问动筛跳汰机入料中矸石所占的比例是否合理,在矸石含量很少的情况下,就盲目采用动筛跳汰机预排矸;另外,不少设计院在动筛跳汰机前加设缓冲仓,导致入料中的限下率增加,使动筛跳汰机不能正常工作。


  案例1


  陕西神府矿区(南区)某矿选煤厂(6.00Mt/a),《可研》采用动筛跳汰机预排矸。而该矿原煤矸石含量总体就少,块矸含量更少,+50mm块原煤中的矸石含量只占不足9%。采用动筛跳汰机预排矸不尽合理。因为含矸量太少的原煤采用动筛跳汰机排矸,不利于动筛跳汰机处理能力的充分发挥。将导致相应增加动筛跳汰机选型台数。


  案例2


  山西潞安矿区某选煤厂采用动筛跳汰机预排矸工艺,但在动筛跳汰机前加设缓冲仓,增加了入料中的限下率,使动筛跳汰机不能正常工作。


  5、两个以上介质系统设计中存在的问题


  大型重介选煤厂若布置两个以上独立的生产系统时,有的设计因为厂房空间紧张,将两个生产系统中的介质系统的某些环节(如稀介桶、磁选机)合并为一台设备去处理,看似减少了设备台数,却是很不合理的。为了提高介质密度、分流量控制的精度,保持每个生产系统所属介质系统的独立性是十分必要的。


  6、重介质分选介耗偏高的问题


  介耗是重介分选的重要技术经济指标,是选煤厂生产成本影响的主要因素。降低介耗是重介分选工艺设计的重点之一。《煤炭洗选工程设计规范》第5.3.9条为强制性条文,规定“分选每吨煤的磁铁矿粉技术耗量应符合下列规定:块煤:<0.8kg;混煤、末煤:<2.0kg”。但不少设计在投产后往往效果不佳,介耗偏大,多数大于2kg,甚至3~5kg,在泥化程度严重的贵州还有超过8kg的介耗。


  影响介耗指标的因素是多方面的,必须全面考虑,采取综合技术措施,方能收到好的效果。这些技术措施包括:


  (1)合理选足脱介筛的面积和筛孔缝隙(合格段0.5mm,稀介段和弧形筛0.75~1.0mm,若筛下物料最终去浮选则不宜大于0.5mm),杜绝脱介筛跑介;


  (2)除设弧形筛预脱介外,脱介筛必须设合格介质段,尽量减少去稀介段的介质数量,以减少介质净化所造成的损耗;


  (3)尽量避免采用双层脱介筛。不少设计在重介分选系统中,采用双层脱介筛,将产品脱介与分级两个作业的功能合并在一台双层筛内完成。虽然有环节简化、方便布置等优点,但也存在下层筛脱介效率不高,将增加介耗的弊端;


  (4)物料入脱介筛前加设均料设施(如弧形筛、均料槽)使物料均布筛面,以提高脱介效率;


  (5)提高脱介筛喷水的压头并保证足够的喷水量(小水量、高压头),以便减少筛上物料带走的介质量;


  (6)选用高梯度磁选机回收介质,其磁选效率高达99.9%左右,可有效地减少介耗;


  (7)严格控制磁选机的入料量(100 m³/h·m),保证合理的入料浓度(15%~25%,最佳值20%),保证磁选机入料中磁性物含量不超过允许值(18.5t/h·m)。以便使磁选机的工况和磁选效率保持在最佳状态,这对降低介耗十分重要。入料矿浆(即稀介质)浓度不仅取决于脱介筛喷水量的大小,还与选前是否设预先脱泥环节有着直置接关系。因此工艺流程的制定与计算应与磁选机选型结合起来考虑;


  (8)合理选择补加介质方式。为了保证及时补加介质,中矸磁选机的处理能力应留有一定的富裕或专设一台磁选机作为净化补加新介质用。


  7、工艺设备选型常见问题


  工艺设备选型失误,不良后果只能在选煤厂建成投产后才逐渐暴露出来。因为,工程一旦建成,厂房的空间和面积已经固定,再来弥补改正设备选型方面的失误,难度非常大。暂不论经济方面的损失,仅实施设备变更的技术工作就十分困难。如果接受既成事实,又会给选煤厂的生产管理造成难以克服的被动和麻烦,甚至留下永久的遗憾。无论多好的设计,工艺多么先进、完善;最终还是要靠设备的长期稳定,并正常运行才能体现出来。近年来设计投产的重介选煤厂,在工艺流程方面出问题的并不多,暴露出来的大多数问题都是因为设备选型失误造成的。


  目前为止,设备选型问题,在国内几乎每个选煤厂的设计中存在,问题大小差异而已。这类设备选型的失误的“习惯”,如果在做国际项目,还是这个态度,代价会非常惨重,足以让设计单位或工程总承包公司破产。


  案例


  南非著名的矿业工程技术提供商BATEMAN,因为某项目的失误,不仅赔光了几千万美元的EPCM费用(工程设计+项目管理合同),并遭到业主索赔。直接导致从股票市场退市,最后一蹶不振,落到被竞争对手低价收购的结果。


  所以,设计工程师一定要高度重视工艺设备选型在选煤厂设计中的重要性。


  8、设备选型方面的失误


  设备选型方面的失误主要表现在以下两方面:


  (1)对设备的性能、特长把握不准;为了片面追求规格型号统一,选型不是偏大就是偏小,比《规范》提供的参考指标偏离较多,有的偏离多达数倍。


  案例1


  山东巨野矿区某选煤厂主洗系统实行工程总承包。脱介筛选型采用水平直线振动筛,虽然可行,但因水平直线振动筛用于脱介,其单位面积处理能力较小(3~4t/㎡),故一般筛子面积选型规格较大,而大面积水平直线振动筛结构刚性差,易断横梁。对于-50mm混煤产品脱介而言,采用单位面积处理能力相对较大(5~6t/㎡)、结构刚性较强的香蕉筛更为适宜。


  精煤脱介筛面积为4×22㎡,其单位面积处理能力已达6t/㎡,超过《规范》指标近一倍,说明选型面积小了近一倍。而中、矸脱介筛为保持与精煤脱介筛规格型号一致,选型面积又过于大,其单位面积处理能力才不到2t/㎡,大大低于《规范》指标。中、矸脱介筛选型面积过大,还会带来脱介筛喷水过量的弊端,导致磁选机入料浓度偏低,影响磁选效率。设备选型不必刻意追求规格型号的统一,造成不必要的投资浪费,对于工程总承包项目而言,更是如此。


  案例2


  有的设计对块煤重介分选产品脱介筛选型采用香蕉筛不尽合理。


  案例3


  陕西榆横矿区某选煤厂重介旋流器入料泵的选型失误给工程总承包造成的经济损失的深刻教训必须认真吸取。


  案例4


  不少工艺流程设计,采用粗细煤泥分别脱水回收的原则是合理的。但对粒度小于0.15mm的细煤泥采用加压过滤机进行脱水回收,却存在滤饼水分大,脱水效率低,处理能力成倍减少的问题,设计宜慎重对待。


  (2)片面追求引进设备,宜优先考虑国内技术过关的设备。


  案例


  不是给景津集团打广告,现在压滤机选型如果继续采用外资品牌,那一定是土豪行为。


  9、工艺布置方面存在的问题


  (1)不少设计院在地面生产系统工艺平面布置时,不设储煤场和原煤缓冲仓,主井井口提升设备直接与选煤厂生产系统相连。这首先不符合新颁《煤炭洗选工程设计规范》第3.2.1条、3.2.3条的规定,同时还存在一系列弊端:


  ①直接相连,使选煤厂生产系统设备小时能力必须与主井提升设备相同,而且为了保证主井提升的安全,选煤厂生产系统需设备用系统,这必将造成投资的极大浪费。


  ②选煤厂生产系统中任何一台设备出故障,因煤流系统有闭锁关系,都将导致主井提升设备(胶带机)停车。如果主井提升设备为绞车,必将给矿井生产带来极大危害。


  (2)目前选煤厂主厂房设计往往号称采用模块化布置。但实际上多数主厂房设计并不是真正的模块化结构,更谈不上模块化工艺布置。


  责任编辑:宫在芹

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