跳汰工艺在转龙湾选煤厂的应用

朱得华

(大地工程开发(集团)有限公司 天津分公司，天津300000)

跳汰选煤是较为传统的选煤方法，近十年新建选煤厂很少采用跳汰工艺，大部分采用重介工艺；重介选煤在处理泥化严重的高灰原煤时，若分选密度>1.8 g/cm3，不仅高密度悬浮液难以配制，其粘度也难以控制，导致重介旋流器很难实现稳定分选。

转龙湾矿井动力煤选煤厂于2015年初投产，设计能力为5.0 Mt/a(实际入选能力为8.0 Mt/a)，主选系统采用3台单段跳汰机。跳汰工艺具有生产成本低、处理量大、分选下限低、事故率低、系统检修维护量少等优点，适合高密度排矸作业，排矸密度高达2.0 g/cm3以上，且设备通过能力较大，对煤质波动适应性较好。然而在矿井过断层时，原煤灰分急剧增加，各系统处理能力稍有不足，需要对原煤入料量进行控制。

1 矿井及选煤厂概况

转龙湾煤矿矿井采用斜井开拓，长壁后退式采煤方法，综合机械化一次采全高采煤工作面，全部冒落法管理顶板，主斜井带式输送机最大提升能力为2 350 t/h。井田含煤地层为侏罗纪中下统延安组，可采煤层10层，矿井前20年主要开采Ⅱ-3煤层。矿井范围内Ⅱ-3煤层厚度变化大，断层多，其中233、234采区勘探程度低，平均煤厚3.0 m左右，煤层薄，各煤层一般含1-3 层夹矸或不含夹矸，顶板、底板多为泥质粉砂岩、细砂岩。

转龙湾动力煤选煤厂是矿井型选煤厂，主要入选转龙湾矿井原煤。选煤厂设计能力为5.0 Mt/a，工作制度为：一年生产330 d，一天生产16 h，两班生产，一班检修；年工作5 280 h。

选煤厂产品结构以生产动力煤和化工用煤为主。其中包含100～30 mm粒级的洗混块，灰分<10%，硫分<1%，发热量>22.60 MJ/kg，主要供化工造气、工业锅炉用煤等；30～13 mm粒级的洗小块,灰分<10%，硫分<1%，发热量>22.60 MJ/kg，主要供煤化工项目；<13 mm粒级的洗末煤，灰分<10%，硫分<1%，发热量>18.83 MJ/kg，主要作为发电用煤[1]。

2 选煤厂分选工艺

井田各煤层均为不粘煤，具有特低灰-低灰、低硫-中硫、特低磷-低磷、高-特高热值、中挥发分、低-中等水分、较高热稳定性和化学反应性强、焦油产率及挥发分产率均较高等特点，是优质的动力用煤和工业气化用煤，也可以炼制铁合金焦。原煤性质结果见表1。

表1 原煤性质结果Table 1 Analysis of raw coal property %

表2为100～0.5 mm原煤浮沉试验结果。由表2可知，<1.40 g/cm3的低密度和>2.0 g/cm3的高密度含量比较高，呈现两头高、中间低的分布规律，而中间产物含量较低。当分选密度>1.6 g/cm3时，可选性等级为易选，可采用分选密度>1.8 g/cm3高密度排矸的方法，用来得到灰分<10%的精煤。但是对于重介选煤，如果排矸密度>1.8 g/cm3，难以配制高密度悬浮液，因此不建议采用重介质分选工艺，而采用单段跳汰工艺来生产低灰精煤[2]。

表2 100～0.5 mm原煤浮沉试验结果

跳汰选煤可用于块煤、混煤和末煤的洗选，90年代国内一些大型选煤厂使用了德国巴达克跳汰机，效果较好，有效分选粒级为100～0.5 mm。其工作原理是通过调节风和水，使煤在脉动的水流中动态形成近似按密度分层，并通过排矸系统将沉于下层的重产品(矸石)排出，完成分选的过程。跳汰选煤的主要优点在于其适合高密度排矸作业，排矸密度可在2.0 g/cm3以上，设备通过能力较大，对煤质波动适应性较好[3]。

根据选煤厂煤质资料和产品结构的要求，最终确定分选工艺为：100～0.5 mm粒级跳汰混合入选(或100～13 mm粒级块煤入选)；1.5～0.25 mm粒级粗煤泥采用分级旋流器+煤泥离心机回收；<0.25 mm粒级细煤泥采用浓缩机+快开隔膜压滤机脱水回收。

3 生产系统运行情况

3.1 跳汰系统

选煤厂选用三台跳汰机(跳汰室宽度为5 400 mm，长度为3 500 mm)，跳汰面积为18.9 m2，近三年单机生产能力可达100 t/(m·h)[4]。

混煤跳汰机有效分选上限为100 mm，下限为0.5 mm，跳汰机选前要保证入料粒度，入选粒度过宽或粒度超限，都会导致分选精度下降。

选煤厂选用3台T50100型矸石斗式提升机，单台最大处理能力为100～150 t/h，正常情况下(原煤灰分≤25%)斗式提升机能力可满足选煤厂生产要求，但是在矿井过断层过程中，原煤灰分急剧升高，原煤矸石含量迅速增加，其中>50 mm矸石量高达37.6%，原煤综合矸石含量为57.49%。原煤筛分试验结果见表3、原煤筛分试验结果见表4。斗式提升机能力不足，如果原煤处理能力维持不变，系统会因矸石量超过斗式提升机提升能力而出现事故，影响选煤厂及矿井正常生产。目前，大型矿井可对矸石斗式提升机进行提能改造(斗子提速并更换驱动电机)，同时减少选煤厂系统处理量来消化矿井额外增加的矸石。

表3 原煤筛分试验结果Table 3 Screen analysis of raw coal %

表4 原煤浮沉试验结果

矿井过断层时间一般持续一两个月，过断层原煤灰分基本在50%～60%之间，因此矸石斗式提升机提升能力严重制约矿井生产。在矿井过断层过程中，需按选煤厂矸石斗式提升机实际提升能力进行核算，针对不同的原煤灰分来调整系统的最大通过能力。实际生产中根据灰分情况调整跳汰机入料量，具体核算结果见表5。

跳汰系统目前的主要问题是在保证精煤灰分<8%(平均精煤灰分为6.5%)的前提下，矸石段产品灰分和带煤量无法进行有效控制。矸石提升系统在矿井过断层时易出现能力不足和压斗子事故。

表5 不同原煤灰分跳汰机入料量核算

3.2 粗煤泥系统

选煤厂选用3台φ1 200 mm立式煤泥离心机，单台处理能力在30～50 t/h之间，正常情况下能满足选煤厂粗煤泥回收任务。

通过选煤厂301原煤皮带秤数据和粗煤泥离心机处理数据可知，过断层时泥岩增多，原生煤泥量可达到14%，综合煤泥产率约为20%，此时离心机筛篮易被堵塞，粗煤泥回收系统压力较大，易出现处理能力不足和产品水分超标的问题。

正常情况下原煤采用混合入选方式，粗煤泥回收系统是可以满足产品质量要求的。但在矿井过断层过程中，必须通过调整生产方式来解决粗煤泥回收的问题，通过降低原煤小时入选量或原煤分级后块煤单独入选的方式来缓解粗煤泥回收系统的压力。

3.3 浓缩系统

选煤厂采用2台φ45 m浓缩机处理煤泥水(其中一台备用)，正常煤质情况下浓缩机的溢流循环水浓度在5 g/L左右，入料浓度在80 g/L左右。但当矿井过断层时，泥岩较多，煤泥难以沉淀，煤泥水水质急剧恶化，浓缩机入料浓度达到200 g/L以上，溢流循环水浓度在130 g/L左右，甚至高达160 g/L，跳汰机洗选效果极不稳定，对精煤灰分影响较大。

选煤厂在煤质正常时可采用跳汰混合入选或原煤分级后块煤单独入选的方式，在过断层时可采用原煤分级后块煤单独入选或调整原煤入选量来缓解浓缩系统的压力。

对于大型跳汰选煤厂的浓缩系统一定要考虑煤泥水系统的处理能力，同规模的跳汰选煤厂是重介选煤厂煤泥水负荷的2倍。煤泥水量的急剧增加直接影响浓缩机入料系统的稳定，可在浓缩机入料前设置小型缓冲水池(容积>100 m3)来降低入料速度，常规采用的φ3 m缓冲水箱已无法满足水量缓冲及降速的要求[5]。

4 工艺选择分析

转龙湾选煤厂如果采用重介分选工艺，一般选取块煤浅槽重介分选机+末煤重介质旋流器进行分选，根据产品结构和煤质资料分析，排矸密度>1.8 g/cm3，不但高密度悬浮液难以配制，而且在过断层时产生泥岩较多，高密度分选致使介质粘度太大，重介质旋流器很难实现稳定分选。

动力煤选煤厂处理高灰原煤，如淮南矿区张集一矿选煤厂采用德国进口巴达克跳汰机，张集二矿选煤厂采用国产埃凯X型跳汰机，目前仍在稳定运行。兖州矿区与淮南矿区由于部分煤种可作为炼焦配煤，部分选煤厂在改造或者新建过程中将跳汰系统改为重介系统，这也是适应市场的需求，并不代表跳汰系统不适用于动力煤选煤厂。而对于鄂尔多斯矿区的不黏煤种仅作为化工用煤或者动力煤时，采用跳汰工艺也是一种选择[6-7]。

跳汰工艺可实现排矸密度>2.0 g/cm3，跳汰机的通过能力也优于重介旋流器，因此转龙湾选煤厂选用跳汰工艺是合理的。

5 结语

在选煤行业前十年发展中，新建选煤厂多采用重介质选煤设备。此外，在最近几年的选煤厂技改潮中，重介质选煤替换跳汰工艺尤为突出。虽然重介工艺可提高煤炭分选精度，但在煤炭行情低迷时期，其运营成本高的问题也逐渐显现出来。同等规模的重介质工艺，投资费用比跳汰工艺高出10%～20%。而且重介系统不仅工艺复杂、设备众多、电耗高，还需要消耗一些磁铁矿粉，运行费用高。但对于部分重介工艺的动力煤选煤厂，最终分选出来的产品质量高于客户需求时，还需配以煤泥、中煤、矸石来调整发热量。

而跳汰工艺在大型动力煤选煤厂应用良好。对于部分动力煤选煤厂，跳汰工艺一次性洗选即可满足客户要求，减少配煤环节，降低运营成本。其完全能满足生产要求，不必追求分选精度高，而应以满足市场要求，实现经济效益最大化为原则。故选煤厂工艺的选择需要综合考虑煤质情况、市场需求、选煤厂投资及运行成本，选择最优方案。