王家?guī)X煤礦選煤廠工程設計實踐

陳警衛(wèi)，史培寧，包永紅

(中煤西安設計工程有限責任公司，陜西 西安 710054)

山西中煤華晉能源有限責任公司王家?guī)X煤礦選煤廠(以下簡稱“王家?guī)X煤礦選煤廠”)屬于大型煉焦煤選煤廠，是礦井、選煤廠、自備電廠、鐵路專用線四個子項目之一。王家?guī)X煤礦聯合工業(yè)場地位于山西省河津市固鎮(zhèn)王家?guī)X村西側，配套選煤廠位于聯合工業(yè)場地東南側。2009年5月該選煤廠開工建設，2013年正式投產，設計能力為6.00 Mt/a。入選原煤為低中灰(干燥基灰分在12.36%～29.56%之間)、特低硫(干燥基全硫含量在0.27%～0.50%之間)、低磷(干燥基磷含量在0.008%～0.050%之間)、高發(fā)熱量(干燥基高位熱量在29.69～36.33 MJ/kg之間)、中等粘結性(在64.90～78.40之間)的優(yōu)質瘦煤，是寶貴的優(yōu)質煉焦配煤；主導產品為10級精煤，也可生產9級精煤和8級精煤，均作為煉焦配煤使用。2012年9月20日配套礦井投產，選煤廠開始帶煤試生產，并一次投料成功，產品數質量指標均達到設計要求，安全設施穩(wěn)定可靠，符合設計規(guī)定要求，也滿足現場使用要求。

1 設計方案

1.1 煤質特征

按照GB/T 477—2008《煤炭篩分試驗方法》[1]和GB/T 478—2008《煤炭浮沉試驗方法》[2]對王家?guī)X煤礦選煤廠的原煤粒度組成、密度組成進行分析，結果見表1、表2。

由表1可知：>50 mm粒級塊煤中的矸石產率達15.60%，因此，應該布置塊煤預排矸設備；<50 mm粒級原煤中3～0 mm粒級粉煤產率達26.51%，0.5～0 mm粒級粉煤產率達16.00%，粉煤含量高，說明原煤的硬度??；在50～0.5 mm粒度范圍內，隨著粒度的變細，各粒級灰分明顯下降；0.5～0 mm粒級原生煤泥灰分低于原煤灰分，說明矸石無明顯的泥化現象。

表1 原煤粒度組成

表2 50～0.5 mm粒級原煤的密度組成

由表2可知：低密度級灰分較低，而產率較高，說明該原煤可洗選出灰分較低的精煤，且其產率較高；當浮選精煤灰分從9.00%增加到10.00%時，其產率從約68.50%增加到76.00%，提高7.50個百分點。 浮沉煤泥的產率僅為0.97%，灰分僅為14.54%，這進一步說明矸石不易泥化。

50～0.5 mm粒級原煤的可選性曲線(圖1)表明：當理論分選密度<1.40 g/cm3時，50～0.5 mm粒級原煤的可選性等級為極難選；當理論分選密度為1.50 g/cm3時，50～0.5 mm粒級原煤的可選性等級為中等可選，浮選精煤理論產率為77.39%，灰分為9.54%。

1.2 工藝設計

王家?guī)X煤礦選煤廠的精煤主要用于冶金，鑒于焦煤資源的稀缺性，應該合理開發(fā)并充分利用這部分資源。在保證洗選產品質量滿足市場要求的前提下，遵循企業(yè)經濟效益最大化原則，選擇先進高效、適應性強、靈活方便、回收率高的分選工藝。最終確定的選煤工藝(圖2)為：>50 mm粒級大塊煤由動篩跳汰機排矸、0～50 mm粒級原煤預先脫泥、1～50 mm粒級原煤由兩產品重介質旋流器主再選、0.25～1 mm粒級粗煤泥由TBS干擾床分選機分選、0～0.25 mm粒級細煤泥由微泡浮選柱直接浮選的聯合工藝。

圖1 50～0.5 mm粒級原煤的可選性曲線

圖2 原煤洗選原則流程

1.3 主要設備選型

該選煤廠的工作制度為330 d/a、16 h/d，每天兩班生產，一班檢修。在設備選型過程中，生產系統(tǒng)正常過煤量按1 136.36 t/h計算，原煤倉之前的生產系統(tǒng)最大過煤量按3 000 t/h計算；所選設備既能適應精煤灰分降低到9%的情況，又能適應精煤灰分提高到10%的情況。該選煤廠的主要設備選型見表3。

表3 主要設備選型

1.4 總平面布置

該選煤廠的主要單位工程包括原煤倉、原煤準備車間、主廠房、濃縮車間、產品倉、矸石倉、快速裝車站等，根據廠區(qū)地形和總體規(guī)劃，對各單位工程進行布置。原煤倉、原煤準備車間、主廠房、產品倉四個單位工程的布置情況為：

(1)原煤倉。原煤倉為3個φ30 m的圓筒倉，單倉容量為3.50萬t，總容量為10.50萬t，每個煤倉下均布置有16個給煤漏斗和10臺大型帶式給料機。

(2)原煤準備車間。原煤準備車間采用鋼框排架結構，結構尺寸為51 m×16 m×27 m，布置有兩套平行的預先分級、檢查性手選、動篩排矸與破碎等系統(tǒng)。準備車間配備有檢修用電動單梁起重機和手拉葫蘆，起重質量為5 t；此外，為了防止煤塵擴散，該車間配備有除塵系統(tǒng)。

(3)主廠房。主廠房采用鋼結構、混凝土樓板形式，能夠有效避免純鋼構的振動和采暖問題；根據生產系統(tǒng)功能的不同和生產管理需要，整個主廠房自西向東分為脫泥和重介主再選、TBS分選和浮選、浮選精煤壓濾等三個區(qū)域。主廠房內所有桶(箱)液位和壓力、分選密度等均為自動控制，PLC控制系統(tǒng)不間斷地監(jiān)控各桶(箱)液位和重介質旋流器的分選密度。主廠房的屋面和外墻與原煤準備車間的相同，均選用厚度為75 mm的天藍色輕型保溫夾芯彩鋼板，屋面布置有采光帶，采光效果良好。

(4)產品倉。產品倉為5個φ22 m的圓筒倉，單倉容量為1萬t，總容量為5萬t；其中4個為精煤倉，1個為中煤倉。

2 設計特點

2.1 原煤煤質預測準確

在對原煤煤質預測過程中，考慮了礦井綜采放頂煤開采工藝、竄矸等因素的影響，在鄰近煤礦的原煤煤質資料基礎上，對原煤灰分、粒度組成及粉煤含量進行科學預測，預測的原煤煤質主要指標與生產實際情況吻合，如預測的原煤灰分為22.16%，實際生產中原煤灰分為在21%～25%之間。

2.2 產品定位切合實際

瘦精煤是煉焦配煤中的稀缺資源，應用前景良好。該選煤廠的瘦精煤產品定位為10級精煤，這能充分發(fā)揮其中硫含量低的優(yōu)勢。此外，為了滿足特殊用戶的需求，也可生產9級精煤和8級精煤。用戶需求的精煤灰分在9.00%～10.00%之間。

2.3 選煤方法科學合理

(1)大塊煤預先排矸，能夠有效提高排矸效率，減少塊煤破碎機故障，降低矸石泥化程度，減小管道磨損，減輕后續(xù)煤泥水處理系統(tǒng)壓力，從而使生產成本降低。

(2)原煤預先脫泥，極大地減少了系統(tǒng)分流量，從而使脫介篩和磁選機的負荷降低，重介系統(tǒng)的介耗量減少，產品脫介效果得到改善，重介分選系統(tǒng)懸浮液的穩(wěn)定性提高且可控性增強，這有利于提高并穩(wěn)定產品質量[3-5]。

(3)采用有壓兩產品重介質旋流器作為主再選設備，懸浮液密度調整靈活、方便、精準，有利于提升分選精度，進而提高精煤產率。精煤、中煤分選相互獨立，能夠保證二者的質量，且符合最大產率原則。在處理量相同的條件下，旋流器的介質循環(huán)總量小，入料壓力低，入料泵能耗低，有利于降低運營費用[6-8]；此外，該工藝可根據原煤煤質和市場需求靈活設置兩段的分選密度，產品結構調整方便、靈活，任何情況下都能生產出滿足市場需求的精煤和中煤產品。

(4)根據煤泥的可選性和可浮性，采用TBS干擾床分選機分選粗煤泥，能夠減少進入分選系統(tǒng)的煤泥量。TBS干擾床分選機的入選粒度范圍寬(在2.5～0.1 mm之間)，處理能力大(可達到150 t/h)，更適用于分選密度較低的場合；當分選密度≤1.60 g/cm3時，其分選精度很高，不完善度在0.10～0.14之間。采用普浮樂浮選機分選細煤泥，有利于提高煤泥的選擇性，強化浮選效果，提高浮選精煤產率。

2.4 實現煤泥全部綜合利用

在充分考慮場地地形、高差、風向等因素的基礎上，合理、明確劃分礦井、選煤廠、電廠的功能。壓濾煤泥先在壓濾車間旁邊的煤泥棚晾干，再與中煤混合，然后通過帶式輸送機運至王家?guī)X電廠，實現煤泥全部綜合利用，達到綠色生產和循環(huán)經濟的目的[9-10]。

2.5 設備配置大型化、高效化、節(jié)能化

主選重介質旋流器選用當時國內最大型號的兩產品重介質旋流器，處理能力大，系統(tǒng)布置得以大幅簡化。浮選機為當時國內最大直徑的進口普浮樂浮選機，并采用主再選工藝，浮選精煤產率和細煤泥浮選效果均較高。該浮選機無運轉部件，磨損程度和設備能耗均較低，截粗裝置先進、可靠，浮選精煤產率在70%左右。

2.6 車間布置模塊化

主廠房采用大廳式布置，內部設計有三個模塊，分別為重介質旋流器主再選模塊、TBS分選模塊、浮選和浮選精煤壓濾模塊[10-11]。將振動幅度較大的設備集中布置主廠房三層，可以減小設備振動對結構的影響；主廠房與電控樓的基礎獨立建設，能夠減小主廠房內設備振動對電控設備和儀器的影響。

2.7 綜合自動化程度高

該選煤廠的集控技術先進，自動化程度高，所需崗位工少，工藝參數顯示明了、直觀；采用智能綜合保護體系和人/機界面交互技術，能夠實現生產過程的高產、高效和崗位無人值守；實現了設備分選密度的自動控制、系統(tǒng)自動起停車、事故自動報警、火車快速裝車，汽車裝車集空車稱重、自動裝車、自動加煤、重車過磅、自動打印于一體。

3 結語

王家?guī)X煤礦選煤廠的工程概算總投資約為10.78億元，工程決算投資約為9.16億元。該選煤廠2013年、2014年、2015年的原煤處理量分別為6.05、7.20、8.00 Mt，平均精煤產率為65%，平均精煤灰分為9.50%，原煤介耗為1 kg/t，平均電耗為7.10(kW·h)/t，各項指標均滿足設計規(guī)范要求，達到國內先進水平。驗收投產后4年的生產實踐表明：該選煤廠的各項工藝指標達到甚至超過了設計要求，并于2015年獲得煤炭行業(yè)第十七屆優(yōu)秀工程設計一等獎。

[1] 中國煤炭工業(yè)協(xié)會.煤炭篩分試驗方法：GB/T 477—2008[S]. 北京：中國標準出版社，2008.

[2] 中國煤炭工業(yè)協(xié)會.煤炭浮沉試驗方法：GB/T 478—2008[S]. 北京：中國標準出版社，2008.

[3] 母長春．淺析張雙樓選煤廠設計[J]．選煤技術，2007(2): 55-57.

[4] 劉 宏，余振華 張雙燕．新陶陽選煤廠工藝設計[J]．煤炭工程，2013(S2): 63-65.

[5] 戴少康.選煤廠工藝設計的思路與方法[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2003：61-82.

[6] 謝廣元.選礦學[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2005：160-175.

[7] 中國煤炭建設協(xié)會.煤炭洗選工程設計規(guī)范：GB50359—2005[S].北京：中國計劃出版社，2005.

[8] 戴少康.選煤工藝設計實用技術手冊[M]. 北京：煤炭工業(yè)出版社，2010：126-127.

[9] 煤炭工業(yè)部選煤設計研究.選煤廠設計手冊(工藝部分)[M]. 北京：煤炭工業(yè)出版社，1978：35-36.

[10] 歐澤深，張文軍.重介質選煤技術[M]. 徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2006：22-30.

[11] 周婷婷．辛安選煤廠選煤工藝的確定[J].煤炭工程，2012(S2): 52-54.