文家坡選煤廠設(shè)計特點分析

董吉昌，樊玉杰

(1.中煤西安設(shè)計工程有限責任公司，陜西 西安710054；2.陜西彬長礦業(yè)集團有限公司，陜西 咸陽712000)

陜西彬長礦業(yè)集團有限公司文家坡選煤廠位于咸陽市彬縣小章鎮(zhèn)，是文家坡煤礦配套的動力煤選煤廠，設(shè)計能力為4.00 Mt/a。由于文家坡煤礦屬于彬長一體化項目的配套煤礦，文家坡選煤廠的洗選產(chǎn)品主要作為神華國能彬長低熱值煤660 MW超超臨界CFB示范項目和陜西渭河煤化工集團有限責任公司30萬t/a煤制乙二醇項目的原料。在選煤廠設(shè)計階段，就對文家坡選煤廠的設(shè)計方案進行過多次比選和分析，并對工藝流程和廠房布置不斷優(yōu)化和創(chuàng)新。該選煤廠于2015年建成投產(chǎn)，生產(chǎn)系統(tǒng)運行順暢，原煤分選效果良好，選煤成本較低，經(jīng)濟效益顯著，這對當?shù)貏恿γ哼x煤廠的方案設(shè)計有一定的參考意義。

1 原煤特性

根據(jù)礦井首采區(qū)設(shè)計，生產(chǎn)初期主要開采礦井內(nèi)的4號煤，并在4號煤所屬煤層布置一個綜采放頂煤工作面和三個綜掘工作面，保證礦井產(chǎn)能為4.00 Mt/a。4號煤屬于中硫/中高硫、低磷/特低磷、中高發(fā)熱量、較低軟化溫度的不粘煤，種類組成單一。

文家坡選煤廠入選原煤為4號煤，其特性為：水分(Mt)較低，平均水分為12.68%，屬于中等水分；平均灰分(Ad)在16.46%～23.20%之間，屬于中等灰分；采用密度1.40 g/cm3的重液進行浮沉試驗發(fā)現(xiàn)，浮物灰分均在5.34%～5.98%之間。4號原煤、4號煤下1層原煤的收到基低位發(fā)熱量(Qnet,ar)在22.00～24.91 MJ/kg之間，屬于中高發(fā)熱量/高發(fā)熱量。

2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

根據(jù)神華國能彬長低熱值煤660 MW超超臨界CFB示范項目和陜西渭河煤化工集團有限責任公司30 萬t/a煤制乙二醇項目的用煤要求，結(jié)合神東等礦區(qū)動力煤洗選的經(jīng)驗和教訓，基于經(jīng)濟效益考慮，對多種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方案進行比選，最終依據(jù)入選原煤特性確定的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如下：

(1)洗混中塊。粒度在50～13 mm之間，Ad≤13%，Qnet,ar≥23.02 MJ/kg，作為煤制乙二醇項目的原料，剩余部分可銷售給中國鐵路物資西安有限公司。

(2)洗末煤。粒度在13～0 mm之間，Ad≤13%，Qnet,ar≥22.19 MJ/kg，銷售給中國鐵路物資西安有限公司。

(3)劣質(zhì)煤。粒度在13～0 mm之間，Ad≤30%，Qnet,ar≤16.74 MJ/kg，作為低熱值火電廠燃料。

(4)矸石。對矸石產(chǎn)品的指標沒有具體要求，可根據(jù)實際情況實現(xiàn)綜合利用。

3 設(shè)計方案

3.1 洗選工藝

根據(jù)原煤特性和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)確定的分選工藝為：150～13 mm粒級塊煤采用淺槽重介分選機分選，13～0.5 mm粒級末煤采用無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選，<0.5 mm粒級粉煤不分選，且留有<13 mm粒級末煤不洗選的旁路系統(tǒng)[1-3]。

(1)原煤分級和破碎。原煤經(jīng)篩孔直徑150、13 mm的分級篩分級后，>150 mm粒級塊煤經(jīng)手選除雜后進入破碎機；其被破碎到<150 mm，并與150～13 mm粒級塊煤一起進入主廠房對應(yīng)的生產(chǎn)系統(tǒng)；<13 mm粒級末煤也進入主廠房對應(yīng)的生產(chǎn)系統(tǒng)。

(2)150～13 mm粒級塊煤分選。150～13 mm粒級塊煤在主廠房脫除<13 mm粒級末煤后進入淺槽重介分選機，并產(chǎn)出精煤和矸石兩種產(chǎn)品；精煤經(jīng)弧形篩和直線振動篩脫介、脫水、分級后，>50 mm粒級塊煤進入破碎機，被破碎到<50 mm；50～13 mm粒級塊煤經(jīng)離心脫水機二次脫水后，與破碎后的<50 mm粒級塊煤一起作為洗選產(chǎn)品。

為了保證產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的靈活性，及時滿足市場需求，<50 mm粒級洗選產(chǎn)品可在產(chǎn)品倉上再次分級，將其分為50～25、25～13、<13 mm三個粒級，便于洗選產(chǎn)品按需銷售。

(3)13～0.5 mm粒級末煤分選。13～0.5 mm粒級末煤采用無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選，并留有不洗選的旁路系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)末煤全部入選、部分入選和不入選，便于調(diào)節(jié)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。13～0 mm粒級末煤經(jīng)無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選后產(chǎn)出精煤、中煤和矸石，三種產(chǎn)品經(jīng)各自的固定篩(篩孔尺寸為0.75 mm)脫水后，再采用各自的脫介篩(篩孔尺寸為0.75 mm)脫水、脫介，脫介末煤經(jīng)離心脫水機再次脫水后成為末煤產(chǎn)品。

(4)煤泥水處理。精煤離心脫水機的離心液、磁選尾礦和脫泥篩的篩下水一起進入濃縮旋流器，其底流經(jīng)弧形篩一次脫水后采用煤泥離心脫水機二次脫水，然后摻入混煤；濃縮旋流器的溢流、弧形篩的篩下水和煤泥離心脫水機的離心液進入濃縮機，濃縮機的底流通過煤泥壓濾設(shè)備回收，其溢流和壓濾機的濾液作為循環(huán)水。

3.2 設(shè)備選型

文家坡選煤廠的主要設(shè)備選型見表1。

3.3 工藝布置

文家坡選煤廠布置在煤礦工業(yè)場地的北部和東部，由西向東順煤流布置。井下原煤先進入原煤緩沖倉，再進入原煤準備車間，經(jīng)過分級、破碎后，150～13 mm粒級塊煤和13～0 mm粒級末煤分別進入主廠房的洗選系統(tǒng)，洗選產(chǎn)品進入產(chǎn)品儲存?zhèn)}；塊煤產(chǎn)品在產(chǎn)品倉上經(jīng)分級后分別儲存，洗選矸石進入矸石倉，煤泥落地晾干后外運銷售[4-5]。

4 設(shè)計特點與建議

4.1 設(shè)計特點

(1)產(chǎn)品用戶明確，產(chǎn)品方案既有針對性，又不失靈活性。文家坡選煤廠是彬長一體化項目的配套選煤廠，產(chǎn)品用戶明確，且具有較好的針對性，主要作為電廠發(fā)電燃料。洗選產(chǎn)品中有害元素含量很低，硫含量在0.660%～0.940%之間，磷含量在0.005%～0.010%之間，氯含量在0.025%～0.030%之間，氟含量在43～73 μg/g之間，砷含量在2～4 μg/g之間，符合動力煤質(zhì)量要求。此外，洗選產(chǎn)品可根據(jù)用戶變化及時調(diào)整，特別是在末煤產(chǎn)品符合用戶要求時可不入選，能夠滿足不同用戶的需求[6]。

(2)選煤工藝合理、高效，適應(yīng)性強、靈活性高。塊煤選用淺槽重介分選機分選，具有分選精度高，精煤產(chǎn)率高，自動化程度高，便于維護，易于操作，對原煤適應(yīng)性強等特點。末煤選用無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選，具有分選精度高，節(jié)能環(huán)保，精煤產(chǎn)率高，無需預(yù)先脫泥，次生煤泥量少，經(jīng)濟效益好等特點。塊煤、末煤分選工藝均為目前合理、高效的選煤工藝[7]。

(3)工藝布置節(jié)能環(huán)保，便于管理；廠房布置合理緊湊，檢修維護方便。選煤廠位于煤礦工業(yè)場地的北部和東部，呈“L”型布置，具有系統(tǒng)簡單，煤流順暢，整體整齊美觀，環(huán)保節(jié)能等特點。主廠房分區(qū)明確，分為塊煤分選系統(tǒng)和煤泥水處理系統(tǒng)，廠房頂部布置有一臺電動雙梁起重機，方便設(shè)備檢修和起吊。主廠房采用常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)和模塊化結(jié)構(gòu)相結(jié)合的布置形式，具有采暖效果好，各層之間噪聲隔絕性能好等特點，并能彌補模塊化樓層構(gòu)造少的缺點，每層檢修空間大，方便各層設(shè)備就地檢修[8]。

(4)整體設(shè)計符合政策要求，節(jié)能環(huán)保。根據(jù)《煤炭工業(yè)節(jié)能減排工作意見》，新建原煤全部入選的大中型選煤廠，入選原煤單位能耗不高于8 kW·h/t，原煤部分入選的不高于5 kW·h/t。文家坡選煤廠屬于大型礦井型選煤廠，原煤全部入選時噸煤電耗為5.77 kW·h，節(jié)能效果顯著。為了節(jié)約水資源，文家坡選煤廠的選煤補充水和綠化用水均為處理后的生活污水，每年節(jié)約水資源約36.99×104m3，節(jié)水效果顯著[9-10]。

4.2 建議

文家坡選煤廠設(shè)計于2011年，當時細粒煤篩分技術(shù)并未得到大力發(fā)展，原煤仍采用13 mm香蕉篩分級。2013年后馳張篩等細粒煤篩分設(shè)備在選煤廠得到廣泛應(yīng)用，這為動力煤脫粉工藝的廣泛應(yīng)用提供了技術(shù)支持。

末煤經(jīng)過洗選后灰分下降，但其中的水分升高，而水分對發(fā)熱量影響很大，有時灰分下降的積極作用也被水分增加的負面作用抵消。加之末煤入選產(chǎn)生的煤泥量大，對其難以全部合理利用，故末煤盡量不入選。采用弛張篩預(yù)先脫粉，可以有效降低末煤入選量，并能明顯減少次生煤泥量，使選煤廠生產(chǎn)管理更加簡單。

表1 主要設(shè)備選型表

5 運行效果

自2014年投產(chǎn)以來，文家坡選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)運行穩(wěn)定，各項生產(chǎn)指標良好。在塊煤、末煤全部入選的情況下，噸煤介耗可以控制在1.55 kg以下，噸煤電耗可以控制在3.92 kW·h以下。根據(jù)GB 29446—2012《選煤電力消耗限額》規(guī)定，其基本接近動力煤選煤電力消耗先進指標。2017年文家坡選煤廠的產(chǎn)品平衡表見表2。由表2可知：混煤和洗塊煤的綜合產(chǎn)率在65%以上，與原煤煤質(zhì)指標相比，洗塊煤Ad降低到11.54%左右，Qnet,ar在26.29 MJ/kg以上，混煤Qnet,ar為25.22 MJ/kg；洗選矸石灰分在84%以上，基本為純矸，說明原煤分選效果較好。

表2 產(chǎn)品平衡表Table 2 Product balance sheet %

6 結(jié)語

文家坡選煤廠的選煤工藝簡單靈活，產(chǎn)品針對性強，工藝布置合理，廠房布置緊湊，分區(qū)明顯，便于生產(chǎn)管理。從目前文家坡選煤廠的生產(chǎn)情況來看，各項生產(chǎn)指標均達到設(shè)計標準，部分指標甚至達到動力煤洗選的先進水平，并取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。