東灘煤礦選煤廠設計與改造分析

索永建

(中煤科工集團北京華宇工程有限公司，河南 平頂山 467002)

東灘煤礦選煤廠設計與改造分析

索永建

(中煤科工集團北京華宇工程有限公司，河南 平頂山 467002)

針對東灘煤礦選煤廠原洗選工藝和設備不能滿足實際生產(chǎn)需求的問題，在對生產(chǎn)現(xiàn)狀分析的基礎上對其進行設計與改造。該廠工藝設計簡單實用、操作管理方便，設備技術先進、運行穩(wěn)定可靠，工藝布置緊湊合理、統(tǒng)籌兼顧，為煤炭的全部入選和高效洗選奠定了物質(zhì)基礎。

改造目標；洗選工藝；工藝布置；設備選型

東灘煤礦選煤廠是國家“八五”重點建設項目，是一座原設計能力為4.0 Mt/a的礦井型選煤廠，于1993年12月18日投產(chǎn)運行[1]。原設計工藝為原煤50 mm預先篩分、>50 mm粒級破碎、50～0 mm粒級由跳汰機粗選、粗精煤由重介質(zhì)旋流器再選、煤泥由壓濾機回收的聯(lián)合工藝，經(jīng)多次技術改造后，洗選工藝為原煤50 mm預先篩分、>50 mm粒級斜輪重介質(zhì)分選機排矸、50～0 mm粒級由跳汰機粗選、跳汰精煤由無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器精選、煤泥由煤泥離心機和沉降過濾離心機及壓濾機回收的聯(lián)合工藝[2]。入選原煤牌號為氣煤，具有低硫、低灰、高發(fā)熱量的特點，可作為優(yōu)質(zhì)動力煤和煉焦配煤，主導產(chǎn)品為灰分8%～9%的低灰精煤。

該選煤廠入選原煤來源于東灘煤礦，由于礦井地質(zhì)條件復雜，各采區(qū)煤質(zhì)差異較大。隨著采煤機械化程度的提高和礦井開采深度的增加，入選原煤煤質(zhì)的波動性增強，跳汰分選工藝的透篩量增加，精煤灰分難以保證。此外，該廠一直沿用原設計中選用的設備對煤泥水和煤泥進行處理，隨著煤泥量的增大和矸石泥化程度的增加，煤泥水處理系統(tǒng)的能力明顯不足，致使循環(huán)水濃度劇增，噸煤介耗量增高，嚴重時重介系統(tǒng)無法正常運行。在煤泥未經(jīng)分選即摻入精煤的情況下，精煤“背灰”問題突出，調(diào)控難度增大且其產(chǎn)量降低[3-5]。另外，東灘煤礦產(chǎn)能為10.0 Mt/a，而配套選煤廠實際處理能力僅為5.0 Mt/a，因此，礦井來煤無法實現(xiàn)全部洗選，嚴重影響企業(yè)經(jīng)濟效益。

為更好的滿足客戶需求和應對目前煤炭市場嚴峻的形勢，東灘煤礦選煤廠迫切需要進行改造，進一步提高精煤產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。

1 改造目標與方案

東灘煤礦的產(chǎn)能與配套選煤廠的處理能力不匹配，為進一步提升選煤廠的洗選能力，在原工業(yè)場地內(nèi)進行改擴建，使其洗選能力達到7.50 Mt/a。以精煤產(chǎn)率最大為目標，遵循“設計合理、技術先進、系統(tǒng)可靠、整體配套、管理方便、效益優(yōu)先”原則，通過對原煤煤質(zhì)資料綜合分析，結合現(xiàn)場實際生產(chǎn)情況，對原工藝系統(tǒng)進行改造，實現(xiàn)原煤全部洗選和資源利用最大化。

該選煤廠需要改擴建的主要系統(tǒng)為煤泥與煤泥水處理系統(tǒng)、重介分選系統(tǒng)兩部分。根據(jù)設計方案，在原工業(yè)場地新建一座主廠房，布置新增的重介分選系統(tǒng)和浮選系統(tǒng)，即布置2套φ1400/1050 mm的無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器和4臺XJM-S28浮選機；在原主廠房內(nèi)布置新增的粗煤泥分選系統(tǒng)，即布置3臺TBS干擾床分選機；對煤泥水處理系統(tǒng)進行擴能，新增一臺φ38 m的深池高效濃縮機，實現(xiàn)煤泥水的兩段濃縮。另外，對原煤入選系統(tǒng)、煤泥壓濾系統(tǒng)進行必要的優(yōu)化。

2 工藝設計與設備選型

2.1 工藝設計

結合入選原煤煤質(zhì)特征和產(chǎn)品結構要求，本著適應性強、簡單實用、生產(chǎn)靈活、操作管理方便、運行成本低、產(chǎn)品結構豐富、效益最大化的目標，制定原煤洗選原則流程(圖1)。原煤經(jīng)50 mm預先分級后，>50 mm粒級由斜輪重介質(zhì)分選機分選，50～0 mm粒級由無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選，0.75～0.25 mm粒級粗煤泥由TBS干擾床分選機分選，<0.25 mm粒級細煤泥浮選，浮選精礦由快開隔膜壓濾機脫水回收，浮選尾礦由深池高效濃縮機濃縮，濃縮機底流由沉降離心機回收，濃縮機溢流和沉降離心機離心液至二段濃縮機濃縮，二段濃縮機底流由尾煤壓濾機脫水回收，二段濃縮機溢流和壓濾機濾液作為循環(huán)水[6-8]。

無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器洗選工藝簡單、靈活，可用單一低密度懸浮液一次分選出精煤、中煤、矸石三種產(chǎn)品，次生煤泥量小，工藝流程簡單。粗煤泥經(jīng)濃縮分級后由TBS干擾床分選機分選，能夠有效彌補重介分選下限達不到0.25 mm的缺陷，且生產(chǎn)成本低。細煤泥的浮選下限為0 mm，可彌補TBS干擾床分選機分選下限不足的問題。根據(jù)東灘煤礦選煤廠的產(chǎn)品結構及質(zhì)量要求，結合煤泥可浮性為中等可浮的特點，采用兩段浮選工藝來降低浮選精煤灰分。

圖1 原煤洗選工藝流程Fig.1 Original coal preparation process

2.2 設備選型

在確定洗選工藝的基礎上，選擇技術先進、運行穩(wěn)定可靠、經(jīng)濟合理的設備，并盡量利用原設備。根據(jù)相關規(guī)范要求，設備選型時要考慮系統(tǒng)的不均衡系數(shù)，煤流系統(tǒng)的不均衡系數(shù)取1.15，煤泥水系統(tǒng)的不均衡系數(shù)取1.25，矸石系統(tǒng)的不均衡系數(shù)取1.5[9]。主要設備選型情況如表1所示。

表1 主要設備選型Table1 The main equipment selection

所選設備均為經(jīng)技術鑒定且經(jīng)生產(chǎn)實踐驗證的國際、國內(nèi)先進設備，參照高能耗落后機電設備(產(chǎn)品)淘汰目錄(第二批)和產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整指導目錄(2011年本)，不再選用Y、Y2、Y3系列電機。設備選型過程中，盡量選用同規(guī)格的同類設備、大型部件(包括電動機、減速器、泵類)，減少備品、備件的種類，以節(jié)省生產(chǎn)成本。

3 工藝布置

3.1 地面工藝總布置

3.1.1 布置原則

結合選煤廠原有設施，統(tǒng)籌兼顧，綜合考慮，合理利用原建筑物、構筑物及其他設施，盡量不拆或少拆，且要考慮施工時不影響或少影響生產(chǎn)。建筑物、構筑物的布置要緊湊合理，盡量減少交叉，方便人流、貨物通過。妥善處理建筑物、構筑物的位置與風向等的關系，使其采光、通風條件良好。特別要注意物料的綜合利用和廠區(qū)環(huán)境的保護，盡可能消除或減少對環(huán)境的污染，以改善廠區(qū)生產(chǎn)、生活環(huán)境[10-12]。

3.1.2 地面工藝總布置

充分利用原主廠房西側(cè)的廣場，將新主廠房、車間布置在該區(qū)域內(nèi)。根據(jù)總平面布置圖進行地面工藝總布置，在原主廠房西側(cè)布置新主廠房，部分原煤由帶式輸送機從原主廠房運輸至新主廠房分選。新濃縮車間布置在新主廠房的西北側(cè)、原機修車間的西側(cè)，浮選藥劑庫布置在新主廠房的西側(cè)。

3.2 車間工藝布置

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，結合選煤工藝流程和地面工藝總布置，對改造后的原主廠房和新主廠房、濃縮車間進行工藝布置。

3.2.1 原主廠房工藝布置

在原主廠房一層增加精煤磁選尾礦池和轉(zhuǎn)排泵。新增重介分選系統(tǒng)、原重介分選系統(tǒng)的精煤磁選尾礦自流進入池中，再由泵送至煤泥水濃縮旋流器。旋流器底流由TBS干擾床分選機分選，TBS精礦由原粗煤泥弧形篩脫水，弧形篩篩上物經(jīng)原有煤泥離心機、新增煤泥離心機脫水后摻入精煤產(chǎn)品。原精煤磁選尾礦桶作為中煤磁選尾礦桶，原中煤、矸石磁選尾礦桶作為矸石磁選尾礦桶。新增重介分選系統(tǒng)的中煤、矸石磁選尾礦自流至原主廠房相應的磁選尾礦桶，再分別由泵送至振動弧形篩，經(jīng)弧形篩、原沉降離心機脫水回收后摻入中煤產(chǎn)品。二者也可由原中煤脫水篩、末中煤離心機脫水回收后摻入中煤產(chǎn)品。

在煤質(zhì)較好時，中煤磁選尾礦也可經(jīng)振動弧形篩脫水后與精煤磁選尾礦一起由TBS干擾床分選機分選，TBS精礦經(jīng)振動弧形篩、末精煤離心機脫水后摻入精煤產(chǎn)品。TBS尾礦與矸石磁選尾礦經(jīng)振動弧形篩、沉降離心機脫水后摻入中煤產(chǎn)品。當矸石磁選尾礦灰分較高而不能摻入中煤產(chǎn)品時，可采用振動弧形篩、高頻篩對矸石磁選尾礦進行脫水，脫水后的矸石作為矸石產(chǎn)品。系統(tǒng)煤泥水進入一段濃縮車間處理。原煤煤質(zhì)和產(chǎn)品要求不同時，洗選工藝存在一定差異，具體工藝流程要根據(jù)實際生產(chǎn)需求選擇。

3.2.2 新主廠房工藝布置

新主廠房集重介分選系統(tǒng)、細煤泥浮選系統(tǒng)、浮選精礦壓濾系統(tǒng)于一體。原煤通過帶式輸送機進入新主廠房，由刮板輸送機分配給三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器。重介質(zhì)旋流器產(chǎn)出的精煤和中煤經(jīng)弧形篩、直線篩兩次脫介后進入離心機，經(jīng)離心機脫水后的精煤產(chǎn)品、中煤產(chǎn)品由改造后的501、502、504帶式輸送機運至各自產(chǎn)品倉儲存。矸石經(jīng)固定篩一次脫介后至直線篩進行二次脫介、脫水，矸石產(chǎn)品由改造后的803矸石帶式輸送機運至矸石倉儲存。

原主廠房濃縮旋流器溢流自流進入礦漿預處理器，礦化后的礦漿由XJM-S28型機械攪拌式浮選機浮選，可根據(jù)實際需要選擇一段浮選或兩段浮選。浮選精礦自流進入浮選精礦池，由泵將其送入浮選精礦壓濾機，脫水后的浮選精煤經(jīng)刮板輸送機、圓盤給料機轉(zhuǎn)給原501精煤帶式輸送機，最終摻入精煤產(chǎn)品。浮選尾礦、壓濾機濾液、矸石磁選尾礦截粗后的煤泥水一起自流至一段濃縮池。

3.2.3 濃縮車間工藝布置

新建一座φ38 m的深池高效濃縮機，作為一段濃縮設備。浮選尾礦和末中煤、末矸石弧形篩篩下水等一起自流至一段濃縮機，濃縮機底流經(jīng)泵送至原主廠房，由沉降過濾離心機脫水回收。一段濃縮機溢流、精煤壓濾機濾液、沉降離心機離心液一起自流至二段濃縮機(由原φ38 m和φ24 m的兩臺濃縮機組成)，二段濃縮機底流由泵送至原壓濾車間，由壓濾機脫水回收；二段濃縮機溢流作為循環(huán)水使用。

根據(jù)煤泥水處理要求，將φ38 m和φ24 m的兩臺濃縮機全部作為二段濃縮機，同時將原事故水池作為備用濃縮池，其容量為3 000 m3，完全滿足事故水的儲備需要。

4 設計特點

(1)新主廠房的北側(cè)與原主廠房北側(cè)在一條直線上，有利于保證選煤廠前區(qū)的美觀、整潔。原煤來煤帶式輸送機與選后產(chǎn)品帶式輸送機均布置在廠房內(nèi)，室外棧橋長度較小，工業(yè)廣場整齊簡潔，煤流順暢。

(2)新主廠房與原主廠房連接為一體，二者通過樓梯連接，新舊系統(tǒng)管理方便。輔助車間緊鄰主選車間，管理操作方便。人行通道設置在整個場區(qū)西邊，物流通道設置在整個場區(qū)東邊，人貨分流且互不交叉，路徑規(guī)劃合理。

(3)濃縮車間和新主廠房均鋪設有水泥道路，且與原主干道相連，通行順暢，滿足消防運輸?shù)男枰?。濃縮車間布置在原機修車間西側(cè)，避免拆除原車間，減少了改造施工對生產(chǎn)的影響，縮短了改造工期。

(4)根據(jù)入選原煤煤質(zhì)特征和產(chǎn)品結構要求及效益最大化的原則，采用粗煤泥TBS干擾床分選機分選、細煤泥浮選的聯(lián)合工藝，實現(xiàn)全粒級入選，可最大限度地回收精煤。

(5)改造中盡量利用原有設備，節(jié)省設備成本。大型關鍵設備采用進口組裝或國產(chǎn)先進設備，可有效保證系統(tǒng)的可靠性和高效性。

(6)改造工程充分考慮了選煤廠的實際生產(chǎn)情況，盡量利用原設施、建筑物、構筑物，盡量減少對生產(chǎn)系統(tǒng)的影響，土建工程的改動量較少，改造工期較短。

(7)環(huán)保措施健全，煤泥水處理系統(tǒng)完善可靠，能有效回收煤泥，并實現(xiàn)洗水閉路循環(huán)和零排放，滿足環(huán)保要求，提高了企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益。

5 試運轉(zhuǎn)要求

5.1 試運轉(zhuǎn)前的準備工作

(1)試運轉(zhuǎn)前要認真檢查各設備，做好衛(wèi)生清理工作；按照重要設備的安裝說明、規(guī)范進行重點檢查，并做好相關記錄。

(2)檢查設備周圍是否存在不安全因素，如預留孔是否蓋好，平臺是否有欄桿，上方是否存在墜物的可能。若存在上述情況，必須及時處理，達到安全標準要求后方可試運轉(zhuǎn)。

(3)檢查機械設備的油位是否正常，是否存在漏油現(xiàn)象，軸承瓦是否注油，需要盤車的設備是否盤過車，皮帶的松緊是否適度。

(4)容器內(nèi)、油槽內(nèi)、設備上的雜物要清除干凈，檢查電機風扇內(nèi)是否存在雜物，查看葉輪防護罩是否松動，若存在上述情況，必須及時處理。

(5)檢查設備的外觀、相關部位和附件是否完好，查看設備的地腳螺栓、螺冒是否缺件或緊固，密封墊是否完好。對于設備缺件要補齊，損壞件必須及時更換，松動螺栓必須緊固。

(6)參加試運轉(zhuǎn)的人員必須詳細閱讀說明書和有關技術文件，了解設備性能，掌握操作方法和安全技術操作規(guī)程，且必須明確啟停車信號。

(7)供電設備、機械設備上的安全保護裝置要嚴格檢查，不足部分必須補齊，試運轉(zhuǎn)場所必須有足夠的照明設施。

(8)各班組要準備好機電設備試運轉(zhuǎn)記錄表，各崗位人員負責做好設備運轉(zhuǎn)時的溫度、轉(zhuǎn)速、啟停時間等記錄。

(9)在設備開車前，參加試運轉(zhuǎn)的人員必須檢查設備周圍及其上下有無人員，在確定沒有人員時方能開車。設備的啟停必須聽從現(xiàn)場負責人的統(tǒng)一指揮。

5.2 試運轉(zhuǎn)技術要求

(1)試運轉(zhuǎn)要按照下列順序進行：單機試運轉(zhuǎn)―集中控制系統(tǒng)試運轉(zhuǎn)―小系統(tǒng)聯(lián)合試運轉(zhuǎn)―大系統(tǒng)聯(lián)合試運轉(zhuǎn)―帶水試運轉(zhuǎn)―投料試生產(chǎn)。

(2)試運轉(zhuǎn)過程中滑動軸承的溫度不應超過60℃，滑動軸承的溫升不應超過60℃；滾動軸承的溫度不應超過60℃，滾動軸承的溫升不應超過60℃。

(3)各設備運轉(zhuǎn)前要盤車，檢查其是否存在異常情況；對不可逆轉(zhuǎn)的設備，應先拆除聯(lián)軸器，通電后找出正確的運轉(zhuǎn)方向方可起車。

6 結語

選煤廠改造與設計是一項復雜的系統(tǒng)工程，洗選系統(tǒng)改造前要根據(jù)原煤煤質(zhì)、洗選能力、產(chǎn)品市場定位等信息確定合理的改造目標。遵循適應性強、簡單實用、生產(chǎn)靈活、操作管理方便、運行成本低、產(chǎn)品結構豐富、效益最大化的原則，依據(jù)改造目標設計洗選工藝。設備選型是選煤廠設計過程中的一個重要環(huán)節(jié)，要盡量選擇同規(guī)格的同類設備，減少備品、備件的種類，以節(jié)省生產(chǎn)成本。工藝布置也是選煤廠設計中不可忽視的重要環(huán)節(jié)，要統(tǒng)籌兼顧，綜合考慮，實現(xiàn)場地的有效利用和建筑物、構筑物等的最優(yōu)化布置。

[1] 劉 春，吳石生，宮慶剛.完善東灘礦選煤廠煤泥水處理系統(tǒng)的初步探討[J].選煤技術，2001(1).

[2] 宮慶剛.東灘選煤廠洗水閉路循環(huán)[J].選煤技術，1997(6).

[3] 張振紅.陳四樓選煤廠設計改造狀況與改進建議[J].煤炭加工與綜合利用，2004(2).

[4] 葉慧峰.陽煤五礦選煤廠技術改造實踐[J].選煤技術，2013(4).

[5] 紀金連.淺談選煤廠技術改造設計[J].選煤技術，1999(2).

[6] 張 鵬，陳建中，沈麗娟，等.選煤廠選煤工藝設計探討[J].煤炭工程，2006(12).

[7] 董永勝.選煤廠重介淺槽洗選系統(tǒng)的擴建設計[J].煤質(zhì)技術，2007(6).

[8] 谷 林，任瑞晨，賀建軍，等.石圪臺選煤廠淺槽重介分選機變頻調(diào)速改造實踐[J].選煤技術，2012(1).

[9] 《選煤廠設計手冊》編寫組.選煤廠設計手冊[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1978.

[10] 任文芳.司馬礦選煤廠選煤工藝設計與布置創(chuàng)新[J].煤炭工程，2006(9).

[11] 鄧 銘，謝國龍.司馬礦選煤廠重介系統(tǒng)生產(chǎn)調(diào)試[J].煤，2007(S2).

[12] 孔令同，韓慧智，徐宏祥.山西省選煤工藝的研究與思考[J].潔凈煤技術，2010(1).

Analysis of design and modification on Dongtan coal mine coal preparation plant

SUO Yong-jian

(CCTEG Beijing Huayu Engineering Co., Ltd., Pingdingshan, Henan 467002, China)

Considering original coal preparation process and equipment incapable of meeting actual production requirements in Dongtan mine coal preparation plant, the design and modification on it are made by analysis of production situation.Modified process with compact layout is simple to use as well as convenient to operation management; advanced equipment is reliable in operation.

target of modification; coal preparation process; process layout; equipment selection

1001-3571(2015)03-0081-05

TD948.1

B

2015-03-01

10.16447/j.cnki.cpt.2015.03.023

索永建(1987—)，男，甘肅省慶陽市人，助理工程師，主要從事選煤廠工藝設計工作。

E-mail:suoyongjian@126.com Tel：15224839684