內(nèi)蒙古新街礦區(qū)四座大型選煤廠設計分析

陸寶成

(中煤科工集團南京設計研究院有限公司，江蘇 南京 210031)

新街礦區(qū)位于國家大型煤炭基地——神東煤炭基地內(nèi)的東勝礦區(qū)，行政區(qū)劃隸屬鄂爾多斯市伊金霍洛旗。2010年8月，國家發(fā)改委以發(fā)改能源[2010]1911號文件形式批復了新街礦區(qū)的總體規(guī)劃，該礦區(qū)共規(guī)劃有5對礦井，礦井總設計能力為49 Mt/a，各礦井均配套建設選煤廠。目前，除滿來礦井尚未開發(fā)外，其余4對礦井均已獲得國家發(fā)改委核準，其中，配套的察哈素選煤廠、爾林兔選煤廠已經(jīng)建成，紅慶河選煤廠、馬泰壕選煤廠已經(jīng)開工建設。由于4座選煤廠分別屬于不同的業(yè)主，其產(chǎn)品定位、設計理念、建設模式各具特色，對4座選煤廠的設計進行對比分析，總結(jié)了其中的成功經(jīng)驗和不足教訓，以期為周邊礦區(qū)大型和特大型選煤廠的設計優(yōu)化與工藝改進提供一定的積極借鑒和有益參考。

1 選煤廠概況

1.1 察哈素選煤廠

察哈素選煤廠隸屬于國電建投內(nèi)蒙古能源有限公司察哈素煤礦，是一座設計能力為10 Mt/a的礦井型動力煤選煤廠。察哈素煤礦前20 a主要開采3-1煤、2-2上煤，煤種以不粘煤為主，含有少量長焰煤。入選原煤灰分為13.42%，其中0～25 mm粒級原煤含量為63.46%，灰分為11.21%；25～200 mm粒級原煤含量為36.54%，灰分為17.26%。

察哈素選煤廠是煤電一體化項目的子項目，該選煤廠的末煤產(chǎn)品主要供給布連電廠，作為發(fā)電廠的原料煤，塊煤產(chǎn)品通過鐵路運至河北省銷售。布連電廠一期裝機容量為2×660 MW，需要原料煤3.14 Mt/a；二期計劃裝機容量為2×660 MW，兩期共需原料煤6.28 Mt/a。目前，該電廠一期工程已經(jīng)建成，二期工程尚未建設。

根據(jù)原煤煤質(zhì)特征和市場定位，確定察哈素選煤廠的產(chǎn)品定位。該選煤廠的產(chǎn)品主要分為兩種，即末煤和塊煤，其中末煤粒度在0～25 mm之間，Qnet,ar≥20.92 MJ/kg，作為布連電廠的原料煤；塊煤粒度在25～200 mm之間，Ad≤8%，Qnet,ar≥23.01 MJ/kg，作為化工用煤或動力煤。

1.2 爾林兔選煤廠

爾林兔選煤廠隸屬于內(nèi)蒙古匯能集團爾林兔煤礦，是一座設計能力為8 Mt/a的礦井型動力煤選煤廠。爾林兔煤礦前20 a主要開采2-2上煤、2-2中煤，煤種以不粘煤為主，其次為長焰煤。入選原煤灰分為13.36%，其中0～13 mm粒級原煤含量為47.10%，灰分為11.51%；13～150 mm粒級原煤含量為52.90%，灰分為15.01%。

該選煤廠產(chǎn)品的目標市場為悖牛川煤電煤化工基地內(nèi)的煤制天然氣項目，其也屬于內(nèi)蒙古匯能集團。在煤制天然氣項目建成投產(chǎn)前，該選煤廠的塊煤全部地銷給附近的煤化工企業(yè)，作為化工用煤或工業(yè)鍋爐用煤，部分大塊煤作為民用煤；在塊煤地銷不暢時，將其破碎至<50 mm，作為動力煤銷售；末煤作為優(yōu)質(zhì)動力煤銷售。

依據(jù)原煤煤質(zhì)特征，結(jié)合產(chǎn)品的目標市場和周邊企業(yè)的產(chǎn)品需求，該選煤廠的產(chǎn)品定位為：洗大塊(粒度在80～150 mm之間，Ad≤8%，Qnet,ar≥23.01 MJ/kg)，作為化工用煤或工業(yè)鍋爐用煤或民用煤；洗中塊(粒度在25～80 mm之間，Ad≤8%，Qnet,ar≥23.01 MJ/kg)，作為化工用煤或工業(yè)鍋爐用煤；洗小塊(粒度在13～25 mm之間，Ad≤8%，Qnet,ar≥23.01 MJ/kg)，作為化工用煤或工業(yè)鍋爐用煤；末煤(粒度在0～13 mm之間，Qnet,ar≥23.01 MJ/kg)，作為優(yōu)質(zhì)動力煤[1]。

1.3 紅慶河選煤廠

紅慶河選煤廠隸屬于內(nèi)蒙古伊泰廣聯(lián)煤化有限責任公司，為礦井型動力煤選煤廠，設計能力為15 Mt/a。紅慶河煤礦前20 a主要開采3-1煤，煤種以不粘煤為主，含有少量長焰煤。入選原煤灰分為13.33%，其中0～13 mm粒級原煤含量為55.14%，灰分為12.43%；13～200 mm粒級原煤含量為44.86%，灰分為14.44%。

該選煤廠產(chǎn)品的目標市場主要為自治區(qū)內(nèi)煤化工企業(yè)、區(qū)內(nèi)電廠及東南沿海電廠，塊煤作為化工用煤或民用煤地銷，地銷不暢時將其破碎至<50 mm，作為優(yōu)質(zhì)動力煤銷售；末煤作為普通動力煤銷售。

根據(jù)該選煤廠的市場定位和周邊市場需求，確定的產(chǎn)品定位為：塊煤(粒度在13/25/50～200 mm之間，Ad≤8%，Qnet,ar≥23.01 MJ/kg)，作為化工用煤或民用煤；末煤(粒度在0～13/25/50 mm之間，Qnet,ar≥20.92 MJ/kg)，作為普通動力煤；混煤(粒度在0～50 mm之間，Qnet,ar≥23.01 MJ/kg)，作為優(yōu)質(zhì)動力煤。

1.4 馬泰壕選煤廠

馬泰壕選煤廠隸屬于內(nèi)蒙古鄂爾多斯永煤礦業(yè)投資有限公司，為礦井型動力煤選煤廠，設計能力為8 Mt/a，項目分兩期建設，一期設計能力4 Mt/a。馬泰壕煤礦前20 a主要開采3-1煤，煤種以不粘煤為主，含有少量長焰煤。入選原煤灰分為11.86%，其中0～13 mm粒級原煤含量為59.21%，灰分為10.28%；13～100 mm粒級原煤含量為40.79%，灰分為14.15%。

該選煤廠產(chǎn)品的目標市場為5 km外的新街工業(yè)園，園區(qū)內(nèi)的煤化工項目包括綠色噴吹料項目、煤焦油深加工項目、焦油加氫項目、煤氣制甲醇等項目。該選煤廠的塊煤、末煤產(chǎn)品經(jīng)皮帶直接運給工業(yè)園區(qū)內(nèi)的煤化工企業(yè)，當產(chǎn)品有剩余時可以通過園區(qū)內(nèi)的鐵路專用線裝車外運。在工業(yè)園建成前，塊煤、末煤產(chǎn)品全部地銷。

根據(jù)馬泰壕選煤廠的產(chǎn)品市場定位和附近的煤炭市場情況，確定的產(chǎn)品定位為：洗中塊(粒度在25/30～100 mm之間，Ad≤6%)，作為煉制半焦(蘭炭)用煤；洗小塊(粒度在13～25/30 mm之間，Ad≤6%)，作為化工用煤；混煤(粒度在0～13 mm之間，Qnet,ar≥18.83 MJ/kg)，作為動力煤。

2 設計對比分析

2.1 原煤準備系統(tǒng)

(1)察哈素選煤廠的原煤采用3個φ30 m的圓筒倉儲存，總?cè)萘繛?.40萬t。篩分、破碎車間位于原煤倉后，這樣可以有效緩解主斜井提升能力與選煤廠生產(chǎn)能力之間的不均衡問題。原煤經(jīng)篩分、破碎處理后，被分成0～25 mm 和25～200 mm兩個粒級。

(2)爾林兔選煤廠的原煤采用2個φ30 m的圓筒倉儲存，總?cè)萘繛?.60萬t。為了防止少量粒度>300 mm的特大塊煤進入原煤倉，砸壞倉壁或卡堵倉口，將篩分、破碎車間設置在原煤倉前；篩分、破碎車間設計了雙系統(tǒng)，將原煤分成0～150 mm和>150 mm兩個粒級；原煤的13 mm分級系統(tǒng)設置在主廠房內(nèi)。

(3)紅慶河選煤廠的原煤采用3個φ30 m的圓筒倉儲存，總?cè)萘繛?萬t。篩分、破碎車間也位于原煤倉后，且設置了兩級篩分環(huán)節(jié)，一級篩分環(huán)節(jié)的篩孔尺寸為200 mm，二級篩分環(huán)節(jié)的篩孔尺寸為13 mm，原煤被分成0～13 mm和13～200 mm兩個粒級。

(4)馬泰壕選煤廠的原煤采用3個φ22 m的圓筒倉儲存，總?cè)萘繛?萬t。篩分、破碎車間同樣位于原煤倉后，目的是有效緩解主斜井提升能力與選煤廠生產(chǎn)能力之間的不均衡問題。篩分車間設置了兩級篩分環(huán)節(jié)，一級篩分環(huán)節(jié)的篩孔尺寸為100 mm，二級篩分環(huán)節(jié)的篩孔尺寸為13 mm，原煤被分成0～13 mm和13～100 mm兩個粒級。

2.2 選煤工藝

四座選煤廠的塊煤分選系統(tǒng)均采用淺槽重介分選工藝，末煤系統(tǒng)有的預留了位置，有的已建設運行，有的一次統(tǒng)籌設計、分期實施。四座選煤廠的選煤工藝對比結(jié)果見表1。

表1 四座選煤廠的選煤工藝對比結(jié)果

注:“-”表示目前沒有設置相關工藝。

(1)察哈素選煤廠的末煤不經(jīng)洗選即可滿足布連電廠的用煤要求，而塊煤需經(jīng)長途運輸至河北省銷售。為了節(jié)省初期投資，該選煤廠建設了塊煤洗選系統(tǒng)，并預留了末煤洗選系統(tǒng)的位置和接口；當入選原煤煤質(zhì)發(fā)生變化，不能滿足電廠用煤要求時，再建設末煤洗選系統(tǒng)。原設計25～200 mm粒級塊煤采用淺槽重介質(zhì)分選機分選，而實際生產(chǎn)中可通過更換原煤分級篩的篩板，將原煤入選粒度下限降低到13 mm。

(2)爾林兔選煤廠的塊煤作為煤化工用煤，末煤作為動力用煤，由于煤化工用煤對煤質(zhì)要求較高，塊煤洗選系統(tǒng)必須建設。為了節(jié)省前期投資，該選煤廠按照塊煤系統(tǒng)、末煤系統(tǒng)一次統(tǒng)籌設計、分期實施的思路建設。2014年塊煤系統(tǒng)建成運行，由于末煤銷售不暢，隨即啟動了末煤系統(tǒng)的建設，2015年末煤系統(tǒng)建成投產(chǎn)。

(3)紅慶河選煤廠的塊煤作為煤化工用煤，末煤作為動力用煤，當煤化工用煤銷售不暢時，將塊煤破碎后作為優(yōu)質(zhì)動力煤銷售。由于煤化工用煤對煤質(zhì)要求較高，且選煤廠計劃生產(chǎn)一部分優(yōu)質(zhì)動力煤，將其運至東南沿海電廠銷售。因此，該選煤廠按照塊煤系統(tǒng)、末煤系統(tǒng)一次統(tǒng)籌設計、分期實施的思路建設，先期建設塊煤洗選系統(tǒng)，末煤洗選系統(tǒng)和粗煤泥分選系統(tǒng)暫不建設[2]。

(4)馬泰壕選煤廠的塊煤作為化工用煤，末煤作為動力用煤。由于煤化工用煤對煤質(zhì)要求較高的原因，塊煤洗選系統(tǒng)必須建設。該選煤廠先設計了塊煤洗選系統(tǒng)，并預留了末煤洗選系統(tǒng)的位置和接口；當末煤銷售不暢時，再建設末煤洗選系統(tǒng)。

2.3 主要設備選型

察哈素選煤廠、爾林兔選煤廠、馬泰壕選煤廠的塊煤分選選用了2套系統(tǒng)，紅慶河選煤廠的塊煤分選選用了3套系統(tǒng)。四座選煤廠的塊煤洗選系統(tǒng)主要設備選型見表2。

表2 四座選煤廠的塊煤洗選系統(tǒng)主要設備選型

注:“-”表示目前沒有布置相關設備。

2.4 產(chǎn)品儲存與外運系統(tǒng)

(1)察哈素選煤廠塊煤產(chǎn)品采用1個φ30 m的圓筒倉儲存，容量為 2.50萬t；末煤產(chǎn)品采用2個φ30 m的圓筒倉儲存，總?cè)萘繛?.60萬t；此外，該選煤廠還設置了一個容量為300 t的方倉，用來儲存地銷塊煤。塊煤產(chǎn)品既可以地銷，又可以通過火車外運；末煤產(chǎn)品既可以給電廠，又可以通過火車外運。

(2)爾林兔選煤廠的塊煤產(chǎn)品倉為兩排并列布置的方倉，總?cè)萘繛?.20萬t，用來儲存13～25 mm、25～80 mm、80～150 mm三個粒級的塊煤產(chǎn)品。末煤(混煤)產(chǎn)品采用2個φ30 m的圓筒倉儲存，總?cè)萘繛?.60萬t。塊煤產(chǎn)品地銷，在地銷不暢時將其破碎成混煤產(chǎn)品；末煤(混煤)產(chǎn)品既可以地銷，又可以通過火車外運。

(3)紅慶河選煤廠的地銷煤倉為兩排并列布置的方倉，總?cè)萘繛? 600 t；產(chǎn)品倉為4個φ30 m的圓筒倉，總?cè)萘繛?2萬t。塊煤和末煤產(chǎn)品既可以進入地銷煤倉就地銷售，又可以進入產(chǎn)品倉通過火車外運。

(4)馬泰壕選煤廠的塊煤產(chǎn)品倉為兩排并列布置的方倉，總?cè)萘繛?.70萬t，采用滑坡入料，用來儲存13～25/30 mm、25/30～100 mm兩個粒級的塊煤產(chǎn)品?；烀寒a(chǎn)品采用3個φ21 m的圓筒倉和一個φ110 m的球形儲煤場儲存，總?cè)萘繛?3 萬t。塊煤和混煤產(chǎn)品前期采用汽車外運，后期通過皮帶運往新街工業(yè)園。

3 主要經(jīng)驗與設計建議

3.1 主要經(jīng)驗

(1)由于煤化工用煤對塊煤的灰分、粒度要求較高，新街礦區(qū)的塊煤需要洗選；如果末煤就近供給電廠使用，可以不洗選；如果塊煤、末煤運至東南沿海地區(qū)銷售，則都需要洗選。在礦井沒有出煤前，由于缺乏準確的煤質(zhì)資料，可以考慮塊煤系統(tǒng)、末煤系統(tǒng)一次統(tǒng)籌設計、分期實施的設計思路，先期建設塊煤洗選系統(tǒng)，在礦井投產(chǎn)后再根據(jù)原煤煤質(zhì)和市場情況，論證末煤系統(tǒng)的建設方案。

(2)在總平面布置過程中，篩分車間宜布置在原煤倉后。對于主斜井來說，這樣可以有效緩解主斜井提升能力與選煤廠生產(chǎn)能力之間的不均衡問題；如果篩分車間設備發(fā)生故障，由于原煤倉的緩沖作用，不會立即影響礦井生產(chǎn)。此外，篩分車間一般將原煤分成0～13 mm和13～200/150 mm兩個粒級，這兩個粒級原煤直接進入主廠房洗選，可以降低塊煤破碎率。

(3)新街礦區(qū)的塊煤采用淺槽重介質(zhì)分選機分選、末煤采用重介質(zhì)旋流器選是合理的，該技術成熟可靠，對原煤煤質(zhì)和市場適應性強，在鄂爾多斯地區(qū)應用廣泛。新街礦區(qū)的原煤水分較高，采用香蕉篩分級時，塊煤與末煤的分級粒度宜選擇13 mm。在實際生產(chǎn)中，可以通過更換原煤分級篩的篩板，調(diào)整塊煤入選粒度下限和入選量[3-4]。

(4)產(chǎn)品定位要準確，產(chǎn)品結(jié)構設置要合理，經(jīng)濟效益盡量最大化。末煤用來發(fā)電可以減少制粉的費用，塊煤供給煤化工企業(yè)銷售價格較高[5]。在條件允許的情況下，應該細分塊煤市場，將塊煤分成洗大塊(80～150 mm粒級)、洗中塊(25～80 mm粒級)、洗小塊(13～25 mm粒級)三種產(chǎn)品，根據(jù)市場需要分別銷售；同時設置破碎環(huán)節(jié)，在塊煤銷售不暢時，將其破碎成混煤。

(5)產(chǎn)品外運方式和目標用戶要綜合考慮。塊煤分成多個產(chǎn)品銷售，一般直接對接用戶，只需考慮地銷即可。由于特大型選煤廠的塊煤產(chǎn)量大，很難實現(xiàn)多個產(chǎn)品的細分，一般13/25～150/200 mm粒級塊煤直接對外銷售，銷售終端為港口或中間商，既要考慮汽車外運，又要考慮火車外運；混煤(末煤)產(chǎn)品也要考慮汽車外運和火車外運。生產(chǎn)能力在5 Mt/a以上選煤廠的產(chǎn)品鐵路外運，宜采用快速定量裝車站，其裝車效率高，產(chǎn)品外運量大。

(6)對于煤電一體化項目和煤化工一體化項目，可以考慮將選煤廠與電廠、煤化工企業(yè)的工業(yè)廣場相鄰布置，共用儲存設施，減少儲煤倉的基建投資。φ30 m的圓筒倉儲量大、單位體積造價低、占地小，在特大型選煤廠設計中可以考慮選用。塊煤倉宜選用小直徑的圓筒倉或并排布置的方倉，并考慮設置防碎設施；塊煤倉下方設置汽車裝車閘門，兼具儲存和地銷的功能。

3.2 設計建議

(1)在設計察哈素、紅慶河、爾林兔三座選煤廠的施工圖時，馳張篩在鄂爾多斯地區(qū)選煤廠中應用不多，業(yè)主對其可靠性和細粒煤篩分效率存有置疑，故沒有以馳張篩作為原煤分級設備。隨著馳張篩在鄂爾多斯地區(qū)的推廣與應用，新建選煤廠可以考慮以其作為原煤分級設備，以降低塊煤系統(tǒng)的原煤分選粒度下限，增加原煤入選量[6]。如果塊煤入選不能滿足市場要求，再進一步論證末煤入選的建設方案，目前選煤行業(yè)提出的末煤脫粉入選方案有很多優(yōu)點[7-10]，可以進行深入研究。

(2)察哈素選煤廠、爾林兔選煤廠均設計有鐵路快速裝車站，但由于建設嚴重滯后，在選煤廠建成后鐵路外運系統(tǒng)尚未形成，產(chǎn)品只能通過汽車外運銷售。建議在選煤廠設計中密切關注鐵路專用線的建設情況，統(tǒng)籌規(guī)劃好地銷系統(tǒng)與外運系統(tǒng)的設計，避免選煤廠建成后再對地銷系統(tǒng)進行二次改造與建設。

(3)由于塊煤銷售價格比末煤銷售價格高，在選煤廠設計中，應該注重經(jīng)濟效益最大化原則，細分塊煤市場，增加塊煤產(chǎn)品種類；優(yōu)化原煤和產(chǎn)品的篩分、運輸、配倉、存儲、銷售等環(huán)節(jié)，降低塊煤破碎率。

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