山西河曲舊縣選煤廠設(shè)計特點分析

姜坤坤

(大地工程開發(fā)(集團)有限公司 天津分公司，天津 300381)

山西河曲舊縣選煤廠隸屬于山西煤炭進出口集團河曲舊縣露天煤業(yè)有限公司，是一座生產(chǎn)能力為5.00 Mt/a的大型動力煤選煤廠[1-5、6]，廠址位于山西省忻州市河曲縣舊縣鄉(xiāng)范家梁村。舊縣選煤廠于2012年2月完成可行性研究報告，2015年3月5日開工建設(shè)，于2018年3月完成帶煤調(diào)試、試生產(chǎn)，于2018年7月移交業(yè)主運營。在施工圖設(shè)計過程中，結(jié)合周邊現(xiàn)有選煤廠實際生產(chǎn)中存在的問題與不足，對選煤廠的煤質(zhì)特點、產(chǎn)品用途、選煤方法、設(shè)備選型等進行了深入分析和論證，從而確定了選煤廠最終采用的工藝設(shè)計方案，對該地區(qū)類似動力煤選煤廠的設(shè)計具有一定的參考價值。

1 煤質(zhì)資料和產(chǎn)品定位

1.1 煤質(zhì)資料

河曲舊縣露天煤礦是山西煤炭進出口集團(以下簡稱山煤集團)資源整合與兼并重組的重要煤礦之一，批準(zhǔn)開采的煤層為9、10、11、12、13號煤層，主采13號煤。河曲舊縣露天礦采用“單斗-汽車”開采工藝。各煤層為特低灰-高灰、低硫-高硫、低熱值-高熱值的長焰煤、氣煤。13號原煤篩分、浮沉試驗結(jié)果見表1和表2。

由表1可知：原煤灰分為31.76%，為中高灰原煤；主導(dǎo)粒級為>100 mm，產(chǎn)率為20.81%，灰分為30.73%。

表1 13號原煤篩分試驗結(jié)果

由表2可知：各粒級主導(dǎo)密度級均為>2.00 g/cm3和1.3～1.6 g/cm3，各粒級1.6～2.0 g/cm3中間密度級含量均較低，有利于精煤的回收；各粒級浮沉煤泥灰分均比原煤灰分高很多，說明矸石有泥化現(xiàn)象。

表2 13號原煤浮沉試驗結(jié)果

密度級/(g·cm-3)13～6 mm產(chǎn)率占本級占全樣灰分6～3 mm產(chǎn)率占本級占全樣灰分3～1.5 mm產(chǎn)率占本級占全樣灰分1.5～0.5 mm產(chǎn)率占本級占全樣灰分0.5～0.15 mm產(chǎn)率占本級占全樣灰分<1.30.950.109.301.060.097.881.270.088.601.270.078.606.280.213.731.3～1.418.161.9110.9924.292.1410.7630.431.8010.8630.431.7910.8617.380.586.531.4～1.523.202.4515.0322.321.9614.8421.121.2514.2521.121.2414.2520.630.6811.951.5～1.618.441.9423.1614.661.2922.0511.020.6521.3211.020.6521.3215.700.5219.961.6～1.78.790.9332.369.680.8529.639.380.5628.389.380.5528.389.530.3229.171.7～1.83.090.3339.162.820.2536.514.940.2937.434.940.2937.434.330.1435.451.8～2.03.720.3949.693.300.2947.924.120.2450.674.120.2450.674.780.1647.66>2.023.652.4970.1221.871.9369.3417.721.0568.5217.721.0668.5221.370.7175.97合 計100.0010.5432.33100.008.8029.89100.005.8427.51100.005.8927.51100.003.3229.79煤 泥0.530.0648.301.010.0948.111.650.1040.851.650.1040.85———總 計100.0010.5932.41100.008.8930.07100.006.0227.73100.005.9927.73100.003.3229.79

1.2 產(chǎn)品定位

結(jié)合本地區(qū)煤質(zhì)特點及市場需求，以及對國內(nèi)電煤市場的調(diào)研分析，該廠產(chǎn)品主要作動力煤供電廠使用，主要生產(chǎn)以下產(chǎn)品：

(1)優(yōu)質(zhì)動力煤。粒級為50～0 mm，發(fā)熱量(Qnet.ar)≥20.93 MJ/kg，主要供給周邊電廠。

(3)矸石?？捎糜谏a(chǎn)建筑材料及制品，或回填至露天礦坑等。

(4)選煤廠具有生產(chǎn)200～50 mm塊煤產(chǎn)品(單獨落地銷售)的靈活性。

根據(jù)集團規(guī)劃，在河曲2×350 MW低熱值電廠建成前，河曲舊縣選煤廠主要生產(chǎn)發(fā)熱量為20.93 MJ/kg以上的優(yōu)質(zhì)動力煤，供給周邊電廠作動力用煤；集團河曲2×350 MW低熱值電廠建成后，河曲舊縣選煤廠主要生產(chǎn)發(fā)熱量為14.65 MJ/kg左右的低質(zhì)煤，供給山煤集團河曲低熱值電廠，同時生產(chǎn)一部分發(fā)熱量在20.93 MJ/kg以上優(yōu)質(zhì)動力煤，供給國內(nèi)電廠。

2 分選工藝的確定

2.1 原煤分級工藝

根據(jù)以上產(chǎn)品定位及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析，山煤集團河曲2×350 MW低熱值電廠建成前，河曲舊縣選煤廠主要生產(chǎn)發(fā)熱量在20.93 MJ/kg以上的優(yōu)質(zhì)動力煤，經(jīng)測算，此時原煤必須進行全入選，才能滿足產(chǎn)品發(fā)熱量要求。根據(jù)本地區(qū)實際生產(chǎn)經(jīng)驗，淺槽重介分選機近年來廣泛應(yīng)用于各類動力、化工用煤選煤廠的塊煤分選作業(yè)，具有分選精度高、分選粒級范圍寬、適應(yīng)性強、生產(chǎn)成本低等顯著特點，因此塊煤推薦采用淺槽重介分選機進行分選。對于末煤分選設(shè)備的選擇，根據(jù)測算，末煤只需通過排矸后，就可以滿足最終產(chǎn)品發(fā)熱量要求，因此在制訂工藝流程時只考慮一段排矸即可，不需要出中間產(chǎn)品，因此兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器比三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器更適合作為本廠的末煤分選設(shè)備[7]。

毛煤經(jīng)原煤破碎站破碎后，出料粒級為200～0 mm，因此塊煤淺槽重介分選機的分選上限為200 mm，淺槽重介分選機的有效分選下限可達到13 mm，甚至到6 mm，但考慮淺槽對13～6 mm粒級煤的分選效果不如重介質(zhì)旋流器，因此為平衡淺槽重介分選機和重介質(zhì)旋流器的入選量、各自適合的分選粒度范圍、生產(chǎn)成本等因素，經(jīng)論證推薦淺槽重介分選機的分選下限為13 mm，因此原煤分級設(shè)備的選擇就成為了設(shè)計的重中之重。

附近保德縣有選煤廠采用了香蕉篩分級濕黏原煤，設(shè)計分級粒度為13 mm，實際生產(chǎn)中分級效率低，堵篩孔現(xiàn)象嚴重，嚴重影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定生產(chǎn)，最后不得不將香蕉篩篩孔調(diào)整為25 mm，分級效率才滿足生產(chǎn)和使用要求。但若將分級粒度調(diào)整為25 mm，會導(dǎo)致塊煤淺槽分選系統(tǒng)處理能力富余、末煤重介質(zhì)旋流器分選系統(tǒng)處理能力緊張的問題，導(dǎo)致系統(tǒng)對煤質(zhì)波動的適應(yīng)性差。

經(jīng)過調(diào)研，弛張篩[8-9，10-12]是一種較適合潮濕細粒級難篩物料干法篩分的篩分設(shè)備，其利用特殊彈性篩面弛張運動，篩面可以產(chǎn)生很高的上拋加速度(即振動強度)，一般可達到50 G，比一般振動篩大得多，篩面作弛張運動中，篩孔產(chǎn)生變形，篩面產(chǎn)生撓曲，因此物料不會堵塞篩孔，也不易黏附在篩面上，具有較好的篩分效果和較高的處理能力。最終設(shè)計推薦采用2臺3673型雙層弛張篩，上層采用篩孔為30 mm的固定篩板，用于大粒度分級，下層采用篩孔為13 mm的彈性篩面，用于細粒級分級。實踐表明：該設(shè)備在實際使用過程中分級效率高，處理能力大，性能穩(wěn)定，篩板更換維修方便，取得了良好的使用效果。

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2.2 細煤泥回收工藝

煤泥水系統(tǒng)對整個選煤廠的有效運轉(zhuǎn)至關(guān)重要，該系統(tǒng)設(shè)計的好壞，會對生產(chǎn)成本及生產(chǎn)管理產(chǎn)生直接影響，關(guān)系到選煤廠能否正常生產(chǎn)。目前，細煤泥回收常用設(shè)備主要有壓濾機和加壓過濾機[13]。從加壓過濾機與壓濾機的工作原理及性能特點來看，加壓過濾機對泥化較為敏感，若原煤中矸石易泥化，其處理能力將大大減小，其另一缺點就是運行能耗大、生產(chǎn)與維護費用高，優(yōu)點是水分稍低。壓濾機的優(yōu)點則是能適應(yīng)各種煤質(zhì)，缺點是水分稍高。

根據(jù)調(diào)研，周邊附近沙坪選煤廠、上榆泉選煤廠在設(shè)計時，均采用加壓過濾機回收，但實際生產(chǎn)中加壓過濾機使用效果不好，卸一次物料的時長在300～700 s之間，建成后均又增設(shè)壓濾機處理細煤泥。而河曲舊縣露天礦的各可采煤層的頂?shù)装鍘r性主要為泥巖，根據(jù)山西省煤炭地質(zhì)研究所對河曲舊縣露天煤業(yè)有限公司所送的13號煤層煤樣的安氏泥化程度試驗報告，該礦矸石泥化程度為中等程度泥化，因此在實際生產(chǎn)中，若矸石泥化程度較為嚴重，會嚴重影響加壓過濾機的運行。而壓濾機則對矸石泥化情況具有良好的適應(yīng)性，可以保證生產(chǎn)的正常進行。設(shè)計根據(jù)對周邊選煤廠的調(diào)研分析，結(jié)合該廠入選原煤中矸石有中等程度泥化的特點，最終推薦細煤泥采用壓濾機脫水回收的工藝，選擇了4臺500 m2快開隔膜壓濾機[14-15]作為細煤泥脫水回收設(shè)備。實踐表明：快開隔膜壓濾機能很好地適應(yīng)該廠的煤質(zhì)特點，實際使用脫水效果良好，可有效滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需要。

2.3 選煤方法

根據(jù)對入選原煤煤質(zhì)資料的分析，結(jié)合原煤分級設(shè)備的選擇及細煤泥回收設(shè)備的選擇，最終確定了該廠的工藝流程：200～0 mm粒級原煤采用雙層弛張篩進行30/13 mm分級，200～13 mm粒級塊煤采用淺槽重介分選機分選，13～1.5 mm末煤采用有壓兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選，1.5～0.15 mm粗煤泥采用螺旋分選機分選，0.15～0 mm細煤泥采用濃縮壓濾回收[7]。工藝原則流程如圖1所示。

圖1 舊縣選煤廠工藝原則流程

在生產(chǎn)中，選煤廠可實現(xiàn)以下三種生產(chǎn)方式：

(1)塊煤入選，末煤不入選，主要生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)動力煤+低質(zhì)煤(包括末原煤、煤泥、矸石)。

(2)塊末煤全部入選，主要生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)動力煤。

(3)塊煤入選，末煤部分入選，主要生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)動力煤+低質(zhì)煤(包括末原煤、煤泥、矸石)，同時可根據(jù)河曲2×350 MW低熱值電廠用煤量多少及產(chǎn)品發(fā)熱量要求靈活調(diào)整末煤的入選比例。

2.4 設(shè)計特點

(1)根據(jù)該廠入選原煤的煤質(zhì)特點，統(tǒng)籌考慮附近礦區(qū)煤炭分選加工總體情況，制定了工藝流程。舊縣選煤廠原煤采用雙層弛張篩進行分級，塊煤采用淺槽重介分選機分選，末煤采用有壓兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選，粗煤泥采用螺旋分選機分選的工藝，末煤可實現(xiàn)全部入選、部分入選及不入選，粗煤泥可根據(jù)生產(chǎn)情況選擇開啟或不開啟，是目前適用于動力煤選煤廠的先進、靈活的選煤工藝，完全符合煤質(zhì)特點及產(chǎn)品質(zhì)量要求。各項技術(shù)指標(biāo)達到設(shè)計預(yù)期，技術(shù)經(jīng)濟達到最佳平衡。

(2)主廠房采用鋼框架和鋼模塊結(jié)構(gòu)，采用聯(lián)合布置方式，集塊煤分選、末煤分選、粗煤泥分選、細煤泥回收為一體，減少運輸環(huán)節(jié)，降低成本。主廠房采用鋼結(jié)構(gòu)，大廳式布置，結(jié)構(gòu)新穎，充分考慮了當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c。

(3)地面工藝系統(tǒng)布局合理，總平面布置簡潔，煤流順暢，功能分區(qū)明確，能夠滿足選煤廠大規(guī)模生產(chǎn)的要求；煤泥水系統(tǒng)設(shè)計完善，可確保洗水閉路循環(huán)，達到零排放，滿足環(huán)保要求。

(4)主要設(shè)備采用進口或進口組裝，技術(shù)先進，生產(chǎn)可靠，保證了系統(tǒng)的可靠性和高效率。

(5)自動化程度高，具有精確的控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可實現(xiàn)全工藝過程監(jiān)測、監(jiān)控。

3 生產(chǎn)實踐

河曲舊縣選煤廠與附近已投產(chǎn)的保德王家?guī)X選煤廠技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)對比情況見表3。

由表3可知：河曲舊縣選煤廠于2018年3月份帶煤投產(chǎn)以來，選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)運行穩(wěn)定，原煤實際處理能力達5.0 Mt/a以上，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，各項生產(chǎn)指標(biāo)均達到或超過設(shè)計要求指標(biāo)，達到了動力煤選煤廠的先進水平。

表3 舊縣選煤廠與王家?guī)X選煤廠技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)對比

4 結(jié)語

針對山西河曲煤田的煤質(zhì)特點、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和用途，借鑒附近現(xiàn)有選煤廠的實際生產(chǎn)情況，了解附近選煤廠實際生產(chǎn)中存在的問題與不足，在河曲舊縣選煤廠的設(shè)計過程中進行了優(yōu)化。設(shè)計最終推薦采用：200～0 mm粒級原煤采用雙層弛張篩進行30/13 mm分級，200～13 mm粒級塊煤采用淺槽重介分選機分選，13～1.5 mm末煤采用有壓兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選，1.5～0.15 mm粗煤泥采用螺旋分選機分選，0.15～0 mm細煤泥采用濃縮壓濾回收的選煤方法。選煤廠投產(chǎn)后，運行良好，原煤經(jīng)選煤廠分選后產(chǎn)品銷售競爭力得到大幅提升，企業(yè)經(jīng)濟效益顯著，對于該地區(qū)類似動力煤選煤廠的設(shè)計具有一定的參考價值和借鑒意義。