袁大灘選煤廠設(shè)計分析

陳警衛(wèi)

(中煤西安設(shè)計工程有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054)

袁大灘煤礦地處陜北侏羅紀(jì)煤田榆橫北區(qū)東北部，隸屬于陜西煤業(yè)化工集團(tuán)陜北礦業(yè)公司，位于榆林市榆陽區(qū)芹河鄉(xiāng)。為推進(jìn)陜北大型煤炭基地建設(shè)，保障能源穩(wěn)定供應(yīng)，優(yōu)化煤炭產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，集團(tuán)加快了袁大灘煤礦的建設(shè)步伐。袁大灘礦井含有可采煤層7層，其中大部分可采煤層有4層，為2、3-1、4-2、5號煤層；局部可采煤層3層，為7、8、9號煤層。礦井設(shè)計可采儲量為437.45 Mt， 2號煤和4-2煤均采用長壁采煤方法； 3-1號煤和5號煤采用長壁薄-中厚煤層一次采全高采煤方法。袁大灘礦井原煤屬于中灰中硫煤，為了響應(yīng)國家節(jié)能減排政策，穩(wěn)定煤礦煤質(zhì)，降灰降硫，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，特提出建設(shè)配套選煤廠。選煤廠設(shè)計能力為5.0 Mt/a，屬大型礦井型動力煤選煤廠。

1 煤層及煤質(zhì)特征

1.1 煤層特征

袁大灘礦初期開采2號煤層，此煤層可采厚度為1.2～4.26 m，平均可采厚度為1.76 m，屬薄煤層。該煤層大部分不含夾矸，個別含1～2層夾矸，厚度為0.10～0.69 m，巖性主要為粉砂巖。煤層頂板巖性主要為細(xì)粒砂巖、粉砂巖；底板巖性主要為粉砂巖，該煤層屬大部可采的穩(wěn)定型煤層。

1.2 煤質(zhì)特征及煤的用途

礦區(qū)主要可采煤層為中灰、中高全水、高揮發(fā)分、高熱值、中硫、低磷、低氟、低氯、一級含砷、高熱穩(wěn)定性、較低軟化溫度灰、黏結(jié)指數(shù)為0的長焰煤。主采的2號煤以不黏煤和長焰煤為主，個別為弱黏煤。

根據(jù)煤質(zhì)特點，確定袁大灘礦井煤的主要用途為[1-2]：①因揮發(fā)分和發(fā)熱量均較高，故燃燒性能良好，發(fā)火快，排渣量小，有害氣體少，是優(yōu)質(zhì)發(fā)電用煤，且煤中砷含量<8 μg/g，是食品工業(yè)的優(yōu)質(zhì)燃料；②因灰分中等，揮發(fā)分高，是較好的氣化、間接液化、化工用煤原料；③因該礦煤焦油產(chǎn)率高，為富油煤，可作低溫干餾原料煤。

1.3 煤的可選性分析

袁大灘礦首采區(qū)為2號煤層，對其進(jìn)行鉆孔資料統(tǒng)計，預(yù)測原煤灰分。按照預(yù)測的原煤灰分校正就近生產(chǎn)煤礦小紀(jì)汗2號煤篩分浮沉資料，得到袁大灘選煤廠入選原煤篩分試驗結(jié)果(表1)和200～13 mm原煤浮沉試驗結(jié)果(表2)[3-5]。

表1 原煤篩分試驗結(jié)果

表2 200～13 mm原煤浮沉試驗結(jié)果

注：當(dāng)理論分選密度<1.70 g/cm3時，以扣除沉矸(>2.00 g/cm3)為100%計算δ±0.1含量；當(dāng)理論分選密度≥1.70 g/cm3時，以扣除低密度物(<1.50 g/cm3)為100%計算δ±0.1含量

由表1和表2可以看出[6-8]：

(1)袁大灘礦原煤灰分為18.80%，屬于低灰分煤，不經(jīng)過洗選亦可滿足一般動力煤用戶的要求，但對于發(fā)熱量要求較高的用戶，在井下煤質(zhì)發(fā)生變化時，不經(jīng)過洗選的原煤市場競爭力不強，企業(yè)效益最大化沒有保障，故增加原煤分選環(huán)節(jié)十分必要。

(2)>13 mm粒級塊原煤含量為45.78%，其灰分為18.84%，稍高于原煤灰分，說明塊煤中含有相對較多的矸石，工藝選擇時可考慮通過塊煤洗選加工，實現(xiàn)排矸降灰。

(3)<0.5 mm粒級原生煤泥含量為5.04%，灰分為26.14%，含量不多，但灰分較原煤高，說明原生煤泥中含有一定量的高灰細(xì)泥，因此在工藝選擇和設(shè)備選型中應(yīng)予以重視。

(4)<1.4、>2.00 g/cm3密度級為主導(dǎo)密度級，其中<1.4 g/cm3密度級灰分較低，>2.00 g/cm3密度級矸石灰分高達(dá)76.56%，說明在采用較高密度分選時，可以排出純矸，洗選出低灰精煤。

(5)1.4～2.0 g/cm3密度級含量較少，說明煤的可選性較好，分選密度在此范圍變化時，對精煤產(chǎn)率的影響不大。

(6)從浮沉煤泥含量和灰分來看，浮沉煤泥的含量不大，灰分較原煤灰分低，說明矸石泥化不嚴(yán)重。

2 選煤方法及工藝流程

2.1 選煤方法

袁大灘礦原煤為不黏煤和長焰煤，為典型的動力煤，為節(jié)約洗選成本和提高企業(yè)效益，采取原煤部分洗選工藝，但根據(jù)原煤篩分資料分析可知：塊煤(>13 mm)與末煤(<13 mm)灰分差別不大，難于確定分選粒級。考慮到煤層厚度為薄煤層(平均厚度為1.7 m)，采煤機容易割頂板和底板而引起塊煤實際灰分比預(yù)測偏高，再綜合煤質(zhì)及用戶需求后，最終確定的選煤方法為：200～13 mm(預(yù)留下限降至8 mm的可能)塊煤采用淺槽重介分選，<13 mm末煤暫不分選(預(yù)留分選的可能性)，粗煤泥采用離心機回收，細(xì)煤泥采用壓濾回收[9]。

2.2 工藝流程

根據(jù)確定的選煤方法及分選粒級，最終確定的工藝原則流程如圖1所示。該工藝包括：原煤準(zhǔn)備系統(tǒng)、淺槽重介分選系統(tǒng)、介質(zhì)回收系統(tǒng)、煤泥水處理系統(tǒng)等[10-11]。

圖1 袁大灘選煤廠分選工藝原則流程

2.2.1 原煤準(zhǔn)備系統(tǒng)

袁大灘礦原煤(300～0 mm)分級采用雙層弛張篩，弛張篩上層為固定篩，篩孔為35 mm(出料端局部為100 mm)，下層為弛張篩，篩孔為13 mm(預(yù)留篩孔降至8 mm的可能)，原煤經(jīng)過弛張篩兩層分級后，<13 mm末煤直接作為末煤產(chǎn)品；>100 mm大塊原煤經(jīng)過手選和破碎至<200 mm后與上層篩前100～13 mm原煤共同作為塊煤產(chǎn)品。

2.2.2 淺槽重介分選系統(tǒng)[11-13]

進(jìn)入主選系統(tǒng)的塊原煤(200～13 mm)先進(jìn)行φ6 mm脫泥，脫泥篩篩下<6 mm末煤直接進(jìn)入末原煤處理系統(tǒng)中，經(jīng)過弧形篩和離心機脫水后摻入末煤產(chǎn)品；塊原煤(200～13 mm)經(jīng)脫泥后進(jìn)入淺槽重介分選機分選，分選出的精煤由雙層香蕉篩(上層篩孔為φ30 mm，下層篩孔為φ0.75 mm)脫水脫介后，上層直接作為塊精煤產(chǎn)品，篩下30～13 mm小塊精煤經(jīng)離心脫水后既可以摻入最終塊精煤產(chǎn)品，也可以通過轉(zhuǎn)載摻入混煤產(chǎn)品。塊煤產(chǎn)品有三種生產(chǎn)方式：①大塊精煤(200～13 mm)直接破碎至<50 mm后作為混精煤產(chǎn)品；②大塊精煤(200～13 mm)破碎至<80 mm后去塊煤地銷倉上進(jìn)行分級，分出洗中塊(80～30 mm)、洗小塊(30～13 mm)兩種產(chǎn)品；③大塊精煤(200～13 mm)去塊煤地銷倉上進(jìn)行分級，分出洗大塊(200～80 mm)、洗中塊(80～30 mm)、洗小塊(30～13 mm)三種產(chǎn)品。淺槽重介分選的矸石經(jīng)脫介篩脫介后作為最終產(chǎn)品被運至矸石倉。此外， 200～13 mm塊原煤設(shè)計有旁路系統(tǒng)，可以不經(jīng)過洗選，破碎至<50 mm后直接作為最終產(chǎn)品，同時系統(tǒng)預(yù)留分選下限降至8 mm的可能性。

2.2.3 介質(zhì)回收系統(tǒng)

精煤固定篩下的合格介質(zhì)經(jīng)分流大部分返回合格介質(zhì)桶，小部分合格介質(zhì)與精煤脫介篩、矸石脫介篩下稀介質(zhì)一起進(jìn)入磁選機磁選凈化，精礦返回合格介質(zhì)桶循環(huán)使用，尾礦一部分作為脫泥篩的沖水，另一部分進(jìn)入煤泥回收系統(tǒng)進(jìn)行回收凈化。

2.2.4 煤泥水處理系統(tǒng)

塊煤進(jìn)入脫泥篩(φ6 mm)后，篩下水經(jīng)弧形篩和末原煤離心機脫水后摻入末煤產(chǎn)品，弧形篩篩下水、離心機離心液經(jīng)煤泥泵打入濃縮旋流器進(jìn)行濃縮分級；濃縮旋流器底流再經(jīng)粗煤泥弧形篩和粗煤泥離心機脫水回收，旋流器溢流、粗煤泥弧形篩篩下水和粗煤泥離心機離心液全部進(jìn)入濃縮機濃縮；濃縮機底流進(jìn)入快開式隔膜壓濾機回收，回收的煤泥摻入末煤產(chǎn)品，濃縮機溢流作為循環(huán)水使用。煤泥水經(jīng)粗煤泥、細(xì)煤泥分別回收后，可完全做到煤泥廠內(nèi)回收和洗水閉路循環(huán)。

3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

根據(jù)鄰近礦區(qū)已建成選煤廠的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)[14-15]，并結(jié)合該廠原煤煤質(zhì)，確定袁大灘選煤廠有三種不同的生產(chǎn)方式，每種生產(chǎn)方式的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如下：

(1)洗精煤(50～0 mm)，灰分<10%，全水分≤16.0%，硫分≤1.0%，低位發(fā)熱量>23 MJ/kg； 混煤(13～0 mm)，低位發(fā)熱量≥21 MJ/kg。產(chǎn)品平衡表見表3。

(2)洗中塊精煤(80～30 mm)，低位發(fā)熱量>23 MJ/kg；洗小塊精煤(30～13 mm)，低位發(fā)熱量>23 MJ/kg；末煤(13～0 mm)，低位發(fā)熱量≥21 MJ/kg。產(chǎn)品平衡表見表4。

(3)洗大塊精煤(200～80 mm)，低位發(fā)熱量>23 MJ/kg；洗中塊精煤(80～30 mm)，低位發(fā)熱量>23 MJ/kg； 混煤(30～0 mm)，低位發(fā)熱量≥21 MJ/kg。產(chǎn)品平衡表見表5。

由表3、表4、表5可知：生產(chǎn)<50 mm洗精煤及<13 mm末煤產(chǎn)品可按照表3的方式生產(chǎn)，產(chǎn)品可主要供電廠和化工廠；生產(chǎn)洗小塊、洗中塊精煤產(chǎn)品可按照表4的方式生產(chǎn)，產(chǎn)品以化工用戶為主；生產(chǎn)洗大塊、洗中塊精煤產(chǎn)品可按照表5的方式生產(chǎn)，精煤產(chǎn)品以地銷為主。

表3 生產(chǎn)<50 mm洗精煤及<13 mm末煤產(chǎn)品平衡表

表4 生產(chǎn)30～13 mm洗小塊及80～30 mm洗中塊精煤產(chǎn)品平衡表

表5 生產(chǎn)200～80 mm洗大塊及80～30 mm洗中塊精煤產(chǎn)品平衡表

4 效益分析

2020年袁大灘選煤廠經(jīng)濟(jì)效益分析見表6。

表6 2020年袁大灘選煤廠經(jīng)濟(jì)效益分析

袁大灘選煤廠于2019年10月投產(chǎn)，2019年原煤處理量為510萬t，2020年原煤處理量為520萬t，生產(chǎn)洗精煤200萬t，平均精煤灰分為7.0%，達(dá)到了設(shè)計能力及產(chǎn)品指標(biāo)，2020年選煤廠利潤達(dá)7 800萬元。

5 結(jié)語

袁大灘選煤廠工藝流程的制定充分考慮了原煤煤質(zhì)特點和產(chǎn)品市場的需求，產(chǎn)品以電力用煤為主，兼顧民用，系統(tǒng)簡單，處理能力大，分選精度高，可適應(yīng)煤質(zhì)變化和產(chǎn)品多樣化的需求，在任何情況下均可以最大限度地提高精煤產(chǎn)率，同時能夠滿足市場對產(chǎn)品煤的質(zhì)量要求,從而為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。袁大灘選煤廠的生產(chǎn)實踐可為其他動力煤選煤廠的設(shè)計提供良好的借鑒。