東峽選煤廠選煤工藝設計與分析

陳衛(wèi)東，劉 雪，貟彥章

(華亭煤業(yè)集團有限責任公司 技術(shù)中心，甘肅 華亭 744100)

東峽煤礦位于甘肅省華亭縣，隸屬于華亭煤業(yè)集團有限責任公司，礦井產(chǎn)能為1.50 Mt/a，主采煤層為煤6-1、煤6-2上、煤6-2中、煤6-2下，局部可采煤層為煤6-3、煤6-4、煤6-5。目前開采煤層為煤質(zhì)較差的煤6-1，煤層夾矸較多。根據(jù)原煤煤質(zhì)特征，該煤礦原煤灰分較高，屬于中灰、低硫、中高揮發(fā)分的長焰煤或不粘煤，可作為發(fā)電、氣化、化工用煤和民用燃料。在實際生產(chǎn)過程中，該煤礦原煤經(jīng)分級和人工揀矸后直接作為產(chǎn)品銷售，但隨著礦井開采機械化程度的提高，原煤含矸率和灰分均升高，加上當?shù)孛禾渴袌龈偁幦找婕ち遥?jīng)簡單排矸后的煤炭產(chǎn)品質(zhì)量仍達不到用戶要求。為了實現(xiàn)煤礦的可持續(xù)發(fā)展，提高煤炭產(chǎn)品質(zhì)量，迫切需要建設配套選煤廠，以對原煤進行有效洗選，提高產(chǎn)品的市場競爭力。

1 原煤煤質(zhì)特征

在設計配套的東峽選煤廠過程中，以同一井田陳家溝煤礦的原煤煤質(zhì)資料作為初始煤質(zhì)資料，在對煤質(zhì)資料進行適當調(diào)整后，將其作為設計依據(jù)。由于兩礦原煤的賦存條件和煤質(zhì)特征相似，且開采方法相同，故其具有相似性和代表性。

1.1 粒度特性

東峽選煤廠原煤的粒度特性見表1。

表1 東峽選煤廠原煤粒度特性

由表1可知：3～0.5 mm粒級產(chǎn)率較高，50～30、0.5～0 mm粒級產(chǎn)率都較低，其余各粒級產(chǎn)率相近；>50 mm粒級矸石占全樣產(chǎn)率為7.62%，占本粒級產(chǎn)率為34.97%，說明原煤中矸石多，需要對其進行排矸處理。

1.2 密度特性

東峽選煤廠原煤的密度特性見表2。由表2可知：低密度級產(chǎn)率高而灰分低，主導密度級為1.30～1.40 g/cm3密度級，產(chǎn)率為47.22%，灰分為5.32%；其次為<1.30 g/cm3密度級，產(chǎn)率為23.91%，灰分為3.19%；高密度級產(chǎn)率較高，灰分高，矸石純度高，>1.80 g/cm3密度級產(chǎn)率為20.53%，灰分為82.40%；中間密度級(1.50～1.80 g/cm3)產(chǎn)率很低，僅為4.14%，這樣的密度分布有利于煤炭洗選；煤泥產(chǎn)率也很小，而灰分為31.63%，明顯高于原生煤泥灰分，這說明矸石存在泥化現(xiàn)象。

此外，根據(jù)80～13 mm粒級原煤的可選性曲線(圖1)可知：分選密度在1.50～1.80 g/cm3之間時，δ±0.1含量<10.00%，說明原煤為易選煤。

表2 東峽選煤廠原煤密度特性

圖1 80～13mm級原煤的可選性曲線

2 設計原則

在設計東峽選煤廠過程中，在充分利用原生產(chǎn)系統(tǒng)的同時，本著簡化生產(chǎn)系統(tǒng)，降低投資的原則，研究了地面生產(chǎn)系統(tǒng)與場地空間布置，并遵循以下設計原則：

(1)礦井采用斜井開拓，原煤自工作面經(jīng)順槽、石門、暗斜井、主斜井、轉(zhuǎn)載、上倉六條帶式輸送機至主選車間。由于運輸過程中原煤沒有經(jīng)過緩沖，對生產(chǎn)影響較大，故需要設置緩沖倉。

(2)東峽煤礦的工業(yè)場地空間有限，可布置的選煤廠的廠地有效長度和寬度均僅為76 m，主廠房、產(chǎn)品倉、原煤緩沖倉、膠帶走廊的布置對儲煤場和原建(構(gòu))筑物有一定的影響。在充分論證與分析后，拆除工業(yè)場地內(nèi)原選煤車間的手選撿矸系統(tǒng)和部分膠帶走廊。

(3)根據(jù)原煤煤質(zhì)特點和煤炭市場需求，確定該選煤廠的煤炭產(chǎn)品主要作為電廠燃煤、民用煤及化工用煤。根據(jù)煤炭產(chǎn)品市場定位，該選煤廠既要實現(xiàn)原煤的全部(<80 mm)入選，又要實現(xiàn)部分末煤(<13 mm)入選。這樣設計的優(yōu)點在于：由于塊煤價格明顯高于末煤，>80 mm粒級塊煤 其產(chǎn)量較小，可經(jīng)手選撿矸后直接銷售；同時可將洗塊煤分成洗中塊和洗小塊兩種產(chǎn)品，以滿足不同用戶的需求；此外，根據(jù)原煤煤質(zhì)情況，可以隨時調(diào)節(jié)末煤入選量，以節(jié)省生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。

3 選煤工藝的確定

由于入選原煤>50 mm粒級矸石產(chǎn)率高，末煤低位發(fā)熱量相對較低(在18.40 MJ/kg左右)，中煤產(chǎn)率較大(占塊煤量的13.67%～24.90%)，結(jié)合當?shù)孛禾慨a(chǎn)品市場需求，東峽選煤廠的建設目標為：有效排除矸石，提高中煤產(chǎn)量，降低末煤灰分并提高其發(fā)熱量。

目前，技術(shù)比較成熟、先進、高效的選煤設備有淺槽重介質(zhì)分選機[1]、跳汰機、重介質(zhì)旋流器[2]等，結(jié)合原煤全部入選的目標，現(xiàn)就下述兩個方案進行比較分析。

3.1 方案一

原煤被破碎到200 mm以下，脫泥、分級后全部入選：200～13 mm粒級由淺槽重介質(zhì)分選機分選[3]，13～0.25 mm粒級由重介質(zhì)旋流器分選，<0.25 mm粒級細煤泥濃縮、壓濾回收，>0.25 mm粒級粗煤泥直接回收。主選系統(tǒng)布置雙系統(tǒng)，其中一套為以淺槽重介質(zhì)分選機為核心設備的塊煤分選系統(tǒng)[2]，另一套為以重介質(zhì)旋流器為核心設備的末煤分選系統(tǒng)，煤泥水濃縮系統(tǒng)配置兩臺帶斜管的ZNF-18濃縮機。

由于采用塊煤、末煤兩套系統(tǒng)生產(chǎn)，原煤入選粒度上限高(可達200 mm)[4]，既能實現(xiàn)全部入選，又能實現(xiàn)塊煤(200～13 mm粒級)或末煤(<13 mm粒級)部分分選；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更合理，主導產(chǎn)品包括200～50 mm粒級洗大塊，50～25 mm粒級洗中塊，25～13 mm粒級洗小塊，<13 mm粒級洗末煤。但雙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，占用面積與空間較大，初期投資大；重介質(zhì)旋流器不能充分發(fā)揮分選粒度下限低的優(yōu)勢，脫除的煤泥量較大，生產(chǎn)成本增加；此外，在僅分選塊煤或末煤時，另一個系統(tǒng)停止運行，導致系統(tǒng)洗選能力降低。

3.2 方案二

原煤經(jīng)80 mm分級后，>80 mm粒級經(jīng)手選撿矸后作為產(chǎn)品，<80 mm粒級以不脫泥[5]、不分級方式全部入選：80～0.25 mm粒級由無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選[6]，>0.25 mm粒級粗煤泥直接回收，<0.25 mm粒級細煤泥濃縮、壓濾回收。該工藝主導產(chǎn)品為>80 mm粒級篩大塊、80～25 mm粒級洗中塊、25～13 mm粒級洗小塊、<13 mm粒級洗末煤、<80 mm粒級洗中煤。主選車間布置一套分選系統(tǒng)，煤泥水濃縮系統(tǒng)配置SZPT8一段斜管濃縮機1臺，ST10二段斜管濃縮機2臺。

對于<80 mm粒級原煤，該工藝系統(tǒng)成熟，分選精度高，有效分選粒度下限低(<0.25 mm)，一次可以分選出精煤、中煤、矸石三產(chǎn)品，且可以1.40 g/cm3左右的低密度懸浮液實現(xiàn)2.00 g/cm3以上的高密度排矸任務；懸浮液與原煤分別給入設備，不受原煤煤質(zhì)變化影響，分選密度等參數(shù)易于測控，方便實現(xiàn)自動控制；系統(tǒng)工藝結(jié)構(gòu)簡單，占用面積與空間較小[6-7]。此外，由于中煤產(chǎn)量增加，預計每年的銷售收入增加320萬元。

兩種選煤方案對應的技術(shù)經(jīng)濟指標見表3。

表3 兩種選煤方案的技術(shù)經(jīng)濟指標對比結(jié)果

由表3可知：從技術(shù)條件方面分析，兩個方案均具備可行性；但從項目投資、銷售收入、噸煤加工費三方面分析，方案二的效果更好。故確定的選煤工藝為：原煤經(jīng)80 mm分級后，>80 mm粒級經(jīng)手選撿矸后作為產(chǎn)品，<80 mm粒級以不脫泥、不分級方式全部入選；80～0.25 mm粒級由無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選，>0.25 mm粒級粗煤泥直接回收，<0.25 mm粒級細煤泥濃縮、壓濾回收。

4 工藝布置

4.1 原煤準備系統(tǒng)

礦井原煤經(jīng)轉(zhuǎn)載、上倉帶式輸送機輸送至選煤車間，經(jīng)80、13 mm分級后，分為>80、80～13、<13 mm三個粒級，其中：>80 mm粒級塊煤進入原選煤車間，經(jīng)手選揀矸后作為最終產(chǎn)品，<80 mm粒級原煤進入各自洗選系統(tǒng)。原煤準備系統(tǒng)工藝布置如圖2所示。

圖2 原煤準備系統(tǒng)工藝布置圖

4.2 主選系統(tǒng)

為解決原煤缺少緩沖倉的問題，對生產(chǎn)系統(tǒng)進行了改造。新建一條轉(zhuǎn)載膠帶走廊，并使其與上倉膠帶走廊相接；在兩條走廊銜接處布置一個直徑為10 m、高度為21 m的圓筒緩沖倉。針對工業(yè)場地面積有限的實際情況，拆除原選煤車間的部分膠帶走廊，進而布置相關工藝系統(tǒng)；充分利用新建選煤車間的篩分系統(tǒng)，在分級溜槽下方布置入選原煤收集膠帶，根據(jù)當?shù)厥袌鲎兓兔嘿|(zhì)情況，及時調(diào)節(jié)原煤入選方試；拆除原選煤車間的手選撿矸系統(tǒng)，新建1個大塊煤產(chǎn)品倉，并布置大塊矸石、雜物手選系統(tǒng)。主選系統(tǒng)工藝布置如圖3所示。

圖3 主選系統(tǒng)工藝布置圖

5 結(jié)語

近年來，我國選煤裝備發(fā)展較快，為選煤工藝的設計與優(yōu)化提供了強有力的技術(shù)支撐。在設計選煤工藝時，應該以原煤煤質(zhì)資料為基礎，以市場需求為導向，以經(jīng)濟效益為目標，結(jié)合實際場地情況，在對多種方案進行技術(shù)經(jīng)濟指標比選的基礎上，有針對性的選擇工藝系統(tǒng)，從而實現(xiàn)選煤廠設計的最優(yōu)化。

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