石圪臺選煤廠分煤層洗選加工方案的設計

劉漢剛，向伯濤

(中煤科工集團北京華宇工程有限公司西安分公司，陜西 西安 710075)

石圪臺選煤廠分煤層洗選加工方案的設計

劉漢剛，向伯濤

(中煤科工集團北京華宇工程有限公司西安分公司，陜西 西安 710075)

針對石圪臺選煤廠塊煤入選比例較低及洗選系統處理能力不足的問題，在對生產現狀分析的基礎上，闡述了分煤層加工洗選的必要性；通過不同入選方式下的經濟效益對比，確定了合理、可行的原煤洗選加工方案。該方案不但可以實現原煤的靈活洗選，而且能夠充分發揮原系統的生產能力，也為我國入選類似原煤的選煤廠提供了可行的設計與改造借鑒。

粒度組成；泥化程度；分煤層；洗選系統

石圪臺煤礦和配套選煤廠(石圪臺選煤廠)均位于陜西省神木縣大柳塔鎮北部，隸屬于中國神華神東煤炭集團。經2006年升級改造后，煤礦和選煤廠生產能力均提升至12 Mt/a，石圪臺選煤廠目前采用200～25 mm粒級塊煤由淺槽重介質分選機分選、25～1.5 mm粒級末煤由有壓兩產品重介質旋流器分選、1.5～0.4 mm粒級粗煤泥由螺旋分選機分選、0.4～0 mm粒級細煤泥由加壓過濾機和壓濾機回收的聯合工藝。目前，該選煤廠入選原煤來自石圪臺礦井3-1煤層和2-2煤層，均為低灰、低硫、特低磷、高揮發分、高發熱量的長焰煤和不粘煤；主導產品為塊精煤和混煤兩大類，塊精煤作為化工用煤或優質動力煤，混煤作為電煤。但隨著井下煤炭開采條件的變化和市場對商品煤質量要求的不斷提高，石圪臺選煤廠生產系統已不能滿足煤質波動和煤炭市場的要求，致使混煤產品售價大幅下降，給企業經營帶來很大困難，因此迫切需要從理論和實踐出發，采用合理的方案對洗選系統進行研究與改造[1]。

1 生產現狀

1.1 原煤特性

根據相關開采接續計劃分析，石圪臺煤礦3-1煤層薄厚均勻，煤層厚度在3.5～4.5 m之間，原煤煤質較穩定，平均灰分為12%，平均發熱量為21.34 MJ/kg；2-2煤層較薄，分叉區煤層平均厚度僅1.34 m，原煤煤質較差，平均灰分高達32%，且底板巖性均以泥巖類為主，矸石極易泥化。石圪臺選煤廠的原煤粒度組成如表1所示。

表1 石圪臺選煤廠原煤粒度組成

1.2 存在問題

石圪臺煤礦的3-1煤層、2-2煤層原煤均由一臺主斜井帶式輸送機運至選煤廠四個原煤倉，經原煤倉緩沖后進入篩分、破碎、洗選、儲運系統。在整個過程中兩個煤層的原煤、產品混合在一起，因此產生了諸多問題。

(1)塊煤入選比例低。原煤進入篩分車間后，由兩臺2461型棒條篩分級(分級粒度為200 mm)，棒條篩篩上大塊煤經手選除雜后被破碎至200 mm以下[2]，再由刮板輸送機運至洗選系統；棒條篩篩下<200 mm粒級塊煤由兩臺4373型單層香蕉篩進行25 mm分級，>25 mm粒級塊煤由刮板輸送機輸送至主廠房洗選，<25 mm粒級末煤由末煤刮板輸送機運至主廠房洗選，或者經旁路直接進入混煤帶式輸送機。

對于塊煤、末煤全部入選的選煤廠來說，一般應盡量提高塊煤入選比例，充分發揮淺槽重介質分選機處理能力大、分選精度高、生產成本低的優勢。但由于入選原煤煤質變差后(粒度組成偏細、泥化程度升高等)，篩分系統無法將分級粒度降至13 mm，致使塊煤、末煤分選系統原煤洗選量無法有效調整。

(2)塊煤分選系統利用率低。原煤經25 mm分級后，>25 mm粒級塊煤產率僅為40%，入選量約為900 t/h；而塊煤分選系統布置有兩臺T22054型淺槽重介質分選機[3]，處理能力為1 350 t/h，此時塊煤分選系統實際利用率僅為70%。在這樣的情況下，不但塊煤產品產量下降，塊煤系統處理能力得不到充分發揮，而且致使大量塊煤進入末煤分選系統，給后續作業帶來很大困難，生產成本增高。

(3)末煤分選系統處理能力不足。原煤以25 mm分級后，<25 mm粒級末煤產率高達60%，脫泥后的末煤量約為1 100 t/h，而末煤系統實際處理能力為450 t/h，尚存在650 t/h的缺口。末煤系統布置有兩臺有壓兩產品重介質旋流器，設計能力為750 t/h，由于煤泥水處理系統的制約，末煤分選系統處理能力得不到充分發揮；根據目前情況來看，即使煤泥水處理系統能夠滿足生產要求，末煤分選系統處理量也達不到1 100 t/h。

(4)煤泥水處理系統處理能力偏小。石圪臺選煤廠的煤泥水采用加壓過濾機和壓濾機聯合處理，三臺壓濾機均為過濾面積800 m2的板框壓濾機，單臺設計能力為35 t/h；三臺加壓過濾機均為過濾面積120 m2的JPG型過濾機，單臺設計能力為48 t/h，總處理能力為249 t/h。但由于2-2煤層中的矸石極易泥化，脫水設備處理能力受限[4]。根據現場實測數據，壓濾機處理能力為20 t/h，加壓過濾機處理能力為18 t/h，總處理能力僅為114 t/h，導致該選煤廠原煤實際入選率約為60%。

2 分煤層洗選加工的必要性

石圪臺煤礦3-1煤層、2-2煤層的原煤灰分差別較大，且2-2煤層中的矸石極易泥化，從企業經濟效益和生產成本考慮，應盡量提高原煤入選率[5]，并在滿足商品煤質量的前提下控制進入洗選系統的2-2煤層的粉煤量。由于3-1煤層的原煤煤質較好，可根據市場需要靈活選擇入選方式，<13 mm粒級末煤可以全部入選或部分入選；2-2煤層的原煤煤質較差，理論上應全部入選，以滿足商品煤的質量要求，但其中矸石泥化極其嚴重，末煤全部入選將給后續生產帶來很大困難，且要權衡是否能夠實現經濟效益最大化[6]。按照3-1煤層、2-2煤層的原煤入選量各6.0 Mt/a計算，五種入選方式下每年的經濟效益預測結果如表2所示。

由表2可知：3-1煤層的原煤經6 mm脫粉后，塊末煤全部入選的經濟效益最好，其他入選方式各有特點，應根據市場需求靈活選擇；2-2煤層的原煤經6 mm脫粉后，塊末煤全部入選的經濟效益也最好，而采用其他洗選方式時，塊末煤必須全部入選方可行。

從經濟效益考慮，3-1煤層與2-2煤層的原煤在入選方式上應該區別對待。要保持3-1煤層原煤入選的靈活性，2-2煤層原煤應脫粉后全部入選，這就要求兩種原煤分別儲存和篩分，以滿足不同入選要求。根據相關計算結果分析，兩種原煤在淺槽重介質分選機、重介質旋流器中分選時，在分選密度相同的條件下基元灰分幾乎相同，這說明篩分后的塊原煤、末原煤均可以混合入選[7]。

表2 不同入選方式下的經濟效益預測結果

備注：預測經濟效益時商品煤售價參考2015年11月秦皇島的港口價，發熱量23.01 MJ/kg的神混商品煤售價為390元/t，發熱量20.92 MJ/kg的神混商品煤售價為350元/t。

3 主要技術方案

根據確定的原煤入選方案，結合石圪臺選煤廠的實際情況，對該選煤廠篩分系統和煤泥水處理系統進行適應性改造。改造內容主要有：分別設置3-1煤層與2-2煤層原煤的儲運、篩分系統，以滿足其儲運、篩分要求；3-1煤層原煤以13 mm 分級，末煤入選具有靈活性，可以全部入選，也可以部分入選，還可以脫粉入選；2-2煤層原煤也以13 mm分級，末煤脫粉后全部入選[8]，保證最不利情況下煤泥水處理系統可以正常運行。

3.1 原煤處理系統工藝設計

為節省投資成本，改造過程中盡量利用原有設備。對3-1煤層原煤進行篩分時，完全可以利用原篩分破碎系統，將篩孔尺寸由25 mm調整為13 mm即可，此時完全能夠滿足每年入選6.0 Mt該煤層原煤的要求；新建2-2煤層原煤的篩分系統，其設計能力也按照6.0 Mt/a考慮，在2-2煤層原煤不足時可以對3-1煤層原煤進行篩分。改造后的原煤處理系統原則流程如圖1所示。

圖1 原煤處理系統原則流程

3.2 設計特點

根據石圪臺選煤廠的實際生產情況，分析了原煤煤質變化對生產系統的影響情況，在研究與計算的基礎上提出了合理、可行的洗選加工方案，即分煤層洗選加工方案。該方案的主要設計特點如下：

(1)針對性強。設計充分考慮了生產中存在的實際問題，論證了分煤層洗選加工的必要性，科學合理地進行了設計研究。

(2)產品質量得到保證。2-2煤層原煤經過脫粉處理后，可以實現脫粉入選或全部入選，3-1煤層原煤可以實現全部入選，綜合原煤入選率高達92%，產品質量得到保證。

(3)系統可靠性高，靈活性強。在對2-2煤層原煤脫粉后，煤泥水處理系統負擔降低，系統可靠性提高[9-10]；2-2煤層和3-1煤層原煤洗選方式靈活，兩套篩分系統可以互通，能夠靈活切換。

(4)系統可操作性高，經濟效益明顯。2-2煤層原煤與3-1煤層原煤采用分煤層洗選加工方案后，原煤入選率高，產品質量穩定，系統可操作性高，經濟效益明顯。

3.3 主要設備選型

通過工藝計算并結合現場實際情況，3-1煤層原煤的篩分利用原篩分系統(后期也可對篩機進行更換)，新建2-2煤層原煤篩分系統主要包括兩臺毛煤分級篩和兩臺原煤脫粉篩。改造過程中的主要設備選型情況如表3所示。

表3 主要設備選型表

3.4 設備布置

按照工業場地總平面布置要求對有關設備進行布置，在主井巷道上下層分別布置兩臺帶式輸送機，兩種煤炭經分別開采后，通過帶式輸送機分別輸送至各自的原煤倉內。在原煤倉倉下新增一套至篩分車間的帶式輸送機系統，用于運送2-2煤層原煤；原來布置的原煤至篩分車間的帶式輸送機系統，用于運送3-1煤層原煤，從而實現兩種原煤的單獨篩分與洗選加工，且可通過倉上原煤的靈活入倉實現兩個系統的互通。

在原篩分系統旁擴建2-2煤層原煤篩分系統，并與原篩分系統對稱布置兩套脫粉篩分系統。原篩分系統用于3-1煤層原煤的篩分，其經13 mm分級后，>13 mm粒級塊煤進入塊煤分選系統，<13 mm粒級末煤可以全部入選，可以部分入選，也可以不入選。新增篩分系統用于2-2煤層原煤的分級，其經13、6 mm分級后，>13 mm粒級塊煤進入塊煤分選系統，13～6 mm粒級末煤進入末煤分選系統或直接摻入混煤產品，<6 mm粒級末煤直接摻入混煤產品或進入末煤洗選系統。

在原壓濾車間旁新建壓濾車間，布置四臺壓濾機，并預留兩臺壓濾機的位置，壓濾煤泥通過帶式輸送機進入煤泥干燥車間。

4 結語

石圪臺選煤廠是一座特大型選煤廠，隨著井下煤炭開采條件的變化和客戶對商品煤質量要求的提高，原生產方式已不能滿足市場要求。根據入選原煤煤質特征，將3-1煤層原煤與2-2煤層原煤分別開采、運儲、篩分、洗選，不但可以保證原煤洗選加工的靈活性，而且能夠充分發揮原系統的生產能力。在對該選煤廠生產系統改造后，原煤入選率高達92%，商品煤質量明顯提高且穩定，可為企業創造更好的經濟效益。

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Design of the scheme for washing the raw coal from different seams at Shigetai coal preparation plant

LIU Han-gang, XIANG Bo-tao

(CCTEG Beijing Huayu Engineering Co., Ltd., Xian Branch, Xian, Shaanxi 710075, China)

The problems faced by Shigatai Plant are the low proportion of the coarse coal treated and insufficiency of the capacity of the washing system as a whole. Following an analysis of the current operational status of the plant, the paper goes to dwell on the necessity of washing of the raw coal from different seams. Based on the comparison of the economic benefits obtained using different washing processes, a rational and feasible processing scheme is finally selected. The application of the selected coal cleaning system makes it possible for the raw coal to be treated in a flexible manner, and make the most of the existing treating system. This provides a reference for other domestic plants treating similar raw coal to make practically feasible design and renovation of washing systems.

1001-3571(2016)01-0091-04

A

Keywordssize composition; degree of size degradation in water; coals from different seams; cleaning system

2016-01-14

10.16447/j.cnki.cpt.2016.01.024

劉漢剛( 1984—) ，男，陜西省榆林市人，工程師，從事選煤工程設計方面的工作。

E-mail: liuhg0129@163.com Tel: 15937553650