澳大利亞選煤廠提高系統可靠性和運行效率的有效途徑

陳桂剛

(神華澳大利亞控股有限公司，澳大利亞 新南威爾士 2380 )

澳大利亞作為在選煤行業技術研發、工程設計和運營管理方面處于世界先進行列的國家之一，多年來在簡化選煤廠洗選工藝、提高系統可靠性和提升運行效率方面進行著不懈探索、創新和實踐，并形成了許多行之有效的做法和經驗，值得國內同行借鑒和參考。

1 澳大利亞選煤行業現狀及特點

1.1 澳大利亞煤炭行業現狀

澳大利亞是世界第五大煤炭資源蘊藏國、第五大煤炭生產國和第一大冶金煤出口國、第二大動力煤出口國[1]。2013—2014年全國共生產原煤(不包括褐煤)5.63億t，商品煤4.33億t，其中86.6%的商品煤用于出口[2]。在目前已經建成的120多座煤礦中[3]，絕大多數擁有洗選加工設施。與國內相比，澳大利亞煤炭行業具有以下明顯的特點：①工業基礎先進、標準高；②本地人力資源不足，人力成本極高；③安全、環境和職業健康標準高、要求嚴。

1.2 選煤廠建設及運營特點

(1)工藝簡單。由于澳大利亞開采煤炭的種類相對較少，選后產品用戶范圍較窄(絕大部分面向火力發電和冶金行業，且以亞太市場為主)，因此煤炭產品種類比較單一，且以<50 mm的混煤為主，加之受北美洲選煤技術的影響，洗選工藝一直比較簡單，且大部分選煤廠以有壓兩產品重介質旋流器分選50～2 mm粗粒煤為主，輔以螺旋分選機、TBS或RS分選粗煤泥，部分煉焦煤選煤廠配有浮選槽或浮選柱分選細煤泥[4]。跳汰機、塊煤重介分選機還在部分老廠使用。另外，除部分新建廠外，細煤泥經濃縮處理后直接排棄。浮選精煤脫水方法以帶式壓濾機和帶式(或盤式)真空過濾機為主，沉降過濾離心機應用較少。

(2)系統簡單。洗選系統大多為單線系統(特大型廠的洗選系統為平行多線)；初級破碎和煤泥水濃縮系統不設置備用；新建項目一般僅設露天毛煤儲存設施，容量大且無需配煤設施；由于氣候溫暖，無需采暖設施。澳大利亞近年新建的處理能力為1 800 t/h的Mangoola選煤廠系統布置如圖1所示。

(3)高效可靠。系統的高可靠性主要體現在較長的年運行時間和有效利用率。近年來，澳大利亞選煤廠在設計過程中普遍采用7 000～7 200 h/a作為“年運行時間”的基礎設計指標，相當多的選煤廠實際運行時間可以達到7 500 h，甚至更多，明顯高于國內水平。另外，實際運營管理中還采用“有效利用率(實際生產運行時間與可使用運行時間之比)”作為衡量選煤廠自身建設和管理水平的指標。目前澳洲新建選煤廠的“有效利用率”大多在90%以上。其中，實際生產運行時間是指滿負荷生產的運行時間；可使用運行時間是指日歷時間(24 h×365)扣除法定停產假日(24 h×2)、計劃性檢修時間(700～800 h/a)和外部非計劃影響時間[5](源自煤礦和運輸銷售等外部因素，約占5%)。

圖1 Mangoola選煤廠鳥瞰圖Fig.1 A bird′s-eye view of Mangoola Coal Preparation Plant

(4)運營成本低。一般選煤廠工藝為：重介質旋流器分選+螺旋分選機分選+尾煤機械脫水，通過分析其直接成本可知，維修保養(約占35%，包括備品備件)、人工(約占20%)和電費(約占25%)是構成成本的三個主要部分。由于近年來礦業行業不景氣，人力成本大幅降低，近期選煤廠的運營成本有所降低。據初步統計，根據規模、工藝和設備配置不同，澳大利亞選煤廠的直接運行成本在噸原煤2～6澳元之間，以3～4澳元居多[6]。

(5)用人少。通過提高系統和設備的自動化程度，澳大利亞選煤廠基本實現了現場無人值守。此外由于設備定期檢修維護、煤質化驗、清理保潔等工作全部專業化外委完成，因此實現了最大限度減少員工數量的目的。近年新建選煤廠的員工數量一般可以控制在30人以下，包括管理人員(Staff)五六人(一般包括經理、工程師、主管等)，操作人員(Operator)20～24人(四班，每班五六人，兩上兩休，每班12 h)。操作人一般分為班長、集控操作工、原煤堆場和產品堆場巡視兼推土機司機、電氣值班及機動人員等(有的選煤廠與煤礦合用電氣值班人員)。操作人員通常一專多能，負責小型日常保養和小型故障維修。如果配置全自動堆取料設備，則所需操作人員更少。

2 提高可靠性和效率的途徑

經多方調查交流，澳大利亞同行提高選煤廠的系統可靠性和運行效率，所采用的主要手段和有效做法如下：

2.1 扎實可靠的原煤煤質預測和前期基礎工藝設計

由于中澳文化和思維方式不同，發展水平各異，導致兩國對待工程設計的指導思想也有很大差異。與國內選煤廠設計建設過程要求速度快、投資省，重點著眼于項目投產初期的適應性、未來運營發展講究“隨機應變、不斷調整”的做法不同，澳大利亞選煤廠的設計建設和運營更注重“計劃性、長遠性”，并著眼于全區域原煤數質量測算和全壽命建設運營過程的經濟技術測算，追求目標為設計方案“零失誤”、建設期“零變更”、全壽命“零改造”、“傻瓜式”運營管理，因此前期勘探及設計投入高、時間長。具體措施包括以下四方面：

(1)勘探階段小鉆孔密度高、數據全、準確度高，大鉆孔數量多、煤質化驗分析項目齊全、篩分浮沉數據量大、覆蓋面廣，確保全壽命可選性分析的充分性與準確性，并為選煤建模奠定基礎。

(2)充分利用專業軟件，進行地質建模、煤質建模和可選性模擬計算，多工藝、多產品、全礦區、全壽命的完全采用計算機精確模擬、優選，確保選定工藝最優，與實際煤質吻合度高。

(3)以計算機模型為基礎，煤礦生產接續方案和洗選加工工藝設計協調配合，原煤開采和洗選加工詳細計劃到月、周，各種潛在工藝問題提前采取應對方案，提高設計與實際的匹配性。

(4)洗選工藝模擬計算依靠專業計算機軟件，進行全區域、全壽命、大量數據的工藝建模和各環節的適應性驗算，并在適當參考經驗系數的基礎上確定工藝參數和設備選型。與國內以往采用的“代表性篩分浮沉數據校正+一次性工藝計算+不均衡系數或經驗調整”的設計方法[7]相比，工藝計算的可靠性更高、適應性更強。按照以上方法完成設計的選煤廠一般可實現對資源質量波動和市場變化的高度適應，全系統無瓶頸、無薄弱環節，不存在“頻繁改造、不斷消缺”的問題。

2.2 簡單、可靠、高效的工藝選擇

工藝選擇不重點追求高回收率、高工藝效率。粗粒煤基本只選用有壓兩產品重介質旋流器分選工藝，不分級入選。其優勢如下：

(1)單一粒級、產品種類少，大大地簡化了篩分破碎系統、原煤和產品物料運輸轉載系統的配置。

(2)無大塊物料，大幅減少了堵、砸、卡、濺、損等物理性故障的發生幾率。

(3)更易實現完全自動化，且全封閉，運轉部件少，跑冒飛濺少。

(4)細煤泥脫水以簡單、高效和全自動為首要前提，很少選用板框壓濾機、加壓過濾機等系統復雜、需要專人操作監控的工藝。

2.3 簡化系統布置和廠房布置

系統和廠房布置不強調布置規整、車間敞亮、美觀大氣，具體表現在以下方面：

(1)系統布置最大程度簡化，拒絕不必要的轉載和物料二次倒運，以減少故障點和操作人員，降低成本。

(2)車間布置簡單靈活，最大限度減少廠房體積、管路長度，降低建設投資和運行成本。具體做法包括：①多模塊的廠房多采用單模塊獨立布置，避免了多模塊平行并聯布置時物料分配、收集、轉載困難的問題，降低廠房高度；②由于操作人員少，廠房內設備布置在滿足安全和檢修需要的前提下盡量緊湊，降低廠房高度、管路長度，縮小廠房體積；③煤泥水濃縮澄清系統全地上布置，且緊鄰洗選車間，減少管路長度和故障風險；④利用氣候優勢，在滿足環境要求的前提下，部分泵類、管路、輔助設施和驅動裝置露天布置，便于維修，且可縮小廠房體積。

2.4 設備大型化、優質化、自動化和高可靠性

為了把握好初期投資和后期成本的平衡關系，設備性能從以下幾方面保證：

(1)設備大型化，減少設備數量，簡化系統，減少故障點。目前澳大利亞已經投入生產運營的最大能力的單套重介質旋流器分選系統，其設計能力已經達到1 200 t/h，具體配置見表1[8]。

(2)選用最好的設備和材料，建設標準高，提高硬件系統的可靠性，基本不設置備用環節(如煤泥水濃縮、脫水系統等)。

(3)通過各種途徑提高系統的自動化程度，減少所需操作人員數量。

2.5 原煤和產品儲存能力充足

原煤和產品煤的總儲量一般至少達到2～3周的正常生產量(普遍可以達到4～5周)，且每個產品煤一般不少于一船的儲存量(13～14萬t)。無論對于前方的煤礦，還是后方的鐵路、碼頭、船運和銷售來說，緩沖能力均足夠大，選煤廠生產組織的自主性和靈活度足夠高，可以實現長時間連續運轉、計劃集中檢修，極大地減少了因系統起停車、工藝轉換、檢修不充分等帶來的系統故障，提高了利用率和工效。

表1 澳大利亞近期最大能力單一洗選系統主要工藝設備配置表

2.6 優化原煤儲存設施，簡化堆場堆取料工藝

隨著露天煤礦和選煤廠運行可靠性的提高，以及生產計劃和調度水平的提升，近年澳大利亞露天煤礦新建配套選煤廠的原煤儲存環節已經由以往的篩分破碎后原煤儲存改為初級破碎前的毛煤儲存。通過協調采坑生產計劃和運煤卡車均衡調度，并輔以推土機和輪式裝載機的倒運配合，在最大限度地減少毛煤二次倒運的同時，實現煤礦與選煤廠產能的匹配，同時在原煤入選前設置緩沖倉確保洗選系統的負荷平穩。這樣原煤堆場的工藝可大大簡化，受煤及篩分破碎系統的設計能力也大幅降低。

此外，澳大利亞普遍選用露天堆場作為物料儲存的設施，除具有容量大、管理方便等優點外，通過合理選擇堆取料工藝和設備，還能簡化儲煤場工藝，大幅降低建設投資和運行成本。與國內經常選用的大型圓筒倉相比，不僅具有能耗低、故障率低、自動化程度高、運行維護簡單等優點，還克服了大規模筒倉群所固有的配倉和集料困難、運行維護成本高等難題。另外，通過合理選用卸料車式架空棧橋、犁式卸料器式架空棧橋、單點固定式懸臂卸料棧橋、簡單旋轉式懸臂卸料棧橋、行走式懸臂堆料機等各類簡化的堆料設施，配合選用漏斗+膠帶隧道式取料、推土機+鏈板給料機式取料、門橋式取料機等不同取料工藝，可以彌補以往傳統斗輪式堆取料機投資大、運行維護成本高的不足[9]。

2.7 實行社會化、專業化服務，簡化管理流程和機構

在澳大利亞，礦業企業經營原則堅持以安全、健康、環境(以下簡稱安健環)依法合規為基礎，以經濟效益最大化為中心，實行社會化、專業化服務，采用現場經理直接責任考核制管理模式，使選煤廠經營管理實現了以下目標：

(1)以經濟效益為中心，撤掉所有與生產運營無關的崗位、機構，不做任何與生產無直接關系的工作。

(2)能外委的專業化服務自己堅決不做，自己無能力做好的專業技術工作自己堅決不做。例如：衛生保潔、餐飲福利、煤質化驗、儀器儀表維護校驗、工控自動化系統維護等。

(3)能租賃的通用設備自己堅決不購置，更不進行管理。例如：運輸車輛、叉車、吊車、小型裝載機等。

(4)檢修維護基本上實行專業化外包服務，配件材料根據情況自備或外委。非標及總成由外委商在工廠內加工裝配并運輸到現場更換，更換下的設備返廠或專業化維修。不勉強維持運轉、現場修補、現場加工和現場維修?，F場日常維護僅限于臨時更換托輥、篩板、耐磨件等超出計劃預期的小型部件更換。

(5)執行強制性計劃檢修，大型部件(包括溜槽、管道、膠帶等)、易損件、消耗件全部定期強制更換。

2.8 重視細節、配置周全、設計人性化

澳大利亞選煤同行在多年經驗積累和革新創造的基礎上，探索發明出很多實用、有效的新工藝、新技術和新方法，力求減少故障點、提高運行效率和減少維護成本。主要包括：

(1)配置周全的膠帶機。運輸故障是選煤廠常見且高發的日常故障，維修費時耗力。在膠帶運輸系統中各類清掃器、防偏裝置、防護罩等，配套設施配置周全；驅動裝置全落地易操作；高分子材料的接煤槽，用戶按需訂制質量輕、不生銹、光滑、易沖洗；各類高效的導料槽可升降、輕量化，能快速更換調整等。

(2)精細設計的溜槽。溜槽設計問題易被忽視，但其故障率高、維護量大。動態模擬設計的弧形或異形溜槽確保煤流不跑偏、不沖擊膠帶、煤流速度可有效控制、減少噪聲和粉塵[10]；設計高質量的翻板和平板閘門、物料調節機構等，以達到高效、靈活；同時，設計制造還要考慮快速、整體更換的需要。

(3)精細設計的防跑、冒、飛濺措施。采用高效實用的沖洗水集料和清理設施，并配置單人操作的小型鏟、裝、推機械，提高跑冒漏的清理效率。

(4)光控人性化照明。集中自動光控、高質量的燈具；人性化的燈桿設計和燈位設置，實現單人不離地燈具更換。

(5)全自動、無人值守的配電室。配置全套氣體監測、通風降溫、自動滅火裝置；采用E-House全模塊式配電室、智能MCC，確保電氣故障極低。

(6)自動加介系統。介質粉散裝運輸，直接排到坑中，設自動沖水裝置，輔以小型鏟車。

(7)檢修通道、起吊運輸設備和工器具等考慮周全、實用，產品質量好。包括優質的天車，廣泛設置的起吊梁、滑車和軌道；所有設備和大型部件考慮天車或叉車可到達；小型部件考慮液壓升降機或平板車、人工升降平臺可到達。

2.9 及時應用新技術，提高系統自動化控制程度

應用新技術、新科技，提高系統自動化程度，主要實現了: ①集控系統遠程維護和監測；②操作管理人員無線移動監測和信息共享；③設備遠程狀態監測和分析報警，并實現專業化管理；④儲煤場和配煤系統管理；⑤堆取料機和裝車站的自動控制；⑥交接班系統管理[11]；⑦移動式車輛的GPS定位和管理。

2.10 人員的一專多能和高效的管理手段

為了實現選煤廠高效穩定的運營，減人提效是基礎，要求為數不多的管理人員、專業經理和技術人員必須經驗豐富、專業過硬且綜合素質高，運行人員要達到高素質和一專多能。另外，日常管理中需要配置各類計算機輔助管理軟件的全面支持，包括：人力資源、安健環、生產信息管理、考勤及工資、設備物資管理等方面，并與前述各種自動化監控系統實現數據融合和功能整合，切實提高工作效率。

3 結論和建議

雖然中澳之間氣候、地理等條件迥異，工業發展水平和技術標準及理念差距明顯，導致上述很多澳大利亞成功經驗不能在國內推廣應用，但通過對中澳現實情況的初步對比分析，筆者認為以下理念或做法值得國內同行在實踐中思考和借鑒。

3.1 “三個觀念”需要轉變

(1)選煤廠可以實現無人值守。人員值守并不能減少故障的產生；與機器智能化相比，人相對不可靠。

(2)專業化管理，只做自己最擅長的部分。外委并不一定意味著成本高，合理的專業化外委是降本增效的有效途徑；“大而全”的模式早已不適合現代工業企業。

(3)高效的選煤廠需要高素質的員工、高素質的員工需要高待遇。這是調動基層進行減人提效積極性的根本，也是確保高產高效模式得以持續的基礎。

3.2 設計規范和整體工業水平限制了項目技術水平的提升

就選煤廠的設計建設來說，中澳之間的技術標準和習慣做法有很大的差距。中國有行業協會編制、政府正式頒布的設計規范和相關標準，具有權威性和強制性，在執行過程中不得違背。然而，澳大利亞政府除了頒布強制執行的安健環類規范和標準外，無嚴格的行業設計規范，只有專業協會編制的相關指導意見或業主編制的企業標準，在執行過程中相對寬松。此外，現行規范中一些關鍵條款的差距也非常明顯，主要內容可見表2。如此以來，嚴格按照設計規范執行，雖然可以保證選煤廠設計建設成果的穩妥可靠，但也容易導致設計思維固化、難于超越、不利創新，使行業技術發展往往依賴于行業規范的升級。而澳洲選煤廠建設中則沒有這一羈絆，業主和設計方可爭相技術創新，不斷優勝劣汰，促進行業水平的不斷提高。

另外，中澳之間基礎工業發展水平的現實差距，也是制約國內選煤廠建設質量的一個因素。以設備和材料的質量為例，澳洲供應商主要集中在少數幾個大品牌旗下，產品的技術含量高、質量過硬。而國內供應商繁多、質量良莠不齊，加之低價競爭成風、嚴格的質量責任追究機制不靈，因此要做到項目全面優質高效往往需要付出更大的努力。

3.3 選煤工藝設計方法和理論的創新

國內選煤工藝設計方面已經多年沒有質的改進，需要充分利用計算機輔助設計技術的發展成果，開發或引進部分專業化建模和擬合軟件，提高對勘探數據和煤質數據的分析深度和廣度及工藝設計的深度，降低理論設計與實際生產的差距。

此外，國內僅采用調整校驗后的單一代表性篩分浮沉資料進行工藝計算，不考慮資源賦存復雜程度和實際生產中多種變化因素的影響，僅僅根據不均衡系數對各環節能力進行確定的方法已經落后于當前計算機輔助計算的進步步伐，亟需理論創新和實踐改進。

表2 中澳選煤廠設計規范(或一般做法)關鍵條款對比表

3.4 值得國內同行集中精力、潛心研究和攻關的課題

(1)溜槽非標設計。這涉及到物料的動態分析，耐磨材料的選取，圓弧及異形溜槽、高分子篩下漏斗、高分子溜槽、快速更換溜槽的人性化設計等。

(2)膠帶機附件的研究。研究內容包括高分子防護罩及密封罩、輕質及易維護導料槽、高效清掃器、各種高效及易維護防塵、防灑煤接煤裝置等。

(3)自動介質運輸儲存添加設施的應用。要求添加可靠，減少人力操作。

(4)優質重載膠帶機卸料車的開發。開發目的是代替煤倉上及其他需要多點卸料場合的重型刮板機，以降低投資、功耗和故障率。

(5)低造價大型封閉式儲煤場的研究開發。目標是代替國內常見的混凝土筒倉，增加儲存能力，簡化配倉工藝，降低能耗和維護難度。

(6)簡易式堆取料設施的開發。以此配合大型儲煤場建設、定做設計，降低造價，并便于制造安裝和維護。

參考文獻：

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