內蒙古新街礦區四座大型選煤廠設計分析

陸寶成

(中煤科工集團南京設計研究院有限公司，江蘇 南京 210031)

新街礦區位于國家大型煤炭基地——神東煤炭基地內的東勝礦區，行政區劃隸屬鄂爾多斯市伊金霍洛旗。2010年8月，國家發改委以發改能源[2010]1911號文件形式批復了新街礦區的總體規劃，該礦區共規劃有5對礦井，礦井總設計能力為49 Mt/a，各礦井均配套建設選煤廠。目前，除滿來礦井尚未開發外，其余4對礦井均已獲得國家發改委核準，其中，配套的察哈素選煤廠、爾林兔選煤廠已經建成，紅慶河選煤廠、馬泰壕選煤廠已經開工建設。由于4座選煤廠分別屬于不同的業主，其產品定位、設計理念、建設模式各具特色，對4座選煤廠的設計進行對比分析，總結了其中的成功經驗和不足教訓，以期為周邊礦區大型和特大型選煤廠的設計優化與工藝改進提供一定的積極借鑒和有益參考。

1 選煤廠概況

1.1 察哈素選煤廠

察哈素選煤廠隸屬于國電建投內蒙古能源有限公司察哈素煤礦，是一座設計能力為10 Mt/a的礦井型動力煤選煤廠。察哈素煤礦前20 a主要開采3-1煤、2-2上煤，煤種以不粘煤為主，含有少量長焰煤。入選原煤灰分為13.42%，其中0～25 mm粒級原煤含量為63.46%，灰分為11.21%；25～200 mm粒級原煤含量為36.54%，灰分為17.26%。

察哈素選煤廠是煤電一體化項目的子項目，該選煤廠的末煤產品主要供給布連電廠，作為發電廠的原料煤，塊煤產品通過鐵路運至河北省銷售。布連電廠一期裝機容量為2×660 MW，需要原料煤3.14 Mt/a；二期計劃裝機容量為2×660 MW，兩期共需原料煤6.28 Mt/a。目前，該電廠一期工程已經建成，二期工程尚未建設。

根據原煤煤質特征和市場定位，確定察哈素選煤廠的產品定位。該選煤廠的產品主要分為兩種，即末煤和塊煤，其中末煤粒度在0～25 mm之間，Qnet,ar≥20.92 MJ/kg，作為布連電廠的原料煤；塊煤粒度在25～200 mm之間，Ad≤8%，Qnet,ar≥23.01 MJ/kg，作為化工用煤或動力煤。

1.2 爾林兔選煤廠

爾林兔選煤廠隸屬于內蒙古匯能集團爾林兔煤礦，是一座設計能力為8 Mt/a的礦井型動力煤選煤廠。爾林兔煤礦前20 a主要開采2-2上煤、2-2中煤，煤種以不粘煤為主，其次為長焰煤。入選原煤灰分為13.36%，其中0～13 mm粒級原煤含量為47.10%，灰分為11.51%；13～150 mm粒級原煤含量為52.90%，灰分為15.01%。

該選煤廠產品的目標市場為悖牛川煤電煤化工基地內的煤制天然氣項目，其也屬于內蒙古匯能集團。在煤制天然氣項目建成投產前，該選煤廠的塊煤全部地銷給附近的煤化工企業，作為化工用煤或工業鍋爐用煤，部分大塊煤作為民用煤；在塊煤地銷不暢時，將其破碎至<50 mm，作為動力煤銷售；末煤作為優質動力煤銷售。

依據原煤煤質特征，結合產品的目標市場和周邊企業的產品需求，該選煤廠的產品定位為：洗大塊(粒度在80～150 mm之間，Ad≤8%，Qnet,ar≥23.01 MJ/kg)，作為化工用煤或工業鍋爐用煤或民用煤；洗中塊(粒度在25～80 mm之間，Ad≤8%，Qnet,ar≥23.01 MJ/kg)，作為化工用煤或工業鍋爐用煤；洗小塊(粒度在13～25 mm之間，Ad≤8%，Qnet,ar≥23.01 MJ/kg)，作為化工用煤或工業鍋爐用煤；末煤(粒度在0～13 mm之間，Qnet,ar≥23.01 MJ/kg)，作為優質動力煤[1]。

1.3 紅慶河選煤廠

紅慶河選煤廠隸屬于內蒙古伊泰廣聯煤化有限責任公司，為礦井型動力煤選煤廠，設計能力為15 Mt/a。紅慶河煤礦前20 a主要開采3-1煤，煤種以不粘煤為主，含有少量長焰煤。入選原煤灰分為13.33%，其中0～13 mm粒級原煤含量為55.14%，灰分為12.43%；13～200 mm粒級原煤含量為44.86%，灰分為14.44%。

該選煤廠產品的目標市場主要為自治區內煤化工企業、區內電廠及東南沿海電廠，塊煤作為化工用煤或民用煤地銷，地銷不暢時將其破碎至<50 mm，作為優質動力煤銷售；末煤作為普通動力煤銷售。

根據該選煤廠的市場定位和周邊市場需求，確定的產品定位為：塊煤(粒度在13/25/50～200 mm之間，Ad≤8%，Qnet,ar≥23.01 MJ/kg)，作為化工用煤或民用煤；末煤(粒度在0～13/25/50 mm之間，Qnet,ar≥20.92 MJ/kg)，作為普通動力煤；混煤(粒度在0～50 mm之間，Qnet,ar≥23.01 MJ/kg)，作為優質動力煤。

1.4 馬泰壕選煤廠

馬泰壕選煤廠隸屬于內蒙古鄂爾多斯永煤礦業投資有限公司，為礦井型動力煤選煤廠，設計能力為8 Mt/a，項目分兩期建設，一期設計能力4 Mt/a。馬泰壕煤礦前20 a主要開采3-1煤，煤種以不粘煤為主，含有少量長焰煤。入選原煤灰分為11.86%，其中0～13 mm粒級原煤含量為59.21%，灰分為10.28%；13～100 mm粒級原煤含量為40.79%，灰分為14.15%。

該選煤廠產品的目標市場為5 km外的新街工業園，園區內的煤化工項目包括綠色噴吹料項目、煤焦油深加工項目、焦油加氫項目、煤氣制甲醇等項目。該選煤廠的塊煤、末煤產品經皮帶直接運給工業園區內的煤化工企業，當產品有剩余時可以通過園區內的鐵路專用線裝車外運。在工業園建成前，塊煤、末煤產品全部地銷。

根據馬泰壕選煤廠的產品市場定位和附近的煤炭市場情況，確定的產品定位為：洗中塊(粒度在25/30～100 mm之間，Ad≤6%)，作為煉制半焦(蘭炭)用煤；洗小塊(粒度在13～25/30 mm之間，Ad≤6%)，作為化工用煤；混煤(粒度在0～13 mm之間，Qnet,ar≥18.83 MJ/kg)，作為動力煤。

2 設計對比分析

2.1 原煤準備系統

(1)察哈素選煤廠的原煤采用3個φ30 m的圓筒倉儲存，總容量為8.40萬t。篩分、破碎車間位于原煤倉后，這樣可以有效緩解主斜井提升能力與選煤廠生產能力之間的不均衡問題。原煤經篩分、破碎處理后，被分成0～25 mm 和25～200 mm兩個粒級。

(2)爾林兔選煤廠的原煤采用2個φ30 m的圓筒倉儲存，總容量為5.60萬t。為了防止少量粒度>300 mm的特大塊煤進入原煤倉，砸壞倉壁或卡堵倉口，將篩分、破碎車間設置在原煤倉前；篩分、破碎車間設計了雙系統，將原煤分成0～150 mm和>150 mm兩個粒級；原煤的13 mm分級系統設置在主廠房內。

(3)紅慶河選煤廠的原煤采用3個φ30 m的圓筒倉儲存，總容量為9萬t。篩分、破碎車間也位于原煤倉后，且設置了兩級篩分環節，一級篩分環節的篩孔尺寸為200 mm，二級篩分環節的篩孔尺寸為13 mm，原煤被分成0～13 mm和13～200 mm兩個粒級。

(4)馬泰壕選煤廠的原煤采用3個φ22 m的圓筒倉儲存，總容量為3萬t。篩分、破碎車間同樣位于原煤倉后，目的是有效緩解主斜井提升能力與選煤廠生產能力之間的不均衡問題。篩分車間設置了兩級篩分環節，一級篩分環節的篩孔尺寸為100 mm，二級篩分環節的篩孔尺寸為13 mm，原煤被分成0～13 mm和13～100 mm兩個粒級。

2.2 選煤工藝

四座選煤廠的塊煤分選系統均采用淺槽重介分選工藝，末煤系統有的預留了位置，有的已建設運行，有的一次統籌設計、分期實施。四座選煤廠的選煤工藝對比結果見表1。

表1 四座選煤廠的選煤工藝對比結果

注:“-”表示目前沒有設置相關工藝。

(1)察哈素選煤廠的末煤不經洗選即可滿足布連電廠的用煤要求，而塊煤需經長途運輸至河北省銷售。為了節省初期投資，該選煤廠建設了塊煤洗選系統，并預留了末煤洗選系統的位置和接口；當入選原煤煤質發生變化，不能滿足電廠用煤要求時，再建設末煤洗選系統。原設計25～200 mm粒級塊煤采用淺槽重介質分選機分選，而實際生產中可通過更換原煤分級篩的篩板，將原煤入選粒度下限降低到13 mm。

(2)爾林兔選煤廠的塊煤作為煤化工用煤，末煤作為動力用煤，由于煤化工用煤對煤質要求較高，塊煤洗選系統必須建設。為了節省前期投資，該選煤廠按照塊煤系統、末煤系統一次統籌設計、分期實施的思路建設。2014年塊煤系統建成運行，由于末煤銷售不暢，隨即啟動了末煤系統的建設，2015年末煤系統建成投產。

(3)紅慶河選煤廠的塊煤作為煤化工用煤，末煤作為動力用煤，當煤化工用煤銷售不暢時，將塊煤破碎后作為優質動力煤銷售。由于煤化工用煤對煤質要求較高，且選煤廠計劃生產一部分優質動力煤，將其運至東南沿海電廠銷售。因此，該選煤廠按照塊煤系統、末煤系統一次統籌設計、分期實施的思路建設，先期建設塊煤洗選系統，末煤洗選系統和粗煤泥分選系統暫不建設[2]。

(4)馬泰壕選煤廠的塊煤作為化工用煤，末煤作為動力用煤。由于煤化工用煤對煤質要求較高的原因，塊煤洗選系統必須建設。該選煤廠先設計了塊煤洗選系統，并預留了末煤洗選系統的位置和接口；當末煤銷售不暢時，再建設末煤洗選系統。

2.3 主要設備選型

察哈素選煤廠、爾林兔選煤廠、馬泰壕選煤廠的塊煤分選選用了2套系統，紅慶河選煤廠的塊煤分選選用了3套系統。四座選煤廠的塊煤洗選系統主要設備選型見表2。

表2 四座選煤廠的塊煤洗選系統主要設備選型

注:“-”表示目前沒有布置相關設備。

2.4 產品儲存與外運系統

(1)察哈素選煤廠塊煤產品采用1個φ30 m的圓筒倉儲存，容量為 2.50萬t；末煤產品采用2個φ30 m的圓筒倉儲存，總容量為5.60萬t；此外，該選煤廠還設置了一個容量為300 t的方倉，用來儲存地銷塊煤。塊煤產品既可以地銷，又可以通過火車外運；末煤產品既可以給電廠，又可以通過火車外運。

(2)爾林兔選煤廠的塊煤產品倉為兩排并列布置的方倉，總容量為1.20萬t，用來儲存13～25 mm、25～80 mm、80～150 mm三個粒級的塊煤產品。末煤(混煤)產品采用2個φ30 m的圓筒倉儲存，總容量為5.60萬t。塊煤產品地銷，在地銷不暢時將其破碎成混煤產品；末煤(混煤)產品既可以地銷，又可以通過火車外運。

(3)紅慶河選煤廠的地銷煤倉為兩排并列布置的方倉，總容量為6 600 t；產品倉為4個φ30 m的圓筒倉，總容量為12萬t。塊煤和末煤產品既可以進入地銷煤倉就地銷售，又可以進入產品倉通過火車外運。

(4)馬泰壕選煤廠的塊煤產品倉為兩排并列布置的方倉，總容量為1.70萬t，采用滑坡入料，用來儲存13～25/30 mm、25/30～100 mm兩個粒級的塊煤產品。混煤產品采用3個φ21 m的圓筒倉和一個φ110 m的球形儲煤場儲存，總容量為13 萬t。塊煤和混煤產品前期采用汽車外運，后期通過皮帶運往新街工業園。

3 主要經驗與設計建議

3.1 主要經驗

(1)由于煤化工用煤對塊煤的灰分、粒度要求較高，新街礦區的塊煤需要洗選；如果末煤就近供給電廠使用，可以不洗選；如果塊煤、末煤運至東南沿海地區銷售，則都需要洗選。在礦井沒有出煤前，由于缺乏準確的煤質資料，可以考慮塊煤系統、末煤系統一次統籌設計、分期實施的設計思路，先期建設塊煤洗選系統，在礦井投產后再根據原煤煤質和市場情況，論證末煤系統的建設方案。

(2)在總平面布置過程中，篩分車間宜布置在原煤倉后。對于主斜井來說，這樣可以有效緩解主斜井提升能力與選煤廠生產能力之間的不均衡問題；如果篩分車間設備發生故障，由于原煤倉的緩沖作用，不會立即影響礦井生產。此外，篩分車間一般將原煤分成0～13 mm和13～200/150 mm兩個粒級，這兩個粒級原煤直接進入主廠房洗選，可以降低塊煤破碎率。

(3)新街礦區的塊煤采用淺槽重介質分選機分選、末煤采用重介質旋流器選是合理的，該技術成熟可靠，對原煤煤質和市場適應性強，在鄂爾多斯地區應用廣泛。新街礦區的原煤水分較高，采用香蕉篩分級時，塊煤與末煤的分級粒度宜選擇13 mm。在實際生產中，可以通過更換原煤分級篩的篩板，調整塊煤入選粒度下限和入選量[3-4]。

(4)產品定位要準確，產品結構設置要合理，經濟效益盡量最大化。末煤用來發電可以減少制粉的費用，塊煤供給煤化工企業銷售價格較高[5]。在條件允許的情況下，應該細分塊煤市場，將塊煤分成洗大塊(80～150 mm粒級)、洗中塊(25～80 mm粒級)、洗小塊(13～25 mm粒級)三種產品，根據市場需要分別銷售；同時設置破碎環節，在塊煤銷售不暢時，將其破碎成混煤。

(5)產品外運方式和目標用戶要綜合考慮。塊煤分成多個產品銷售，一般直接對接用戶，只需考慮地銷即可。由于特大型選煤廠的塊煤產量大，很難實現多個產品的細分，一般13/25～150/200 mm粒級塊煤直接對外銷售，銷售終端為港口或中間商，既要考慮汽車外運，又要考慮火車外運；混煤(末煤)產品也要考慮汽車外運和火車外運。生產能力在5 Mt/a以上選煤廠的產品鐵路外運，宜采用快速定量裝車站，其裝車效率高，產品外運量大。

(6)對于煤電一體化項目和煤化工一體化項目，可以考慮將選煤廠與電廠、煤化工企業的工業廣場相鄰布置，共用儲存設施，減少儲煤倉的基建投資。φ30 m的圓筒倉儲量大、單位體積造價低、占地小，在特大型選煤廠設計中可以考慮選用。塊煤倉宜選用小直徑的圓筒倉或并排布置的方倉，并考慮設置防碎設施；塊煤倉下方設置汽車裝車閘門，兼具儲存和地銷的功能。

3.2 設計建議

(1)在設計察哈素、紅慶河、爾林兔三座選煤廠的施工圖時，馳張篩在鄂爾多斯地區選煤廠中應用不多，業主對其可靠性和細粒煤篩分效率存有置疑，故沒有以馳張篩作為原煤分級設備。隨著馳張篩在鄂爾多斯地區的推廣與應用，新建選煤廠可以考慮以其作為原煤分級設備，以降低塊煤系統的原煤分選粒度下限，增加原煤入選量[6]。如果塊煤入選不能滿足市場要求，再進一步論證末煤入選的建設方案，目前選煤行業提出的末煤脫粉入選方案有很多優點[7-10]，可以進行深入研究。

(2)察哈素選煤廠、爾林兔選煤廠均設計有鐵路快速裝車站，但由于建設嚴重滯后，在選煤廠建成后鐵路外運系統尚未形成，產品只能通過汽車外運銷售。建議在選煤廠設計中密切關注鐵路專用線的建設情況，統籌規劃好地銷系統與外運系統的設計，避免選煤廠建成后再對地銷系統進行二次改造與建設。

(3)由于塊煤銷售價格比末煤銷售價格高，在選煤廠設計中，應該注重經濟效益最大化原則，細分塊煤市場，增加塊煤產品種類；優化原煤和產品的篩分、運輸、配倉、存儲、銷售等環節，降低塊煤破碎率。

[1] 戴少康．選煤工藝設計的思路與方法[M]．北京：煤炭工業出版社，2003．

[2] 陸寶成．紅慶河選煤廠設計思路及特點分析[J]．煤炭工程，2016(4):25-27.

[3] 劉 勝，史培寧.淺談動力煤選煤廠的工藝選擇[J]．選煤技術，2011(4):66-67.

[4] 李太友.三座特大型動力煤選煤廠的設計特點分析[J]．煤炭工程，2013,45(7):17-19.

[5] 鄭均笛．對陜北、鄂爾多斯地區動力煤選煤廠產品結構設置的看法[J]．煤炭加工與綜合利用，2013(2):37-38．

[6] 范超群，趙洪宇，紀 龍，等．弛張篩篩分效果影響因素及發展趨勢分析[J]．選煤技術，2013(1):88-90.

[7] 呂宏廣．大柳塔選煤廠脫粉入選與不脫粉入選的比較分析[J]．煤炭工程，2015(2):72-74．

[8] 朱子祺．哈拉溝選煤廠脫粉入洗效益分析[J]．煤炭加工與綜合利用，2015(3):4-7．

[9] 鄭均笛．動力煤脫粉入洗的必要性分析[J]．煤炭加工與綜合利用，2013(6):34-36．

[10] 方慶洲. 淮礦西部公司鄂爾多斯地區選煤廠技術管理實踐[J]．選煤技術，2015(5):55-59.