王家?guī)X煤礦選煤廠工程設(shè)計實踐

陳警衛(wèi)，史培寧，包永紅

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

山西中煤華晉能源有限責(zé)任公司王家?guī)X煤礦選煤廠(以下簡稱“王家?guī)X煤礦選煤廠”)屬于大型煉焦煤選煤廠，是礦井、選煤廠、自備電廠、鐵路專用線四個子項目之一。王家?guī)X煤礦聯(lián)合工業(yè)場地位于山西省河津市固鎮(zhèn)王家?guī)X村西側(cè)，配套選煤廠位于聯(lián)合工業(yè)場地東南側(cè)。2009年5月該選煤廠開工建設(shè)，2013年正式投產(chǎn)，設(shè)計能力為6.00 Mt/a。入選原煤為低中灰(干燥基灰分在12.36%～29.56%之間)、特低硫(干燥基全硫含量在0.27%～0.50%之間)、低磷(干燥基磷含量在0.008%～0.050%之間)、高發(fā)熱量(干燥基高位熱量在29.69～36.33 MJ/kg之間)、中等粘結(jié)性(在64.90～78.40之間)的優(yōu)質(zhì)瘦煤，是寶貴的優(yōu)質(zhì)煉焦配煤；主導(dǎo)產(chǎn)品為10級精煤，也可生產(chǎn)9級精煤和8級精煤，均作為煉焦配煤使用。2012年9月20日配套礦井投產(chǎn)，選煤廠開始帶煤試生產(chǎn)，并一次投料成功，產(chǎn)品數(shù)質(zhì)量指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求，安全設(shè)施穩(wěn)定可靠，符合設(shè)計規(guī)定要求，也滿足現(xiàn)場使用要求。

1 設(shè)計方案

1.1 煤質(zhì)特征

按照GB/T 477—2008《煤炭篩分試驗方法》[1]和GB/T 478—2008《煤炭浮沉試驗方法》[2]對王家?guī)X煤礦選煤廠的原煤粒度組成、密度組成進(jìn)行分析，結(jié)果見表1、表2。

由表1可知：>50 mm粒級塊煤中的矸石產(chǎn)率達(dá)15.60%，因此，應(yīng)該布置塊煤預(yù)排矸設(shè)備；<50 mm粒級原煤中3～0 mm粒級粉煤產(chǎn)率達(dá)26.51%，0.5～0 mm粒級粉煤產(chǎn)率達(dá)16.00%，粉煤含量高，說明原煤的硬度小；在50～0.5 mm粒度范圍內(nèi)，隨著粒度的變細(xì)，各粒級灰分明顯下降；0.5～0 mm粒級原生煤泥灰分低于原煤灰分，說明矸石無明顯的泥化現(xiàn)象。

表1 原煤粒度組成

表2 50～0.5 mm粒級原煤的密度組成

由表2可知：低密度級灰分較低，而產(chǎn)率較高，說明該原煤可洗選出灰分較低的精煤，且其產(chǎn)率較高；當(dāng)浮選精煤灰分從9.00%增加到10.00%時，其產(chǎn)率從約68.50%增加到76.00%，提高7.50個百分點(diǎn)。 浮沉煤泥的產(chǎn)率僅為0.97%，灰分僅為14.54%，這進(jìn)一步說明矸石不易泥化。

50～0.5 mm粒級原煤的可選性曲線(圖1)表明：當(dāng)理論分選密度<1.40 g/cm3時，50～0.5 mm粒級原煤的可選性等級為極難選；當(dāng)理論分選密度為1.50 g/cm3時，50～0.5 mm粒級原煤的可選性等級為中等可選，浮選精煤理論產(chǎn)率為77.39%，灰分為9.54%。

1.2 工藝設(shè)計

王家?guī)X煤礦選煤廠的精煤主要用于冶金，鑒于焦煤資源的稀缺性，應(yīng)該合理開發(fā)并充分利用這部分資源。在保證洗選產(chǎn)品質(zhì)量滿足市場要求的前提下，遵循企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益最大化原則，選擇先進(jìn)高效、適應(yīng)性強(qiáng)、靈活方便、回收率高的分選工藝。最終確定的選煤工藝(圖2)為：>50 mm粒級大塊煤由動篩跳汰機(jī)排矸、0～50 mm粒級原煤預(yù)先脫泥、1～50 mm粒級原煤由兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器主再選、0.25～1 mm粒級粗煤泥由TBS干擾床分選機(jī)分選、0～0.25 mm粒級細(xì)煤泥由微泡浮選柱直接浮選的聯(lián)合工藝。

圖1 50～0.5 mm粒級原煤的可選性曲線

圖2 原煤洗選原則流程

1.3 主要設(shè)備選型

該選煤廠的工作制度為330 d/a、16 h/d，每天兩班生產(chǎn)，一班檢修。在設(shè)備選型過程中，生產(chǎn)系統(tǒng)正常過煤量按1 136.36 t/h計算，原煤倉之前的生產(chǎn)系統(tǒng)最大過煤量按3 000 t/h計算；所選設(shè)備既能適應(yīng)精煤灰分降低到9%的情況，又能適應(yīng)精煤灰分提高到10%的情況。該選煤廠的主要設(shè)備選型見表3。

表3 主要設(shè)備選型

1.4 總平面布置

該選煤廠的主要單位工程包括原煤倉、原煤準(zhǔn)備車間、主廠房、濃縮車間、產(chǎn)品倉、矸石倉、快速裝車站等，根據(jù)廠區(qū)地形和總體規(guī)劃，對各單位工程進(jìn)行布置。原煤倉、原煤準(zhǔn)備車間、主廠房、產(chǎn)品倉四個單位工程的布置情況為：

(1)原煤倉。原煤倉為3個φ30 m的圓筒倉，單倉容量為3.50萬t，總?cè)萘繛?0.50萬t，每個煤倉下均布置有16個給煤漏斗和10臺大型帶式給料機(jī)。

(2)原煤準(zhǔn)備車間。原煤準(zhǔn)備車間采用鋼框排架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)尺寸為51 m×16 m×27 m，布置有兩套平行的預(yù)先分級、檢查性手選、動篩排矸與破碎等系統(tǒng)。準(zhǔn)備車間配備有檢修用電動單梁起重機(jī)和手拉葫蘆，起重質(zhì)量為5 t；此外，為了防止煤塵擴(kuò)散，該車間配備有除塵系統(tǒng)。

(3)主廠房。主廠房采用鋼結(jié)構(gòu)、混凝土樓板形式，能夠有效避免純鋼構(gòu)的振動和采暖問題；根據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)功能的不同和生產(chǎn)管理需要，整個主廠房自西向東分為脫泥和重介主再選、TBS分選和浮選、浮選精煤壓濾等三個區(qū)域。主廠房內(nèi)所有桶(箱)液位和壓力、分選密度等均為自動控制，PLC控制系統(tǒng)不間斷地監(jiān)控各桶(箱)液位和重介質(zhì)旋流器的分選密度。主廠房的屋面和外墻與原煤準(zhǔn)備車間的相同，均選用厚度為75 mm的天藍(lán)色輕型保溫夾芯彩鋼板，屋面布置有采光帶，采光效果良好。

(4)產(chǎn)品倉。產(chǎn)品倉為5個φ22 m的圓筒倉，單倉容量為1萬t，總?cè)萘繛?萬t；其中4個為精煤倉，1個為中煤倉。

2 設(shè)計特點(diǎn)

2.1 原煤煤質(zhì)預(yù)測準(zhǔn)確

在對原煤煤質(zhì)預(yù)測過程中，考慮了礦井綜采放頂煤開采工藝、竄矸等因素的影響，在鄰近煤礦的原煤煤質(zhì)資料基礎(chǔ)上，對原煤灰分、粒度組成及粉煤含量進(jìn)行科學(xué)預(yù)測，預(yù)測的原煤煤質(zhì)主要指標(biāo)與生產(chǎn)實際情況吻合，如預(yù)測的原煤灰分為22.16%，實際生產(chǎn)中原煤灰分為在21%～25%之間。

2.2 產(chǎn)品定位切合實際

瘦精煤是煉焦配煤中的稀缺資源，應(yīng)用前景良好。該選煤廠的瘦精煤產(chǎn)品定位為10級精煤，這能充分發(fā)揮其中硫含量低的優(yōu)勢。此外，為了滿足特殊用戶的需求，也可生產(chǎn)9級精煤和8級精煤。用戶需求的精煤灰分在9.00%～10.00%之間。

2.3 選煤方法科學(xué)合理

(1)大塊煤預(yù)先排矸，能夠有效提高排矸效率，減少塊煤破碎機(jī)故障，降低矸石泥化程度，減小管道磨損，減輕后續(xù)煤泥水處理系統(tǒng)壓力，從而使生產(chǎn)成本降低。

(2)原煤預(yù)先脫泥，極大地減少了系統(tǒng)分流量，從而使脫介篩和磁選機(jī)的負(fù)荷降低，重介系統(tǒng)的介耗量減少，產(chǎn)品脫介效果得到改善，重介分選系統(tǒng)懸浮液的穩(wěn)定性提高且可控性增強(qiáng)，這有利于提高并穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量[3-5]。

(3)采用有壓兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器作為主再選設(shè)備，懸浮液密度調(diào)整靈活、方便、精準(zhǔn)，有利于提升分選精度，進(jìn)而提高精煤產(chǎn)率。精煤、中煤分選相互獨(dú)立，能夠保證二者的質(zhì)量，且符合最大產(chǎn)率原則。在處理量相同的條件下，旋流器的介質(zhì)循環(huán)總量小，入料壓力低，入料泵能耗低，有利于降低運(yùn)營費(fèi)用[6-8]；此外，該工藝可根據(jù)原煤煤質(zhì)和市場需求靈活設(shè)置兩段的分選密度，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整方便、靈活，任何情況下都能生產(chǎn)出滿足市場需求的精煤和中煤產(chǎn)品。

(4)根據(jù)煤泥的可選性和可浮性，采用TBS干擾床分選機(jī)分選粗煤泥，能夠減少進(jìn)入分選系統(tǒng)的煤泥量。TBS干擾床分選機(jī)的入選粒度范圍寬(在2.5～0.1 mm之間)，處理能力大(可達(dá)到150 t/h)，更適用于分選密度較低的場合；當(dāng)分選密度≤1.60 g/cm3時，其分選精度很高，不完善度在0.10～0.14之間。采用普浮樂浮選機(jī)分選細(xì)煤泥，有利于提高煤泥的選擇性，強(qiáng)化浮選效果，提高浮選精煤產(chǎn)率。

2.4 實現(xiàn)煤泥全部綜合利用

在充分考慮場地地形、高差、風(fēng)向等因素的基礎(chǔ)上，合理、明確劃分礦井、選煤廠、電廠的功能。壓濾煤泥先在壓濾車間旁邊的煤泥棚晾干，再與中煤混合，然后通過帶式輸送機(jī)運(yùn)至王家?guī)X電廠，實現(xiàn)煤泥全部綜合利用，達(dá)到綠色生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目的[9-10]。

2.5 設(shè)備配置大型化、高效化、節(jié)能化

主選重介質(zhì)旋流器選用當(dāng)時國內(nèi)最大型號的兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器，處理能力大，系統(tǒng)布置得以大幅簡化。浮選機(jī)為當(dāng)時國內(nèi)最大直徑的進(jìn)口普浮樂浮選機(jī)，并采用主再選工藝，浮選精煤產(chǎn)率和細(xì)煤泥浮選效果均較高。該浮選機(jī)無運(yùn)轉(zhuǎn)部件，磨損程度和設(shè)備能耗均較低，截粗裝置先進(jìn)、可靠，浮選精煤產(chǎn)率在70%左右。

2.6 車間布置模塊化

主廠房采用大廳式布置，內(nèi)部設(shè)計有三個模塊，分別為重介質(zhì)旋流器主再選模塊、TBS分選模塊、浮選和浮選精煤壓濾模塊[10-11]。將振動幅度較大的設(shè)備集中布置主廠房三層，可以減小設(shè)備振動對結(jié)構(gòu)的影響；主廠房與電控樓的基礎(chǔ)獨(dú)立建設(shè)，能夠減小主廠房內(nèi)設(shè)備振動對電控設(shè)備和儀器的影響。

2.7 綜合自動化程度高

該選煤廠的集控技術(shù)先進(jìn)，自動化程度高，所需崗位工少，工藝參數(shù)顯示明了、直觀；采用智能綜合保護(hù)體系和人/機(jī)界面交互技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)過程的高產(chǎn)、高效和崗位無人值守；實現(xiàn)了設(shè)備分選密度的自動控制、系統(tǒng)自動起停車、事故自動報警、火車快速裝車，汽車裝車集空車稱重、自動裝車、自動加煤、重車過磅、自動打印于一體。

3 結(jié)語

王家?guī)X煤礦選煤廠的工程概算總投資約為10.78億元，工程決算投資約為9.16億元。該選煤廠2013年、2014年、2015年的原煤處理量分別為6.05、7.20、8.00 Mt，平均精煤產(chǎn)率為65%，平均精煤灰分為9.50%，原煤介耗為1 kg/t，平均電耗為7.10(kW·h)/t，各項指標(biāo)均滿足設(shè)計規(guī)范要求，達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。驗收投產(chǎn)后4年的生產(chǎn)實踐表明：該選煤廠的各項工藝指標(biāo)達(dá)到甚至超過了設(shè)計要求，并于2015年獲得煤炭行業(yè)第十七屆優(yōu)秀工程設(shè)計一等獎。

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