納林河二號(hào)選煤廠工藝設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析

齊小豆，包永紅，趙樂田

(1.陜西煤化選煤技術(shù)有限公司，陜西 西安 710100；2.中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054；3.烏審旗蒙大礦業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017399)

納林河二號(hào)選煤廠為納林河二號(hào)礦井的配套項(xiàng)目，位于鄂爾多斯市烏審旗納林河鎮(zhèn)，隸屬于烏審旗蒙大礦業(yè)有限責(zé)任公司，設(shè)計(jì)能力為8.0 Mt/a，屬特大型礦井型動(dòng)力煤選煤廠。200～13 mm粒級塊煤采用淺槽重介分選，13～0 mm粒級末原煤先進(jìn)行6(3)mm脫粉再入選，13～1.5 mm粒級有壓兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選，1.5～0.25 mm粒級螺旋分選機(jī)分選，煤泥采用加壓過濾機(jī)和壓濾機(jī)聯(lián)合回收流程。設(shè)備選擇大型先進(jìn)設(shè)備，廠房階梯型布置、系統(tǒng)分區(qū)清晰、中間轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)少、煤流簡潔、順暢，便于生產(chǎn)管理。目前選煤廠已建成投產(chǎn)，運(yùn)行效果好，給企業(yè)帶來較高的經(jīng)濟(jì)收益[1-2]。該廠的建設(shè)對同類型選煤廠的設(shè)計(jì)與建設(shè)具有一定的借鑒[3-6]。

1 煤質(zhì)特征

納林河二號(hào)礦井采煤方法為綜合機(jī)械化開采方法，主采3-1煤層，該煤層結(jié)構(gòu)簡單，一般不含夾矸。選煤廠工藝設(shè)計(jì)煤質(zhì)資料依據(jù)現(xiàn)場提供的《納林河選煤廠篩分浮沉試驗(yàn)報(bào)告表》，所取煤樣為生產(chǎn)原煤，具有較強(qiáng)的代表性。

1.1 原煤篩分試驗(yàn)

原煤篩分試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 原煤篩分試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Raw coal screen analysis %

由表1可知：

(1)>50 mm粒級的灰分為30.07%，遠(yuǎn)高于原煤灰分19.75%，說明塊煤中含有較多的矸石，可以通過塊煤洗選加工，實(shí)現(xiàn)排矸降灰，優(yōu)化產(chǎn)品煤質(zhì)。

(2)50～0.5 mm粒級組成比較均勻，各粒級占比在10%～18%之間；隨著粒度級的減小，各粒級灰分逐漸減小，這也說明矸石大部分存在于塊煤中。

(3)原生煤泥的灰分為22.85%,比原煤灰分高約3.10%,說明煤質(zhì)具有一定的泥化傾向，在工藝設(shè)計(jì)及設(shè)備選型中應(yīng)給予重視。

1.2 浮沉試驗(yàn)

200～13、13～0.5 mm粒級的原煤浮沉試驗(yàn)結(jié)果見表2。

由表2可知：

(1)浮沉組成均呈“兩頭大，中間小”的分布規(guī)律，中間產(chǎn)物較少，分選難度不大。

(2)<1.4 g/cm3密度級的含量較高，200～13 mm粒級塊煤為63.01%，灰分為4.92%；13～0.5 mm粒級末煤為77.60%，灰分為4.58%，說明理論上可獲得優(yōu)質(zhì)的低灰精煤，且回收率高。

(3)>1.8 g/cm3密度級產(chǎn)率較高，200～13 mm粒級為21.67%，灰分為75.83%；13～0.5 mm為10.88%，灰分為79.87%，說明矸石純度較高。

表2 200～13、13～0.5 mm粒級原煤浮沉試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Float-and-sink analysis data of the 200～13 and 13～0.5 mm raw coal %

2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

結(jié)合地勘報(bào)告，納林河二號(hào)礦井原煤以不黏煤為主，長焰煤及弱黏煤次之，具有低灰分、低水分、中高揮發(fā)分、中高硫分、高熱值-特高熱值、高熱穩(wěn)定性、較低-中等軟化溫度灰、無黏結(jié)性-弱黏結(jié)性等特點(diǎn)。納林河二號(hào)選煤廠產(chǎn)品煤主要作為電力、化工和工業(yè)動(dòng)力用煤，其中電力和工業(yè)動(dòng)力用煤主要供周圍各電廠使用，化工用煤供中煤遠(yuǎn)興能源蒙大工業(yè)園區(qū)和博大實(shí)地化工使用。選煤廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如下：

洗精煤(<50 mm)：Ad<10.50%，Mt<11%，Qnet,ar>25.94 MJ/kg。

混煤：Ad<14%，Mt<14%，Qnet,ar>23.43 MJ/kg。

洗精煤產(chǎn)品可以不破碎，分級成200～80、80～30、30～13 mm三種粒級產(chǎn)品地銷。

3 工藝選擇

經(jīng)過綜合比選各工藝，納林河二號(hào)選煤廠最終采用200～13 mm粒級塊煤淺槽重介分選，13～0 mm粒級末原煤先6(3)mm脫粉再入選，13～1.5 mm粒級有壓兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選,1.5～0.25 mm粒級螺旋分選機(jī)分選,煤泥采用加壓過濾機(jī)和壓濾機(jī)聯(lián)合回收工藝。該廠工藝原則流程如圖1所示。

3.1 原煤準(zhǔn)備系統(tǒng)

300～0 mm粒級的原煤進(jìn)入選前準(zhǔn)備作業(yè)，準(zhǔn)備分級的粒度為200 mm及13 mm，>200 mm粒級破碎后與200～13 mm粒級篩上物混合，200～13 mm粒級塊煤進(jìn)入塊煤洗選系統(tǒng)，也可以破碎至50 mm以下作為旁路原煤產(chǎn)品。<13 mm粒級末煤進(jìn)入末煤洗選系統(tǒng)6 mm脫粉后，13～6 mm粒級末煤進(jìn)行洗選。

3.2 主選系統(tǒng)

(1)塊煤洗選系統(tǒng)：進(jìn)入主選系統(tǒng)的200～13 mm粒級塊原煤先進(jìn)行φ3 mm脫泥，脫除的<3 mm粒級末煤直接進(jìn)入煤泥水處理系統(tǒng)；脫泥后的塊煤進(jìn)行淺槽重介分選；分選出的精煤經(jīng)脫介脫水后既可破碎到<50mm粒級以下的可能性，也可分級成200～80 mm粒級洗大塊、80～30 mm 粒級洗中塊、30～13 mm 粒級洗小塊。

(2)末煤洗選系統(tǒng)：進(jìn)入末煤洗選系統(tǒng)的13～6 mm粒級末原煤先進(jìn)行φ1.5 mm脫泥，脫除的<1.5 mm粒級末煤直接進(jìn)入粗煤泥分選系統(tǒng)中；脫泥后的末煤進(jìn)行有壓兩產(chǎn)品旋流器重介分選；分選出的精煤脫介脫水后作為最終末精煤產(chǎn)品。分選出的末矸石產(chǎn)品與淺槽重介分選的塊矸石摻混后作為最終矸石產(chǎn)品。

3.3 粗煤泥分選系統(tǒng)

粗煤泥分選部分的入料來自末煤分選系統(tǒng)煤泥桶，<1.5 mm粒級脫泥后的篩下水進(jìn)入煤泥桶，煤泥經(jīng)泵打入水力旋流器分級，底流由物料分配箱自流入螺旋分選機(jī)實(shí)現(xiàn)分選，精煤經(jīng)分級旋流器、弧形篩脫水后，進(jìn)入煤泥離心機(jī)最終脫水后成為最終精煤的一部分；分級旋流器底流也可以不經(jīng)過螺旋分選機(jī)分選，直接進(jìn)入弧形篩、離心機(jī)脫水后作為最終產(chǎn)品。尾礦經(jīng)過分級旋流器、高頻篩脫水回收后最為最終矸石產(chǎn)品，分級旋流器溢流、弧形篩及高頻篩篩下水進(jìn)入濃縮機(jī)。

在此，介質(zhì)系統(tǒng)及煤泥水系統(tǒng)不再贅述。

4 設(shè)備選型

根據(jù)工藝原則流程和煤質(zhì)資料進(jìn)行生產(chǎn)過程數(shù)質(zhì)量計(jì)算，通過流程計(jì)算結(jié)果，依據(jù)GB 50359—2005《煤炭洗選工程設(shè)計(jì)規(guī)范》選取不同生產(chǎn)的不均衡系數(shù)，計(jì)算后得出設(shè)備選型臺(tái)數(shù)[7-10]。主要工藝設(shè)備選型見表3。

表3 主要工藝設(shè)備選型

5 地面工藝布置

煤流的走向?yàn)椋旱V井原煤經(jīng)帶式輸送機(jī)運(yùn)至兩個(gè)φ30 m的原煤倉內(nèi)，原煤倉總?cè)萘繛?萬t，原煤經(jīng)倉下帶式輸送機(jī)運(yùn)至準(zhǔn)備車間，在準(zhǔn)備車間進(jìn)行篩分破碎處理后的塊、末原煤分別由兩條帶式輸送機(jī)運(yùn)至主廠房，塊煤進(jìn)行洗選加工后運(yùn)至產(chǎn)品倉，末煤與洗選后的洗末煤及煤泥混合后也運(yùn)至產(chǎn)品倉，產(chǎn)品倉為4個(gè)φ30 m的圓筒倉，總?cè)萘繛?0萬t，其中兩個(gè)為<13 mm粒級末煤倉，一個(gè)為塊精煤倉，一個(gè)為<50 mm粒級化工用洗精煤倉。倉下設(shè)兩條(帶寬為2 000 mm)帶式輸送機(jī)運(yùn)至產(chǎn)品倉轉(zhuǎn)載點(diǎn)，通過火車裝車站裝車外運(yùn)，也可以通過帶式輸送機(jī)運(yùn)至蒙大化工園區(qū)。另外，產(chǎn)品煤也考慮了地銷的可能性，塊精煤也可以不破碎，由帶式輸送機(jī)運(yùn)至塊煤地銷倉，在倉上設(shè)分級或者通過倉上的轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)運(yùn)至產(chǎn)品倉中。塊煤地銷倉為3個(gè)φ12 m的圓筒倉，分別儲(chǔ)存200～80 mm粒級洗大塊、80～30 mm粒級洗中塊及30～13 mm粒級洗小塊精煤，同時(shí)設(shè)1個(gè)φ12 m的圓筒倉儲(chǔ)存矸石。

6 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

(1)市場分析透徹，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理。納林河二號(hào)選煤廠產(chǎn)品煤主要作為電力、化工和工業(yè)動(dòng)力用煤，其中電力和工業(yè)動(dòng)力用煤主要供周圍各電廠使用，化工用煤供中煤遠(yuǎn)興能源蒙大工業(yè)園區(qū)和博大實(shí)地化工使用。

設(shè)計(jì)考慮了單獨(dú)的化工用煤銷售及產(chǎn)品煤鐵路外運(yùn)銷售通道，另外還設(shè)計(jì)了地銷分級塊煤的可能性[11]。

(2)工藝設(shè)備選型先進(jìn)、可靠、高效，經(jīng)濟(jì)合理。各設(shè)備選型以技術(shù)先進(jìn)、可靠、高效，經(jīng)濟(jì)合理，滿足工藝要求為原則[12-15]，采用了獨(dú)特的三段式過濾工藝的空氣式穿流壓濾機(jī)，保證煤泥濾餅吹干有效，濾餅水分穩(wěn)定在20%左右，比快開式壓濾機(jī)濾餅水分降低了8%～10%。

(3)工藝總平面布置緊湊，占地面積小。工藝總平面結(jié)合地形地貌、工程地址及氣候風(fēng)向等，土石方工程量小，地基處理費(fèi)用低，生產(chǎn)及生活環(huán)境優(yōu)；中間轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)少，煤流簡潔、順暢；布置緊湊，占地面積小，并為后期發(fā)展留有適當(dāng)余地。

(4)充分體現(xiàn)了節(jié)能、環(huán)保的設(shè)計(jì)理念。設(shè)計(jì)盡量利用地形，減少物料提升高度和中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)來降低能耗；在煤泥水處理系統(tǒng)中，利用加壓過濾機(jī)和隔膜壓濾機(jī)回收煤泥，實(shí)現(xiàn)煤泥廠內(nèi)回收、洗水閉路循環(huán)；煤泥與螺旋矸石摻混后供低熱值電廠，矸石考慮綜合利用；原煤和產(chǎn)品采用封閉儲(chǔ)存，保證堆存過程的環(huán)保性。

7 結(jié)語

納林河二號(hào)選煤廠煤質(zhì)資料采用合理，選煤工藝可靠，設(shè)備選型先進(jìn)，工藝布置靈活。自投產(chǎn)以來，塊煤系統(tǒng)噸原煤介耗穩(wěn)定在0.6 kg/t左右，末煤系統(tǒng)噸原煤介耗穩(wěn)定在1.05 kg/t左右，產(chǎn)品煤硫分降低到了1.5%以下，矸石灰分在75%以上，其余各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求，并達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。該廠在蒙陜地區(qū)脫粉入選工藝的試行者，在煤炭市場下行及國家環(huán)保要求的日益嚴(yán)格的環(huán)境下，通過脫粉降低入選下限、減少產(chǎn)品煤硫分，對提高產(chǎn)品的競爭力和煤質(zhì)適應(yīng)性取得了成功的嘗試，穩(wěn)定了產(chǎn)品煤煤質(zhì)，確保化工用戶，并且增加了市場競爭力。在該地區(qū)后續(xù)選煤廠設(shè)計(jì)中，可考慮降低淺槽重介入選下限，并預(yù)留末煤洗選的可能性。