山西河曲舊縣選煤廠設計特點分析

姜坤坤

(大地工程開發(集團)有限公司 天津分公司，天津 300381)

山西河曲舊縣選煤廠隸屬于山西煤炭進出口集團河曲舊縣露天煤業有限公司，是一座生產能力為5.00 Mt/a的大型動力煤選煤廠[1-5、6]，廠址位于山西省忻州市河曲縣舊縣鄉范家梁村。舊縣選煤廠于2012年2月完成可行性研究報告，2015年3月5日開工建設，于2018年3月完成帶煤調試、試生產，于2018年7月移交業主運營。在施工圖設計過程中，結合周邊現有選煤廠實際生產中存在的問題與不足，對選煤廠的煤質特點、產品用途、選煤方法、設備選型等進行了深入分析和論證，從而確定了選煤廠最終采用的工藝設計方案，對該地區類似動力煤選煤廠的設計具有一定的參考價值。

1 煤質資料和產品定位

1.1 煤質資料

河曲舊縣露天煤礦是山西煤炭進出口集團(以下簡稱山煤集團)資源整合與兼并重組的重要煤礦之一，批準開采的煤層為9、10、11、12、13號煤層，主采13號煤。河曲舊縣露天礦采用“單斗-汽車”開采工藝。各煤層為特低灰-高灰、低硫-高硫、低熱值-高熱值的長焰煤、氣煤。13號原煤篩分、浮沉試驗結果見表1和表2。

由表1可知：原煤灰分為31.76%，為中高灰原煤；主導粒級為>100 mm，產率為20.81%，灰分為30.73%。

表1 13號原煤篩分試驗結果

由表2可知：各粒級主導密度級均為>2.00 g/cm3和1.3～1.6 g/cm3，各粒級1.6～2.0 g/cm3中間密度級含量均較低，有利于精煤的回收；各粒級浮沉煤泥灰分均比原煤灰分高很多，說明矸石有泥化現象。

表2 13號原煤浮沉試驗結果

密度級/(g·cm-3)13～6 mm產率占本級占全樣灰分6～3 mm產率占本級占全樣灰分3～1.5 mm產率占本級占全樣灰分1.5～0.5 mm產率占本級占全樣灰分0.5～0.15 mm產率占本級占全樣灰分<1.30.950.109.301.060.097.881.270.088.601.270.078.606.280.213.731.3～1.418.161.9110.9924.292.1410.7630.431.8010.8630.431.7910.8617.380.586.531.4～1.523.202.4515.0322.321.9614.8421.121.2514.2521.121.2414.2520.630.6811.951.5～1.618.441.9423.1614.661.2922.0511.020.6521.3211.020.6521.3215.700.5219.961.6～1.78.790.9332.369.680.8529.639.380.5628.389.380.5528.389.530.3229.171.7～1.83.090.3339.162.820.2536.514.940.2937.434.940.2937.434.330.1435.451.8～2.03.720.3949.693.300.2947.924.120.2450.674.120.2450.674.780.1647.66>2.023.652.4970.1221.871.9369.3417.721.0568.5217.721.0668.5221.370.7175.97合 計100.0010.5432.33100.008.8029.89100.005.8427.51100.005.8927.51100.003.3229.79煤 泥0.530.0648.301.010.0948.111.650.1040.851.650.1040.85———總 計100.0010.5932.41100.008.8930.07100.006.0227.73100.005.9927.73100.003.3229.79

1.2 產品定位

結合本地區煤質特點及市場需求，以及對國內電煤市場的調研分析，該廠產品主要作動力煤供電廠使用，主要生產以下產品：

(1)優質動力煤。粒級為50～0 mm，發熱量(Qnet.ar)≥20.93 MJ/kg，主要供給周邊電廠。

(3)矸石。可用于生產建筑材料及制品，或回填至露天礦坑等。

(4)選煤廠具有生產200～50 mm塊煤產品(單獨落地銷售)的靈活性。

根據集團規劃，在河曲2×350 MW低熱值電廠建成前，河曲舊縣選煤廠主要生產發熱量為20.93 MJ/kg以上的優質動力煤，供給周邊電廠作動力用煤；集團河曲2×350 MW低熱值電廠建成后，河曲舊縣選煤廠主要生產發熱量為14.65 MJ/kg左右的低質煤，供給山煤集團河曲低熱值電廠，同時生產一部分發熱量在20.93 MJ/kg以上優質動力煤，供給國內電廠。

2 分選工藝的確定

2.1 原煤分級工藝

根據以上產品定位及產品結構分析，山煤集團河曲2×350 MW低熱值電廠建成前，河曲舊縣選煤廠主要生產發熱量在20.93 MJ/kg以上的優質動力煤，經測算，此時原煤必須進行全入選，才能滿足產品發熱量要求。根據本地區實際生產經驗，淺槽重介分選機近年來廣泛應用于各類動力、化工用煤選煤廠的塊煤分選作業，具有分選精度高、分選粒級范圍寬、適應性強、生產成本低等顯著特點，因此塊煤推薦采用淺槽重介分選機進行分選。對于末煤分選設備的選擇，根據測算，末煤只需通過排矸后，就可以滿足最終產品發熱量要求，因此在制訂工藝流程時只考慮一段排矸即可，不需要出中間產品，因此兩產品重介質旋流器比三產品重介質旋流器更適合作為本廠的末煤分選設備[7]。

毛煤經原煤破碎站破碎后，出料粒級為200～0 mm，因此塊煤淺槽重介分選機的分選上限為200 mm，淺槽重介分選機的有效分選下限可達到13 mm，甚至到6 mm，但考慮淺槽對13～6 mm粒級煤的分選效果不如重介質旋流器，因此為平衡淺槽重介分選機和重介質旋流器的入選量、各自適合的分選粒度范圍、生產成本等因素，經論證推薦淺槽重介分選機的分選下限為13 mm，因此原煤分級設備的選擇就成為了設計的重中之重。

附近保德縣有選煤廠采用了香蕉篩分級濕黏原煤，設計分級粒度為13 mm，實際生產中分級效率低，堵篩孔現象嚴重，嚴重影響了系統的穩定生產，最后不得不將香蕉篩篩孔調整為25 mm，分級效率才滿足生產和使用要求。但若將分級粒度調整為25 mm，會導致塊煤淺槽分選系統處理能力富余、末煤重介質旋流器分選系統處理能力緊張的問題，導致系統對煤質波動的適應性差。

經過調研，弛張篩[8-9，10-12]是一種較適合潮濕細粒級難篩物料干法篩分的篩分設備，其利用特殊彈性篩面弛張運動，篩面可以產生很高的上拋加速度(即振動強度)，一般可達到50 G，比一般振動篩大得多，篩面作弛張運動中，篩孔產生變形，篩面產生撓曲，因此物料不會堵塞篩孔，也不易黏附在篩面上，具有較好的篩分效果和較高的處理能力。最終設計推薦采用2臺3673型雙層弛張篩，上層采用篩孔為30 mm的固定篩板，用于大粒度分級，下層采用篩孔為13 mm的彈性篩面，用于細粒級分級。實踐表明：該設備在實際使用過程中分級效率高，處理能力大，性能穩定，篩板更換維修方便，取得了良好的使用效果。

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2.2 細煤泥回收工藝

煤泥水系統對整個選煤廠的有效運轉至關重要，該系統設計的好壞，會對生產成本及生產管理產生直接影響，關系到選煤廠能否正常生產。目前，細煤泥回收常用設備主要有壓濾機和加壓過濾機[13]。從加壓過濾機與壓濾機的工作原理及性能特點來看，加壓過濾機對泥化較為敏感，若原煤中矸石易泥化，其處理能力將大大減小，其另一缺點就是運行能耗大、生產與維護費用高，優點是水分稍低。壓濾機的優點則是能適應各種煤質，缺點是水分稍高。

根據調研，周邊附近沙坪選煤廠、上榆泉選煤廠在設計時，均采用加壓過濾機回收，但實際生產中加壓過濾機使用效果不好，卸一次物料的時長在300～700 s之間，建成后均又增設壓濾機處理細煤泥。而河曲舊縣露天礦的各可采煤層的頂底板巖性主要為泥巖，根據山西省煤炭地質研究所對河曲舊縣露天煤業有限公司所送的13號煤層煤樣的安氏泥化程度試驗報告，該礦矸石泥化程度為中等程度泥化，因此在實際生產中，若矸石泥化程度較為嚴重，會嚴重影響加壓過濾機的運行。而壓濾機則對矸石泥化情況具有良好的適應性，可以保證生產的正常進行。設計根據對周邊選煤廠的調研分析，結合該廠入選原煤中矸石有中等程度泥化的特點，最終推薦細煤泥采用壓濾機脫水回收的工藝，選擇了4臺500 m2快開隔膜壓濾機[14-15]作為細煤泥脫水回收設備。實踐表明：快開隔膜壓濾機能很好地適應該廠的煤質特點，實際使用脫水效果良好，可有效滿足現場生產需要。

2.3 選煤方法

根據對入選原煤煤質資料的分析，結合原煤分級設備的選擇及細煤泥回收設備的選擇，最終確定了該廠的工藝流程：200～0 mm粒級原煤采用雙層弛張篩進行30/13 mm分級，200～13 mm粒級塊煤采用淺槽重介分選機分選，13～1.5 mm末煤采用有壓兩產品重介質旋流器分選，1.5～0.15 mm粗煤泥采用螺旋分選機分選，0.15～0 mm細煤泥采用濃縮壓濾回收[7]。工藝原則流程如圖1所示。

圖1 舊縣選煤廠工藝原則流程

在生產中，選煤廠可實現以下三種生產方式：

(1)塊煤入選，末煤不入選，主要生產優質動力煤+低質煤(包括末原煤、煤泥、矸石)。

(2)塊末煤全部入選，主要生產優質動力煤。

(3)塊煤入選，末煤部分入選，主要生產優質動力煤+低質煤(包括末原煤、煤泥、矸石)，同時可根據河曲2×350 MW低熱值電廠用煤量多少及產品發熱量要求靈活調整末煤的入選比例。

2.4 設計特點

(1)根據該廠入選原煤的煤質特點，統籌考慮附近礦區煤炭分選加工總體情況，制定了工藝流程。舊縣選煤廠原煤采用雙層弛張篩進行分級，塊煤采用淺槽重介分選機分選，末煤采用有壓兩產品重介質旋流器分選，粗煤泥采用螺旋分選機分選的工藝，末煤可實現全部入選、部分入選及不入選，粗煤泥可根據生產情況選擇開啟或不開啟，是目前適用于動力煤選煤廠的先進、靈活的選煤工藝，完全符合煤質特點及產品質量要求。各項技術指標達到設計預期，技術經濟達到最佳平衡。

(2)主廠房采用鋼框架和鋼模塊結構，采用聯合布置方式，集塊煤分選、末煤分選、粗煤泥分選、細煤泥回收為一體，減少運輸環節，降低成本。主廠房采用鋼結構，大廳式布置，結構新穎，充分考慮了當地的氣候特點。

(3)地面工藝系統布局合理，總平面布置簡潔，煤流順暢，功能分區明確，能夠滿足選煤廠大規模生產的要求；煤泥水系統設計完善，可確保洗水閉路循環，達到零排放，滿足環保要求。

(4)主要設備采用進口或進口組裝，技術先進，生產可靠，保證了系統的可靠性和高效率。

(5)自動化程度高，具有精確的控制調節系統，可實現全工藝過程監測、監控。

3 生產實踐

河曲舊縣選煤廠與附近已投產的保德王家嶺選煤廠技術經濟指標對比情況見表3。

由表3可知：河曲舊縣選煤廠于2018年3月份帶煤投產以來，選煤廠生產系統運行穩定，原煤實際處理能力達5.0 Mt/a以上，產品質量穩定，各項生產指標均達到或超過設計要求指標，達到了動力煤選煤廠的先進水平。

表3 舊縣選煤廠與王家嶺選煤廠技術經濟指標對比

4 結語

針對山西河曲煤田的煤質特點、產品結構和用途，借鑒附近現有選煤廠的實際生產情況，了解附近選煤廠實際生產中存在的問題與不足，在河曲舊縣選煤廠的設計過程中進行了優化。設計最終推薦采用：200～0 mm粒級原煤采用雙層弛張篩進行30/13 mm分級，200～13 mm粒級塊煤采用淺槽重介分選機分選，13～1.5 mm末煤采用有壓兩產品重介質旋流器分選，1.5～0.15 mm粗煤泥采用螺旋分選機分選，0.15～0 mm細煤泥采用濃縮壓濾回收的選煤方法。選煤廠投產后，運行良好，原煤經選煤廠分選后產品銷售競爭力得到大幅提升，企業經濟效益顯著，對于該地區類似動力煤選煤廠的設計具有一定的參考價值和借鑒意義。