袁大灘選煤廠設計分析

陳警衛

(中煤西安設計工程有限責任公司，陜西 西安 710054)

袁大灘煤礦地處陜北侏羅紀煤田榆橫北區東北部，隸屬于陜西煤業化工集團陜北礦業公司，位于榆林市榆陽區芹河鄉。為推進陜北大型煤炭基地建設，保障能源穩定供應，優化煤炭產業結構，集團加快了袁大灘煤礦的建設步伐。袁大灘礦井含有可采煤層7層，其中大部分可采煤層有4層，為2、3-1、4-2、5號煤層；局部可采煤層3層，為7、8、9號煤層。礦井設計可采儲量為437.45 Mt， 2號煤和4-2煤均采用長壁采煤方法； 3-1號煤和5號煤采用長壁薄-中厚煤層一次采全高采煤方法。袁大灘礦井原煤屬于中灰中硫煤，為了響應國家節能減排政策，穩定煤礦煤質，降灰降硫，提高企業經濟效益，特提出建設配套選煤廠。選煤廠設計能力為5.0 Mt/a，屬大型礦井型動力煤選煤廠。

1 煤層及煤質特征

1.1 煤層特征

袁大灘礦初期開采2號煤層，此煤層可采厚度為1.2～4.26 m，平均可采厚度為1.76 m，屬薄煤層。該煤層大部分不含夾矸，個別含1～2層夾矸，厚度為0.10～0.69 m，巖性主要為粉砂巖。煤層頂板巖性主要為細粒砂巖、粉砂巖；底板巖性主要為粉砂巖，該煤層屬大部可采的穩定型煤層。

1.2 煤質特征及煤的用途

礦區主要可采煤層為中灰、中高全水、高揮發分、高熱值、中硫、低磷、低氟、低氯、一級含砷、高熱穩定性、較低軟化溫度灰、黏結指數為0的長焰煤。主采的2號煤以不黏煤和長焰煤為主，個別為弱黏煤。

根據煤質特點，確定袁大灘礦井煤的主要用途為[1-2]：①因揮發分和發熱量均較高，故燃燒性能良好，發火快，排渣量小，有害氣體少，是優質發電用煤，且煤中砷含量<8 μg/g，是食品工業的優質燃料；②因灰分中等，揮發分高，是較好的氣化、間接液化、化工用煤原料；③因該礦煤焦油產率高，為富油煤，可作低溫干餾原料煤。

1.3 煤的可選性分析

袁大灘礦首采區為2號煤層，對其進行鉆孔資料統計，預測原煤灰分。按照預測的原煤灰分校正就近生產煤礦小紀汗2號煤篩分浮沉資料，得到袁大灘選煤廠入選原煤篩分試驗結果(表1)和200～13 mm原煤浮沉試驗結果(表2)[3-5]。

表1 原煤篩分試驗結果

表2 200～13 mm原煤浮沉試驗結果

注：當理論分選密度<1.70 g/cm3時，以扣除沉矸(>2.00 g/cm3)為100%計算δ±0.1含量；當理論分選密度≥1.70 g/cm3時，以扣除低密度物(<1.50 g/cm3)為100%計算δ±0.1含量

由表1和表2可以看出[6-8]：

(1)袁大灘礦原煤灰分為18.80%，屬于低灰分煤，不經過洗選亦可滿足一般動力煤用戶的要求，但對于發熱量要求較高的用戶，在井下煤質發生變化時，不經過洗選的原煤市場競爭力不強，企業效益最大化沒有保障，故增加原煤分選環節十分必要。

(2)>13 mm粒級塊原煤含量為45.78%，其灰分為18.84%，稍高于原煤灰分，說明塊煤中含有相對較多的矸石，工藝選擇時可考慮通過塊煤洗選加工，實現排矸降灰。

(3)<0.5 mm粒級原生煤泥含量為5.04%，灰分為26.14%，含量不多，但灰分較原煤高，說明原生煤泥中含有一定量的高灰細泥，因此在工藝選擇和設備選型中應予以重視。

(4)<1.4、>2.00 g/cm3密度級為主導密度級，其中<1.4 g/cm3密度級灰分較低，>2.00 g/cm3密度級矸石灰分高達76.56%，說明在采用較高密度分選時，可以排出純矸，洗選出低灰精煤。

(5)1.4～2.0 g/cm3密度級含量較少，說明煤的可選性較好，分選密度在此范圍變化時，對精煤產率的影響不大。

(6)從浮沉煤泥含量和灰分來看，浮沉煤泥的含量不大，灰分較原煤灰分低，說明矸石泥化不嚴重。

2 選煤方法及工藝流程

2.1 選煤方法

袁大灘礦原煤為不黏煤和長焰煤，為典型的動力煤，為節約洗選成本和提高企業效益，采取原煤部分洗選工藝，但根據原煤篩分資料分析可知：塊煤(>13 mm)與末煤(<13 mm)灰分差別不大，難于確定分選粒級?？紤]到煤層厚度為薄煤層(平均厚度為1.7 m)，采煤機容易割頂板和底板而引起塊煤實際灰分比預測偏高，再綜合煤質及用戶需求后，最終確定的選煤方法為：200～13 mm(預留下限降至8 mm的可能)塊煤采用淺槽重介分選，<13 mm末煤暫不分選(預留分選的可能性)，粗煤泥采用離心機回收，細煤泥采用壓濾回收[9]。

2.2 工藝流程

根據確定的選煤方法及分選粒級，最終確定的工藝原則流程如圖1所示。該工藝包括：原煤準備系統、淺槽重介分選系統、介質回收系統、煤泥水處理系統等[10-11]。

圖1 袁大灘選煤廠分選工藝原則流程

2.2.1 原煤準備系統

袁大灘礦原煤(300～0 mm)分級采用雙層弛張篩，弛張篩上層為固定篩，篩孔為35 mm(出料端局部為100 mm)，下層為弛張篩，篩孔為13 mm(預留篩孔降至8 mm的可能)，原煤經過弛張篩兩層分級后，<13 mm末煤直接作為末煤產品；>100 mm大塊原煤經過手選和破碎至<200 mm后與上層篩前100～13 mm原煤共同作為塊煤產品。

2.2.2 淺槽重介分選系統[11-13]

進入主選系統的塊原煤(200～13 mm)先進行φ6 mm脫泥，脫泥篩篩下<6 mm末煤直接進入末原煤處理系統中，經過弧形篩和離心機脫水后摻入末煤產品；塊原煤(200～13 mm)經脫泥后進入淺槽重介分選機分選，分選出的精煤由雙層香蕉篩(上層篩孔為φ30 mm，下層篩孔為φ0.75 mm)脫水脫介后，上層直接作為塊精煤產品，篩下30～13 mm小塊精煤經離心脫水后既可以摻入最終塊精煤產品，也可以通過轉載摻入混煤產品。塊煤產品有三種生產方式：①大塊精煤(200～13 mm)直接破碎至<50 mm后作為混精煤產品；②大塊精煤(200～13 mm)破碎至<80 mm后去塊煤地銷倉上進行分級，分出洗中塊(80～30 mm)、洗小塊(30～13 mm)兩種產品；③大塊精煤(200～13 mm)去塊煤地銷倉上進行分級，分出洗大塊(200～80 mm)、洗中塊(80～30 mm)、洗小塊(30～13 mm)三種產品。淺槽重介分選的矸石經脫介篩脫介后作為最終產品被運至矸石倉。此外， 200～13 mm塊原煤設計有旁路系統，可以不經過洗選，破碎至<50 mm后直接作為最終產品，同時系統預留分選下限降至8 mm的可能性。

2.2.3 介質回收系統

精煤固定篩下的合格介質經分流大部分返回合格介質桶，小部分合格介質與精煤脫介篩、矸石脫介篩下稀介質一起進入磁選機磁選凈化，精礦返回合格介質桶循環使用，尾礦一部分作為脫泥篩的沖水，另一部分進入煤泥回收系統進行回收凈化。

2.2.4 煤泥水處理系統

塊煤進入脫泥篩(φ6 mm)后，篩下水經弧形篩和末原煤離心機脫水后摻入末煤產品，弧形篩篩下水、離心機離心液經煤泥泵打入濃縮旋流器進行濃縮分級；濃縮旋流器底流再經粗煤泥弧形篩和粗煤泥離心機脫水回收，旋流器溢流、粗煤泥弧形篩篩下水和粗煤泥離心機離心液全部進入濃縮機濃縮；濃縮機底流進入快開式隔膜壓濾機回收，回收的煤泥摻入末煤產品，濃縮機溢流作為循環水使用。煤泥水經粗煤泥、細煤泥分別回收后，可完全做到煤泥廠內回收和洗水閉路循環。

3 產品結構

根據鄰近礦區已建成選煤廠的產品結構[14-15]，并結合該廠原煤煤質，確定袁大灘選煤廠有三種不同的生產方式，每種生產方式的產品結構如下：

(1)洗精煤(50～0 mm)，灰分<10%，全水分≤16.0%，硫分≤1.0%，低位發熱量>23 MJ/kg； 混煤(13～0 mm)，低位發熱量≥21 MJ/kg。產品平衡表見表3。

(2)洗中塊精煤(80～30 mm)，低位發熱量>23 MJ/kg；洗小塊精煤(30～13 mm)，低位發熱量>23 MJ/kg；末煤(13～0 mm)，低位發熱量≥21 MJ/kg。產品平衡表見表4。

(3)洗大塊精煤(200～80 mm)，低位發熱量>23 MJ/kg；洗中塊精煤(80～30 mm)，低位發熱量>23 MJ/kg； 混煤(30～0 mm)，低位發熱量≥21 MJ/kg。產品平衡表見表5。

由表3、表4、表5可知：生產<50 mm洗精煤及<13 mm末煤產品可按照表3的方式生產，產品可主要供電廠和化工廠；生產洗小塊、洗中塊精煤產品可按照表4的方式生產，產品以化工用戶為主；生產洗大塊、洗中塊精煤產品可按照表5的方式生產，精煤產品以地銷為主。

表3 生產<50 mm洗精煤及<13 mm末煤產品平衡表

表4 生產30～13 mm洗小塊及80～30 mm洗中塊精煤產品平衡表

表5 生產200～80 mm洗大塊及80～30 mm洗中塊精煤產品平衡表

4 效益分析

2020年袁大灘選煤廠經濟效益分析見表6。

表6 2020年袁大灘選煤廠經濟效益分析

袁大灘選煤廠于2019年10月投產，2019年原煤處理量為510萬t，2020年原煤處理量為520萬t，生產洗精煤200萬t，平均精煤灰分為7.0%，達到了設計能力及產品指標，2020年選煤廠利潤達7 800萬元。

5 結語

袁大灘選煤廠工藝流程的制定充分考慮了原煤煤質特點和產品市場的需求，產品以電力用煤為主，兼顧民用，系統簡單，處理能力大，分選精度高，可適應煤質變化和產品多樣化的需求，在任何情況下均可以最大限度地提高精煤產率，同時能夠滿足市場對產品煤的質量要求,從而為企業帶來良好的經濟效益。袁大灘選煤廠的生產實踐可為其他動力煤選煤廠的設計提供良好的借鑒。