安家莊選煤廠選煤工藝設計

＊周丫舒

（中國煤炭科工集團 武漢設計研究院有限公司 湖北 430064）

安家莊選煤廠建設單位為甘肅永潤煤基新材料集團有限公司，選煤廠選址位于甘肅省靈臺縣的安家莊礦井工業(yè)場地內，入洗原煤來源于安家莊礦井，以弱黏煤（RN）為主，不黏煤（BN）次之，規(guī)模為5.0Mt/a，礦井型選煤廠。入洗原煤具有低—中硫、低灰、低磷、低砷、高熱值、較難可磨性、微粘結性、中高揮發(fā)分等特點。

1.煤質分析

安家莊礦井屬于新建礦井，根據前20年的礦井排產表及地質報告進行預測，得到安家莊選煤廠的入洗原煤灰分為29.02%。目前礦井還沒建設，無法得到生產煤樣的篩分浮沉資料，因此采用臨近陜西正通煤業(yè)有限責任公司高家堡煤礦2020年6月25日所生產的原煤的篩分、浮沉試驗資料，并進行校正后，得到安家莊礦井原煤的篩分、浮沉結果。

（1）篩分結果分析：+50mm塊煤可見矸含量為4.97%，為中含矸量煤；-80mm級原煤含量為88.57%，灰分為28.78%；+50mm級塊煤含量為20.75%，灰分為29.26%，-50mm級原煤含量為79.25%，灰分為28.96%；+13mm級塊煤含量為42.71%，灰分為31.52%；-13mm級末煤含量為57.29%，灰分為27.17%；塊末煤灰分比較均勻、相差不大；原生煤泥中粗顆粒含量多，+0.25mm粗粒級含量為41.74%，+0.125mm粗粒級含量為62.57%；-0.5mm各粒級隨著粒度的減少灰分升高，其中-0.045mm灰分最高，為39.17%，遠高于原生煤泥總灰分29.02%，說明細顆粒中矸石粉含量高見表1。

表1 原煤篩分結果表

（2）浮沉結果分析：主導密度級為1.30～1.40 kg/L，200～80mm、80～3mm粒級產率分別為51.66%、49.23%，灰分分別為8.38%、7.19%，次主導密度級為+2.0kg/L，產率分別為23.84%、24.44%，灰分分別為88.81%、86.25%；1.5～1.8kg/L密度級為200～80mm，80～3mm粒級產率分別為8.78%、5.78%，說明中間物含量不多；200～80mm、80～3mm粒級浮沉煤泥產率分別為0.72%、4.92%，灰分分別為22.84%、33.44%，均高于本級原煤灰分，說明矸石易泥化見表2、表3。

表2 原煤200～80mm浮沉組成綜合表

表3 原煤80～3mm浮沉組成綜合表

（3）原煤可選性，各粒級可選性見表4。

表4 各粒級可選性一覽表

2.產品方案

安家莊選煤廠設計產品方案如下：

大塊煤（200～80mm）：Qnet,ar＞6000kcal/kg，供民用、建材或化工用煤；

中塊煤（80～25mm）：Qnet,ar＞6000kcal/kg，供民用、建材或化工用煤；

末精煤（-25mm）：Ad＜18%，供化工園原料煤；末煤：Qnet,ar＞4000kcal/kg，供化工園燃料煤或電煤。

產品方案靈活，可根據煤質變化情況、市場情況和用戶要求情況調整，80～25mm洗中塊也可破碎至-25mm做化工園原料煤，洗大塊煤產品也可破碎至-80mm作為洗中塊產品，同時預留中煤通道，后期根據煤質情況可出中煤，做電煤產品。

3.選煤工藝的確定

（1）分選粒度。本礦煤的入選粒度上、下限應從滿足產品質量及粒度要求、適應設備的有效分選粒度和當地生產條件、盡量減少煤與矸石的泥化等方面綜合考慮確定。

①分選上限。原煤入洗粒度上限的確定，除考慮設備有效分選粒度外，還應盡量減少選前破碎量。根據產品結構，設計考慮單獨出塊煤產品。從煤質資料分析可知，本區(qū)塊煤中矸石含量較高，應進行分選排矸。根據目前塊煤分選設備適宜的有效分選上限及產品結構塊煤產品的粒度分級，確定本區(qū)煤的入選粒度上限為200mm。

②分選下限。分選下限的確定與原煤的煤質和產品定位有關。本廠主要產品大塊煤（200～80mm）地銷，末精煤（-25mm，Ad＜18%）供往靈臺化工園，化工園年末精煤耗煤量419萬噸。

為實現以上產品定位，本次設計分別計算6mm脫粉、3mm脫粉及不脫粉時的產品情況，具體詳見表5。

表5 不同分選下限選后產品對比表

由表5可知，在滿足主要用戶對產品灰分要求（化工園原料煤Ad＜18%）的前提下，分選下限為3mm時，末精煤產率最高，為47.31%，遠高于分選下限為6mm時的43.14%及不脫粉時的38.13%。考慮到化工園原料煤年用煤量（419萬噸/年）遠大于項目可供煤量，同時盡量減少末煤入洗量，降低煤泥水處理系統投資，因此設計推薦采用3mm脫粉，同時考慮市場變化及井下來煤煤質波動的情況，預留不脫粉的可能性。

（2）選煤方法。依據煤質資料，+80mm級含量為11.43%，其中矸石含量2.57%，灰分為92.19%。+80mm級塊煤中矸石含量大，故設計考慮對+80mm大塊煤進行預排矸，這樣不僅有效減少大塊矸石進入末煤產品中，還有效代替人工手選，提高生產效率。

①大塊煤預排矸方法的選擇。目前適應于塊煤排矸分選的設備主要有智能干選機、動篩跳汰機和淺槽分選機。

A.智能干選機是目前應用較熱門的一種新型設備，其分選原理為：通過X射線和圖像識別技術，運用深度學習算法技術，識別煤和矸石，再通過控制系統控制高壓氣槍，將煤和矸石進行分離。智能干選機系統簡單、寬度窄、體積小，因不見水、不用介質，因此不需要煤泥水及介質系統，工藝流程簡化，環(huán)節(jié)少，故障點也少，故障率低。

B.動篩跳汰機用于大塊煤排矸，分選上限可達300mm，有效分選下限至50mm。相對于智能干選機，動篩跳汰機具有如下缺點：系統復雜，需配套設置產品脫水環(huán)節(jié)，且體積大，占地面積大，分選精度低，要求給料均勻，當給料不均勻時矸石中跑煤。通過調研了解到，在實際生產中動篩跳汰機存在矸石帶煤量較大的情況，而且設備維修量較大。

C.重介淺槽分選機專用于處理塊煤的高效分選設備，應用廣泛。但由于增加了介質和煤泥水系統，介質系統管路磨損快，維護費用高；另外，+80mm塊煤若采用重介淺槽分選機分選，不能發(fā)揮其分選粒度寬的優(yōu)勢。

綜上所述，設計采用了智能干選機作為安家莊選煤廠大塊煤排矸的工藝。

②混煤洗選方法的選擇。目前國內-80mm混煤分選廣泛采用處理能力大、分選粒級寬、分選精度高的重介旋流器分選工藝。根據鄰近高家堡、亭南選煤廠生產及產品銷售情況，為保證精煤產品灰分，兩產品旋流器中矸石存在帶煤的問題，設計推薦采用無壓三產品重介旋流器作為分選設備，該設備可用一種低密度介質實現高密度排矸，可以同時分選出三種產品，生產操作方便。同時設計將精煤、中煤合并為一種產品，進一臺脫介篩脫介，以簡化工藝環(huán)節(jié)。根據煤質變化和市場情況，預留中煤脫介篩位置，為將來出中煤創(chuàng)造條件。

4.工藝流程

推薦工藝流程為：大塊煤（300～80mm）智能干選分選，混煤（80～3mm）無壓給料三產品重介旋流器分選的工藝，-3mm不分選，減少進入水洗系統的入料量。當煤質波動時也可以不脫粉，-3mm級末煤部分或全部進入旋流器分選見圖1。

圖1 安家莊工藝流程圖

5.結語

安家莊選煤廠的入洗原煤以弱黏煤（RN）為主，不黏煤（BN）次之，產品主要供給配套化工園做原料煤和燃料煤，也可以外銷保供電煤。通過對安家莊原煤資料的分析，并比較不同的選煤方法后，選擇了先進完善的工藝流程，在提高企業(yè)經濟效益的同時，也符合國家產業(yè)政策。