哈爾烏素特大型動力煤選煤廠設(shè)計與分析

譚興富

(中國煤炭科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司，河南 平頂山 467000)

哈爾烏素特大型動力煤選煤廠設(shè)計與分析

譚興富

(中國煤炭科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司，河南 平頂山 467000)

根據(jù)哈爾烏素選煤廠入選原煤煤質(zhì)特征，結(jié)合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及其對市場適應(yīng)的靈活性，確定原煤洗選工藝。介紹了原煤洗選工藝選擇思路，并闡述了原煤準(zhǔn)備車間、主廠房、產(chǎn)品倉、快速裝車站的工藝設(shè)計特點(diǎn)，為特大型動力煤選煤廠的設(shè)計與改造提供借鑒。

特大型動力煤選煤廠；煤質(zhì)特征；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)；工藝設(shè)計

哈爾烏素露天煤礦選煤廠(以下簡稱哈爾烏素選煤廠)是一座設(shè)計能力為30 Mt/a的礦井型動力煤選煤廠，隸屬神華集團(tuán)準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司，位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗東部的薛家灣鎮(zhèn)。

哈爾烏素選煤廠入選原煤來源于準(zhǔn)格爾煤田的哈爾烏素露天煤礦，該煤礦地處內(nèi)蒙古鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗，位于晉陜蒙交界地區(qū)。煤田已探明地質(zhì)儲量為267.6億t，煤層平均厚度為32.08 m，屬于低硫、特低磷、高灰熔點(diǎn)、較高揮發(fā)分、較高發(fā)熱量長焰煤，應(yīng)用基低位發(fā)熱量在16.74～23.43 MJ/kg之間，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[1]判定屬于優(yōu)質(zhì)動力用煤，有“綠色煤炭”之美稱。該廠屬于特大型動力煤選煤廠[2]，工藝設(shè)計靈活，廠房設(shè)計與布置各具特色，現(xiàn)就其設(shè)計特點(diǎn)進(jìn)行分析，為特大型動力煤選煤廠的設(shè)計與改造提供借鑒。

1 煤質(zhì)特征

哈爾烏素選煤廠前五年(2009—2013年)的劣塊煤(200～13 mm粒級)煤質(zhì)較差，低密度級高發(fā)熱量的精煤產(chǎn)率極低。當(dāng)要求精煤發(fā)熱量為23.012 MJ/kg時，精煤產(chǎn)率約為12.130%，且這樣洗選的可能性很??；當(dāng)要求精煤發(fā)熱量為21.338 MJ/kg時，精煤產(chǎn)率約為20.773%，分選密度為1.613 g/cm3；當(dāng)要求精煤發(fā)熱量為18.410 MJ/kg時，精煤產(chǎn)率約為35.180%，分選密度為1.842 g/cm3，δ±0.1含量為14%，原煤為中等可選煤。根據(jù)科學(xué)預(yù)測，該廠后五年(2014—2018年)的劣塊煤(200～13 mm粒級)煤質(zhì)特征如表1所示。

依據(jù)統(tǒng)計資料和科學(xué)預(yù)測，該廠前后五年(2009—2013年，2014—2018年)的優(yōu)塊煤(200～13 mm粒級)煤質(zhì)特征[3]如表2所示。

由表1、表2可知：優(yōu)塊煤煤質(zhì)好，為易選煤，容易洗選出高發(fā)熱量的精煤；劣塊煤為中等可選或較難選煤，適合洗選低發(fā)熱量產(chǎn)品。因此，應(yīng)選擇分選精度高的選煤工藝[4]，將優(yōu)劣塊煤單獨(dú)洗選，避免優(yōu)塊煤被污染，同時能減少配煤工作量。

表1 劣塊煤煤質(zhì)特征Table 1 Characteristics of lump coal with low quality %

表2 優(yōu)塊煤煤質(zhì)特征Table 2 Characteristics of lump coal with high quality %

原煤浮沉組成顯示：隨著粒級的減小，各粒級灰分逐漸升高，說明塊煤中的矸石以不易碎的砂巖為主，而小塊、末煤中有一定量易碎的泥巖，存在泥化現(xiàn)象。因此，應(yīng)盡量避免末煤入選，同時應(yīng)選擇矸石泥化程度低的選煤工藝[5]。<13 mm粒級劣末煤灰分大于42%，發(fā)熱量約為13.598 MJ/kg，達(dá)不到產(chǎn)品質(zhì)量要求，因此該部分末煤必須通過摻配處理。

2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

哈爾烏素選煤廠入選原煤為中灰、特低/低硫、低磷、中高發(fā)熱量長焰煤，其對二氧化碳反應(yīng)性較差，抗碎強(qiáng)度高，結(jié)渣性強(qiáng)，軟化溫度較高。礦井6Ⅲ～6Ⅳ層煤炭煤質(zhì)變化相對較小，而5、6Ⅰ、6Ⅱ、6Ⅴ、6Ⅵ層煤炭煤質(zhì)變化大，優(yōu)劣煤經(jīng)科學(xué)配煤后，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品熱值的無級調(diào)整，市場適應(yīng)能力強(qiáng)。

由于原煤中有害成分少，發(fā)熱量較高，可作為良好的民用燃煤和動力用煤，在火力發(fā)電、建材工業(yè)、化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛用途。

3 工藝選擇

根據(jù)哈爾烏素選煤廠入選原煤煤質(zhì)特征和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)要求，在確定選煤工藝時要遵循如下原則：必須能實(shí)現(xiàn)優(yōu)劣煤的單獨(dú)分選，同時能實(shí)現(xiàn)兩種煤按比例混合洗選。據(jù)此確定的原煤洗選原則流程[6]如圖1所示。原煤在主廠房經(jīng)13 mm分級后，13～0 mm粒級直接作為產(chǎn)品，200～13 mm粒級塊煤經(jīng)3 mm脫泥后由淺槽重介質(zhì)分選機(jī)主再選(預(yù)留再選系統(tǒng)的布置空間)，淺槽重介精煤被破碎至<50 mm后作為產(chǎn)品，粗煤泥由弧形篩、煤泥離心機(jī)聯(lián)合回收，細(xì)煤泥經(jīng)一段濃縮后由加壓過濾機(jī)回收。主廠房按兩個模塊并列布置，可以單獨(dú)洗選優(yōu)煤和劣煤， 也可以將兩種煤按比例混合后洗選。

(1)原煤準(zhǔn)備。根據(jù)露天礦的采煤方法，將優(yōu)劣煤分儲、分運(yùn)、分選；優(yōu)劣原煤在露天礦破碎站分別被破碎至<200 mm，再將其輸送至選煤廠。

(2)原煤選前脫泥。原煤經(jīng)分級破碎后，<13 mm粒級末煤直接進(jìn)入產(chǎn)品倉，200～13 mm粒級塊煤由孔徑3 mm的脫泥篩脫泥，并在潤濕沖水作用下進(jìn)行濕法分級，篩下物進(jìn)入煤泥桶，篩上物由淺槽重介質(zhì)分選機(jī)分選[7]。

(3)主洗系統(tǒng)。200～13 mm粒級塊煤經(jīng)淺槽重介質(zhì)分選機(jī)分選后，產(chǎn)出精煤和矸石，精煤經(jīng)固定篩和脫介篩脫水、脫介、分級后，200～30 mm粒級由破碎機(jī)破碎至<50 mm，30～0 mm粒級末精煤經(jīng)離心機(jī)二次脫水后與破碎后的塊精煤混合，作為精煤產(chǎn)品進(jìn)入產(chǎn)品倉，矸石經(jīng)雙層脫介篩脫水、脫介后直接外排。

(4)介質(zhì)系統(tǒng)。重介懸浮液由泵輸送至淺槽重介質(zhì)分選機(jī)后，隨產(chǎn)品進(jìn)入脫介環(huán)節(jié)。脫介篩合格段篩下介質(zhì)進(jìn)入合介桶，繼續(xù)循環(huán)使用，稀介段篩下介質(zhì)由磁選機(jī)回收。在重介泵出料管上布置密度計和磁性物含量計，用于指導(dǎo)調(diào)節(jié)重介懸浮液密度；在重介泵入料管布置加水閥，實(shí)現(xiàn)重介懸浮液密度的自動控制。優(yōu)劣煤介質(zhì)系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置[8]。

(5)粗煤泥回收系統(tǒng)。煤泥桶的物料由泵輸送至分級旋流器，由旋流器對其進(jìn)行濃縮、分級，旋流器底流進(jìn)入弧形篩，篩上物由煤泥離心機(jī)脫水，篩下水與旋流器溢流一起進(jìn)入濃縮機(jī)[9]。

(6)煤泥水處理系統(tǒng)。細(xì)煤泥經(jīng)濃縮機(jī)濃縮后，溢流作為循環(huán)水繼續(xù)使用，底流由加壓過濾機(jī)脫水回收，濾液返回濃縮機(jī)，脫水產(chǎn)品摻入精煤。系統(tǒng)中設(shè)置有凝聚劑、絮凝劑自動添加裝置，確保濃縮機(jī)濃縮效果穩(wěn)定；事故濃縮機(jī)與工作濃縮機(jī)互為備用，保證生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性。

4 設(shè)計特點(diǎn)

4.1 原煤準(zhǔn)備車間雙篩串聯(lián)

原煤準(zhǔn)備車間為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，廠房長度為39 m，寬度為23 m，高度為26.50 m。車間內(nèi)布置有兩個獨(dú)立模塊，每個模塊內(nèi)串聯(lián)布置優(yōu)煤、劣煤兩個系統(tǒng)的四臺大型篩分機(jī)。整個車間內(nèi)的設(shè)備由一臺單梁起重機(jī)起吊，方便對每臺設(shè)備檢修。原煤倉下布置有四條帶式輸送機(jī)，可分別將原煤給入原煤準(zhǔn)備車間的四套兩段篩分系統(tǒng)，篩分機(jī)孔徑均為13 mm。200～13 mm粒級塊煤運(yùn)往主廠房分選，<13 mm粒級末煤運(yùn)往產(chǎn)品倉儲存。

4.2 主廠房為高效模塊式布置

主廠房為鋼框架結(jié)構(gòu)，采用彩色保溫壓型鋼板圍護(hù)，廠房長度為45 m，寬度為40.50 m，高度為28 m。主廠房為高效模塊式布置，共分為兩個分選模塊[10]，二者布置方式相同，但相互獨(dú)立，可根據(jù)原煤入選量選擇分選模塊的數(shù)量。主廠房每個模塊均集原煤分配洗選、產(chǎn)品脫水脫介、介質(zhì)凈化回收、粗細(xì)煤泥回收、介質(zhì)添加于一體。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是布置緊湊，廠房高度低，體積小，占地面積小；另一個突出的優(yōu)點(diǎn)是可以靈活地根據(jù)需要分期建設(shè)，且建設(shè)速度快。

4.3 產(chǎn)品發(fā)熱量實(shí)現(xiàn)“無級調(diào)整”

為滿足產(chǎn)品儲存與配煤的需要，產(chǎn)品倉內(nèi)布置有一個條形槽倉，該倉容量大，相對于圓筒倉投資少。產(chǎn)品倉總儲量為12.5萬t，可滿足選煤廠2.28 d的產(chǎn)品儲存需要。槽倉由五格組成，可以同時儲存五種不同的產(chǎn)品，優(yōu)精煤、劣精煤、優(yōu)末煤、劣末煤分別進(jìn)入各自的煤倉。設(shè)計中預(yù)留了中煤產(chǎn)品倉，不生產(chǎn)中煤時可以儲存精煤產(chǎn)品。產(chǎn)品倉下布置有多臺給煤機(jī)，通過倉下四條裝有在線灰分儀和電子皮帶秤的帶式輸送機(jī)可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確配煤。倉下帶式輸送機(jī)將配好的產(chǎn)品給入裝車皮帶，裝車皮帶上布置有在線灰分儀和電子皮帶秤，配煤自動化系統(tǒng)的計算機(jī)對在線檢測到的產(chǎn)品灰分進(jìn)行比對分析，及時調(diào)節(jié)倉下給煤機(jī)變頻器的頻率，進(jìn)而調(diào)節(jié)不同產(chǎn)品的給煤量，保證最終出廠產(chǎn)品滿足用戶要求。全部產(chǎn)品儲存在一個槽倉中，可實(shí)現(xiàn)任意產(chǎn)品之間的摻配，靈活性高，管理方便，產(chǎn)品發(fā)熱量實(shí)現(xiàn)“無級調(diào)整”。

4.4 快速裝車站靈活可靠

快速裝車站布置有兩套獨(dú)立的快速定量裝車系統(tǒng)和自動化采樣系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)的裝車能力均為5 000 t/h。兩套系統(tǒng)既可以單獨(dú)裝車，也可以同時裝車，可靠性與靈活性較高，滿足大型選煤廠的裝車要求。

5 結(jié)語

哈爾烏素選煤廠為大型動力煤選煤廠，洗選工藝簡單，符合原煤煤質(zhì)要求，并預(yù)留有再選設(shè)備的布置空間，為后期煤質(zhì)變化時原煤的有效洗選提供了可靠保障。原煤準(zhǔn)備車間雙篩串聯(lián)布置，篩分效率在85%以上。主廠房采用高效模塊式布置，布置緊湊，高度低，體積小，占地面積小，且可分期建設(shè)，建設(shè)速度快。采用配煤自動化系統(tǒng)，選配結(jié)合，靈活可靠，調(diào)節(jié)方便，能保證最終出廠產(chǎn)品滿足用戶需求。

[1] GB 50359—2005 煤炭洗選工程設(shè)計規(guī)范[S].

[2] 郭牛喜,陶能進(jìn),李明輝.我國特大型現(xiàn)代化選煤廠設(shè)計的實(shí)踐與展望[J].煤炭工程,2012(S1).

[3] 戴少康.選煤工藝設(shè)計實(shí)用技術(shù)手冊[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2010.

[4] 謝廣元.選礦學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2001.

[5] 石紹輝,成 勇,李慶芳.趙樓選煤廠的設(shè)計分析[J].選煤技術(shù)，2012(6).

[6] 匡亞莉.選煤工藝設(shè)計與管理[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2006.

[7] 陶能進(jìn),牛宏宇,石新紅,等.平朔安家?guī)X煤礦特大型高效選煤廠設(shè)計特點(diǎn)[J].煤炭工程，2004(6).

[8] 于子剛,王正書,陳 浩,等.安家?guī)X礦選煤廠介質(zhì)回收工藝設(shè)計特點(diǎn)[J].選煤技術(shù)，1999(2).

[9] 李志勇,張法軍,喬 繼.淺談高效選煤廠的設(shè)計特點(diǎn)[J].煤質(zhì)技術(shù)，2001(6).

[10] 王政軍.先進(jìn)、實(shí)用型高效選煤廠的設(shè)計理念[J].煤炭加工與綜合利用,2006(3).

Design and analysis of super-large thermal coal preparation plant in Haerwusu

TAN Xing-fu

(China Coal Technology & Engineering Group, Beijing Huayu Engineering Co., Ltd., Henan, Pingdingshan 467000, China)

Based on quality of coal to be washed in Haerwusu coal preparation plant, the coal preparation technology is determined in consideration of product composition and flexible market.Introduced the idea of selecting raw coal preparation technology, meanwhile, presented features of technology design about feed preparation plant, main plant, product bunker and loading station quickly, which provides guidance for designing and modifying super-huge thermal coal preparation plant.

super-large thermal coal preparation plant; coal quality characteristic; product composition; technology design

1001-3571(2015)03-0086-04

TD948.1

B

2015-05-27

10.16447/j.cnki.cpt.2015.03.024

譚興富(1982—)，男，四川省綿陽市人，工程師，從事選煤設(shè)計與技術(shù)管理工作。

E-mail：txfhuayu@163.com Tel：15903905410