袁大灘選煤廠工程設(shè)計(jì)實(shí)踐

陳警衛(wèi)

(中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054)

1 選煤廠概述

袁大灘選煤廠為袁大灘礦井配套項(xiàng)目，位于袁大灘井田的中部劉家灣西北側(cè)約0.5 km的沙地中，生產(chǎn)能力為5.0 Mt/a，選煤方法為200～13 mm(預(yù)留下限降至8 mm的可能性)塊煤采用重介淺槽分選、小于13 mm末煤暫不分選但預(yù)留分選處理能力、粗煤泥采用離心機(jī)回收、細(xì)煤泥采用壓濾回收的工藝流程。選煤廠于2018年8月投產(chǎn)。入選原煤為中灰、中高全水、高揮發(fā)分、高熱值、中硫、低磷、低氟、低氯、一級含砷、高熱穩(wěn)定性、較低軟化溫度灰、粘結(jié)性指數(shù)為0的不粘煤和長焰煤。2018年7月15日配套礦井投產(chǎn)，選煤廠開始帶煤試生產(chǎn)，并一次投料成功，產(chǎn)品數(shù)質(zhì)量指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，安全設(shè)施穩(wěn)定可靠，符合設(shè)計(jì)規(guī)定要求，也滿足現(xiàn)場使用要求。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 煤質(zhì)特征

本礦首采區(qū)為2煤層，對其進(jìn)行鉆孔資料統(tǒng)計(jì)，預(yù)測原煤灰分，按照預(yù)測的原煤灰分校正就近生產(chǎn)煤礦小紀(jì)汗2號煤篩分浮沉資料，得到袁大灘選煤廠入選原煤篩分表和200～13 mm原煤浮沉表，分別見表1和表2。

表1 原煤篩分試驗(yàn)結(jié)果

由表1和表2可得出以下結(jié)論：

(1)袁大灘礦井原煤灰分為18.80%，屬于中等灰分煤，不經(jīng)過洗選可滿足一般動力煤用戶的要求，但對于發(fā)熱量要求較高的用戶，或井下煤質(zhì)發(fā)生變化時，不經(jīng)過洗選的原煤市場競爭力不強(qiáng)，企業(yè)效益未實(shí)現(xiàn)最大化，故增加原煤分選環(huán)節(jié)十分必要。

(2)大于13 mm塊原煤含量為45.78%，其灰分為19.38%，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(shí)現(xiàn)排矸降灰，優(yōu)化產(chǎn)品煤質(zhì)。

(3)小于0.5 mm原生煤泥含量為5.04%，灰分為26.14%，雖然含量較低，但灰分較原煤高，說明矸石較易碎且有一定泥化現(xiàn)象，因此在工藝選擇和設(shè)備選型中應(yīng)予以重視。

(4)小于1.4 g/cm3和大于2.00 g/cm3密度級為主導(dǎo)密度級，小于1.4 g/cm3密度級灰分較低，大于2.00 g/cm3密度級矸石灰分高達(dá)76.56%，說明在采用較高密度分選時，可以排出純矸，洗選出大量精煤。

(5)1.4～2.0 g/cm3密度區(qū)間的中間物含量較少，說明本礦煤的可選性較好，分選密度在此范圍變化時，對精煤的產(chǎn)率影響不大。

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

根據(jù)表2中數(shù)據(jù)，繪制入選200～13 mm原煤可選性曲線，見圖1。

表2 200～13 mm原煤浮沉試驗(yàn)結(jié)果

圖1 200～13 mm粒級原煤可選性曲線

由可選性曲線可知，當(dāng)分選密度低于1.3 g/cm3時，可選性為極難選；當(dāng)分選密度等于1.4 g/cm3時，可選性中等可選。

2.2 選煤工藝

在保證洗選產(chǎn)品質(zhì)量滿足市場要求前提下，遵循企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益最大化原則，選擇先進(jìn)高效、適應(yīng)性強(qiáng)、靈活方便、回收率高的分選工藝。最終確定的工藝流程(圖 2) 為：200～13 mm(預(yù)留下線降至8 mm的可能性)塊煤采用重介淺槽分選、小于13 mm末煤暫不分選但預(yù)留分選處理能力、粗煤泥采用離心機(jī)回收、細(xì)煤泥采用壓濾回收的工藝流程。

圖2 工藝流程

2.3 主要設(shè)備選型

選煤廠的工作制度為330 d/a、16 h/d，每天兩班生產(chǎn)，一班檢修。原煤倉前小時處理量與礦井一致，為Q=2 500 t/h，原煤倉后各環(huán)節(jié)不均衡系數(shù)根據(jù)GB 50359—2016《煤炭洗選工程設(shè)計(jì)規(guī)范》選取。所選設(shè)備處理能力均滿足塊煤洗選下限降至8 mm的通過量。主要設(shè)備選型見表3。

表3 主要設(shè)備選型

2.4 總平面布置

選煤廠主要單位工程包括原煤倉、準(zhǔn)備車間、主廠房、塊煤地銷倉、產(chǎn)品倉、矸石倉、濃縮車間及泵房、火車快速裝車站、汽車快速裝車站、電控樓、綜合化驗(yàn)樓、機(jī)電修理車間、材料棚等，根據(jù)廠區(qū)地形，采用一字型平面布置。

(1)原煤倉：原煤倉為2座φ22 m的鋼筋混凝土圓筒倉，每個倉容量10 000 t，總?cè)萘?0 000 t。倉上采用膠帶輸送機(jī)加犁式卸料器配煤，每個倉下布置6個倉口，共設(shè)12臺振動給煤機(jī)，給煤機(jī)呈相對布置。原煤倉設(shè)置單獨(dú)的電梯間和檢修間，倉上設(shè)起吊梁和電動葫蘆。

(2)準(zhǔn)備車間：采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)布置形式，準(zhǔn)備車間外形尺寸35m×18m×20.40m(局部高26.40 m)。原煤由2臺雙層弛張篩進(jìn)行分級作業(yè)(預(yù)留1臺雙層弛張篩位置)，弛張篩上層為固定篩，篩孔35 mm(出料端局部100 mm)，下層為弛張篩，篩孔為13 mm。同時準(zhǔn)備車間原煤可通過203配倉刮板的卸料閘門(帶50 mm方格板)落入準(zhǔn)備車間內(nèi)的鍋爐煤倉儲存，末煤通過倉口溜槽閘門給入211帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載，供鍋爐房用煤。

(3)主廠房：主廠房采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)布置形式，主廠房外形尺寸43m×22m×33.4m。主廠房設(shè)備布置按順煤流方向呈階梯狀和大廳式布置，主要層面5層，局部7層。工藝布置按系統(tǒng)分為塊煤洗選系統(tǒng)、粗煤泥回收系統(tǒng)、壓濾回收系統(tǒng)，主廠房功能分區(qū)明確，廠房明亮整潔。主廠房設(shè)置了提升孔和樓梯間，并考慮了汽車可以開進(jìn)廠房內(nèi)，設(shè)有檢修通道。主廠房設(shè)置1臺電動單梁橋式起重機(jī)，用于重介淺槽分選機(jī)、精煤脫介篩、壓濾機(jī)等主要設(shè)備的檢修。主廠房為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)廠房，樓板為混凝土結(jié)構(gòu)和網(wǎng)格板相結(jié)合樓板，各種跑冒滴漏和打掃衛(wèi)生的煤泥水通過各層地溝很方便的進(jìn)入底層平面，通過地溝進(jìn)入集水池，然后由排污泵打入矸石脫介篩進(jìn)行回收處理。

主廠房工藝布置主要有以下特點(diǎn)：① 布置合理緊湊，采用鋼筋混凝土布置，布置緊湊，廠房體積小，上煤點(diǎn)低；② 主要工藝設(shè)備采用先進(jìn)可靠的大型設(shè)備，系統(tǒng)可靠性高，靈活性強(qiáng)；③ 按照工藝作業(yè)特點(diǎn)，分區(qū)明確，便于操作管理；④ 生產(chǎn)系統(tǒng)靈活，生產(chǎn)方式多樣，可以最大程度的適應(yīng)市場需求和變化；⑤ 各設(shè)備采用分層布置方式，使上工序物料以自流的方式給入下一工序設(shè)備中，減少了中間運(yùn)輸環(huán)節(jié)，物料運(yùn)輸路徑短，管道省，減少了能耗和管路磨損；⑥ 主要工藝設(shè)備的上方留有合理的檢修空間和檢修孔，便于設(shè)備部件的檢修起吊。

(4)產(chǎn)品倉：設(shè)3座φ22 m的鋼筋混凝土圓筒倉，每個倉容量10 000 t，總?cè)萘?0 000 t。倉上采用可逆式移動配倉輸送機(jī)，塊精煤(混精煤)產(chǎn)品可以均勻配至2個倉內(nèi)，末煤(混煤)產(chǎn)品可以均勻配置3個倉內(nèi)，產(chǎn)品煤可以實(shí)現(xiàn)最大程度的互換儲存。每個產(chǎn)品倉下設(shè)6個倉口，共設(shè)18臺振動給煤機(jī)，給煤機(jī)呈相對布置。產(chǎn)品煤通過分岔溜槽和閘門實(shí)現(xiàn)既可以去汽車裝車外運(yùn)，也可以火車快速裝車外運(yùn)銷售。產(chǎn)品倉設(shè)置單獨(dú)的電梯間和檢修間，倉上設(shè)起吊梁和電動葫蘆，用于起吊和檢修。

3 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

3.1 先進(jìn)、高效選煤方法

本礦煤為動力煤，其主要用途是作為電力、化工、民用等動力用煤。并且原煤灰分較低，發(fā)熱量高，所以在末煤沒有高端的用戶之前，分選粒級不宜太低。洗選加工以穩(wěn)定煤質(zhì)，降低灰分與硫分、提高發(fā)熱量、滿足用戶對產(chǎn)品的質(zhì)量要求為原則，入洗下限以13 mm為宜。

在充分考慮煤質(zhì)和市場變化的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前國內(nèi)外選煤技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，選煤廠可行性研究報(bào)告對塊煤采用重介淺槽分選、跳汰分選等多種選煤方法進(jìn)行了技術(shù)分析，最終確定13～200 mm塊煤采用重介淺槽分選，小于13 mm末煤不分選。

3.2 工藝流程先進(jìn)、靈活

工藝系統(tǒng)分為4大部分，即原煤準(zhǔn)備系統(tǒng) 、主洗系統(tǒng)、介質(zhì)回收系統(tǒng)和煤泥水系統(tǒng)。根據(jù)煤質(zhì)和用戶的不同要求，確定了5種不同的生產(chǎn)方式，可以滿足不同用戶對產(chǎn)品的要求。

3.3 總平面布置合理、緊湊

總平面一字型布置，生產(chǎn)工藝順暢、合理；并妥善處理近期建設(shè)和遠(yuǎn)期發(fā)展的關(guān)系，發(fā)展端盡可能預(yù)留在廠區(qū)邊界。在有利生產(chǎn)、方便管理的前提下，將不同功能的建、構(gòu)筑物因地制宜、合理分區(qū)；在滿足生產(chǎn)使用、防火、衛(wèi)生、安全、環(huán)保等要求下，將相同功能的建、構(gòu)筑物聯(lián)合或同體布置，減少占地。

3.4 設(shè)備配置大型化、高效化、節(jié)能化

重介淺槽選用國內(nèi)最大型號的淺槽分選機(jī)，處理能力大，系統(tǒng)布置得以大幅簡化。原煤分級篩選用2臺3.6×8.5雙層香蕉篩，上層篩孔φ200 mm，下層篩孔φ13 mm，脫介效果顯著。

3.5 生產(chǎn)管理現(xiàn)代化

重介系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)對象為精煤脫介篩篩下合格懸浮液的自動分流箱分流閥及合格介質(zhì)桶補(bǔ)加循環(huán)水閥，精煤預(yù)期灰分為外環(huán)給定，灰分測量儀測量值(反饋信號)與之比較，其偏差經(jīng)過PI調(diào)節(jié)后輸出作為內(nèi)環(huán)給定輸入，密度變送器測量值(反饋信號)與之比較，其偏差經(jīng)過PID調(diào)節(jié)后輸出作用于執(zhí)行器(分流箱分流閥及合格介質(zhì)桶補(bǔ)水閥)，內(nèi)環(huán)經(jīng)過PID調(diào)節(jié)后設(shè)一個偏差比較器，當(dāng)偏差Δd為正偏差時，輸出作用于合格介質(zhì)桶補(bǔ)水閥；當(dāng)偏差Δd為負(fù)偏差時，輸出作用于分流箱分流閥。

3.6 綜合自動化程度高

選煤廠的集控技術(shù)先進(jìn)，自動化程度高，所需崗位工少，工藝參數(shù)顯示明了、直觀；采用智能綜合保護(hù)體系和人/機(jī)界面交互技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)過程的高產(chǎn)、高效和崗位無人值守；實(shí)現(xiàn)了設(shè)備分選密度的自動控制、系統(tǒng)自動啟停車、事故自動報(bào)警、火車快速裝車，汽車裝車集空車稱重、自動裝車、自動加煤、重車過磅、自動打印于一體。

4 結(jié) 語

袁大灘選煤廠結(jié)合原煤煤質(zhì)特點(diǎn)選擇先進(jìn)、高效的選煤方法；根據(jù)煤質(zhì)和用戶的不同要求，確定了5種不同的生產(chǎn)方式，滿足不同用戶對產(chǎn)品的要求；根據(jù)征地的特殊性，平面采用一字型布置，生產(chǎn)工藝順暢、合理；設(shè)備配置大型化、高效化、節(jié)能化，重介淺槽選用國內(nèi)最大型號的淺槽分選機(jī)，處理能力大，系統(tǒng)簡單；采用先進(jìn)的自動監(jiān)測和重介密度自動控制系統(tǒng)，生產(chǎn)管理現(xiàn)代化。該廠投產(chǎn)至今已3 a，2019年、2020年的原煤處理量分別4.9 Mt、5.2 Mt，精煤平均灰分為7%，平均介耗為0.80 kg/t，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。