安家莊選煤廠選煤工藝設(shè)計(jì)

＊周丫舒

（中國煤炭科工集團(tuán) 武漢設(shè)計(jì)研究院有限公司 湖北 430064）

安家莊選煤廠建設(shè)單位為甘肅永潤煤基新材料集團(tuán)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(nèi)，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(jié)性、中高揮發(fā)分等特點(diǎn)。

1.煤質(zhì)分析

安家莊礦井屬于新建礦井，根據(jù)前20年的礦井排產(chǎn)表及地質(zhì)報(bào)告進(jìn)行預(yù)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(shè)，無法得到生產(chǎn)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(zé)任公司高家堡煤礦2020年6月25日所生產(chǎn)的原煤的篩分、浮沉試驗(yàn)資料，并進(jìn)行校正后，得到安家莊礦井原煤的篩分、浮沉結(jié)果。

（1）篩分結(jié)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(yuǎn)高于原生煤泥總灰分29.02%，說明細(xì)顆粒中矸石粉含量高見表1。

表1 原煤篩分結(jié)果表

（2）浮沉結(jié)果分析：主導(dǎo)密度級為1.30～1.40 kg/L，200～80mm、80～3mm粒級產(chǎn)率分別為51.66%、49.23%，灰分分別為8.38%、7.19%，次主導(dǎo)密度級為+2.0kg/L，產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品方案

安家莊選煤廠設(shè)計(jì)產(chǎn)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(chǎn)品方案靈活，可根據(jù)煤質(zhì)變化情況、市場情況和用戶要求情況調(diào)整，80～25mm洗中塊也可破碎至-25mm做化工園原料煤，洗大塊煤產(chǎn)品也可破碎至-80mm作為洗中塊產(chǎn)品，同時預(yù)留中煤通道，后期根據(jù)煤質(zhì)情況可出中煤，做電煤產(chǎn)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(yīng)從滿足產(chǎn)品質(zhì)量及粒度要求、適應(yīng)設(shè)備的有效分選粒度和當(dāng)?shù)厣a(chǎn)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(shè)備有效分選粒度外，還應(yīng)盡量減少選前破碎量。根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)考慮單獨(dú)出塊煤產(chǎn)品。從煤質(zhì)資料分析可知，本區(qū)塊煤中矸石含量較高，應(yīng)進(jìn)行分選排矸。根據(jù)目前塊煤分選設(shè)備適宜的有效分選上限及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)塊煤產(chǎn)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(zhì)和產(chǎn)品定位有關(guān)。本廠主要產(chǎn)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(shí)現(xiàn)以上產(chǎn)品定位，本次設(shè)計(jì)分別計(jì)算6mm脫粉、3mm脫粉及不脫粉時的產(chǎn)品情況，具體詳見表5。

表5 不同分選下限選后產(chǎn)品對比表

由表5可知，在滿足主要用戶對產(chǎn)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(chǎn)率最高，為47.31%，遠(yuǎn)高于分選下限為6mm時的43.14%及不脫粉時的38.13%?？紤]到化工園原料煤年用煤量（419萬噸/年）遠(yuǎn)大于項(xiàng)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(tǒng)投資，因此設(shè)計(jì)推薦采用3mm脫粉，同時考慮市場變化及井下來煤煤質(zhì)波動的情況，預(yù)留不脫粉的可能性。

（2）選煤方法。依據(jù)煤質(zhì)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(shè)計(jì)考慮對+80mm大塊煤進(jìn)行預(yù)排矸，這樣不僅有效減少大塊矸石進(jìn)入末煤產(chǎn)品中，還有效代替人工手選，提高生產(chǎn)效率。

①大塊煤預(yù)排矸方法的選擇。目前適應(yīng)于塊煤排矸分選的設(shè)備主要有智能干選機(jī)、動篩跳汰機(jī)和淺槽分選機(jī)。

A.智能干選機(jī)是目前應(yīng)用較熱門的一種新型設(shè)備，其分選原理為：通過X射線和圖像識別技術(shù)，運(yùn)用深度學(xué)習(xí)算法技術(shù)，識別煤和矸石，再通過控制系統(tǒng)控制高壓氣槍，將煤和矸石進(jìn)行分離。智能干選機(jī)系統(tǒng)簡單、寬度窄、體積小，因不見水、不用介質(zhì)，因此不需要煤泥水及介質(zhì)系統(tǒng)，工藝流程簡化，環(huán)節(jié)少，故障點(diǎn)也少，故障率低。

B.動篩跳汰機(jī)用于大塊煤排矸，分選上限可達(dá)300mm，有效分選下限至50mm。相對于智能干選機(jī)，動篩跳汰機(jī)具有如下缺點(diǎn)：系統(tǒng)復(fù)雜，需配套設(shè)置產(chǎn)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(dāng)給料不均勻時矸石中跑煤。通過調(diào)研了解到，在實(shí)際生產(chǎn)中動篩跳汰機(jī)存在矸石帶煤量較大的情況，而且設(shè)備維修量較大。

C.重介淺槽分選機(jī)專用于處理塊煤的高效分選設(shè)備，應(yīng)用廣泛。但由于增加了介質(zhì)和煤泥水系統(tǒng)，介質(zhì)系統(tǒng)管路磨損快，維護(hù)費(fèi)用高；另外，+80mm塊煤若采用重介淺槽分選機(jī)分選，不能發(fā)揮其分選粒度寬的優(yōu)勢。

綜上所述，設(shè)計(jì)采用了智能干選機(jī)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(nèi)-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(jù)鄰近高家堡、亭南選煤廠生產(chǎn)及產(chǎn)品銷售情況，為保證精煤產(chǎn)品灰分，兩產(chǎn)品旋流器中矸石存在帶煤的問題，設(shè)計(jì)推薦采用無壓三產(chǎn)品重介旋流器作為分選設(shè)備，該設(shè)備可用一種低密度介質(zhì)實(shí)現(xiàn)高密度排矸，可以同時分選出三種產(chǎn)品，生產(chǎn)操作方便。同時設(shè)計(jì)將精煤、中煤合并為一種產(chǎn)品，進(jìn)一臺脫介篩脫介，以簡化工藝環(huán)節(jié)。根據(jù)煤質(zhì)變化和市場情況，預(yù)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(chǎn)品重介旋流器分選的工藝，-3mm不分選，減少進(jìn)入水洗系統(tǒng)的入料量。當(dāng)煤質(zhì)波動時也可以不脫粉，-3mm級末煤部分或全部進(jìn)入旋流器分選見圖1。

圖1 安家莊工藝流程圖

5.結(jié)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(chǎn)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(jìn)完善的工藝流程，在提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的同時，也符合國家產(chǎn)業(yè)政策。