东峡选煤厂选煤工艺设计与分析

2016-01-19陈卫东貟彦章

选煤技术 2016年2期

陈卫东，刘雪，貟彦章

(华亭煤业集团有限责任公司技术中心，甘肃华亭 744100)

东峡煤矿位于甘肃省华亭县，隶属于华亭煤业集团有限责任公司，矿井产能为1.50 Mt/a，主采煤层为煤6-1、煤6-2上、煤6-2中、煤6-2下，局部可采煤层为煤6-3、煤6-4、煤6-5。目前开采煤层为煤质较差的煤6-1，煤层夹矸较多。根据原煤煤质特征，该煤矿原煤灰分较高，属于中灰、低硫、中高挥发分的长焰煤或不粘煤，可作为发电、气化、化工用煤和民用燃料。在实际生产过程中，该煤矿原煤经分级和人工拣矸后直接作为产品销售，但随着矿井开采机械化程度的提高，原煤含矸率和灰分均升高，加上当地煤炭市场竞争日益激烈，经简单排矸后的煤炭产品质量仍达不到用户要求。为了实现煤矿的可持续发展，提高煤炭产品质量，迫切需要建设配套选煤厂，以对原煤进行有效洗选，提高产品的市场竞争力。

1 原煤煤质特征

在设计配套的东峡选煤厂过程中，以同一井田陈家沟煤矿的原煤煤质资料作为初始煤质资料，在对煤质资料进行适当调整后，将其作为设计依据。由于两矿原煤的赋存条件和煤质特征相似，且开采方法相同，故其具有相似性和代表性。

1.1 粒度特性

东峡选煤厂原煤的粒度特性见表1。

表1 东峡选煤厂原煤粒度特性

由表1可知：3～0.5 mm粒级产率较高，50～30、0.5～0 mm粒级产率都较低，其余各粒级产率相近；>50 mm粒级矸石占全样产率为7.62%，占本粒级产率为34.97%，说明原煤中矸石多，需要对其进行排矸处理。

1.2 密度特性

东峡选煤厂原煤的密度特性见表2。由表2可知：低密度级产率高而灰分低，主导密度级为1.30～1.40 g/cm3密度级，产率为47.22%，灰分为5.32%；其次为<1.30 g/cm3密度级，产率为23.91%，灰分为3.19%；高密度级产率较高，灰分高，矸石纯度高，>1.80 g/cm3密度级产率为20.53%，灰分为82.40%；中间密度级(1.50～1.80 g/cm3)产率很低，仅为4.14%，这样的密度分布有利于煤炭洗选；煤泥产率也很小，而灰分为31.63%，明显高于原生煤泥灰分，这说明矸石存在泥化现象。

此外，根据80～13 mm粒级原煤的可选性曲线(图1)可知：分选密度在1.50～1.80 g/cm3之间时，δ±0.1含量<10.00%，说明原煤为易选煤。

表2 东峡选煤厂原煤密度特性

图1 80～13mm级原煤的可选性曲线

2 设计原则

在设计东峡选煤厂过程中，在充分利用原生产系统的同时，本着简化生产系统，降低投资的原则，研究了地面生产系统与场地空间布置，并遵循以下设计原则：

(1)矿井采用斜井开拓，原煤自工作面经顺槽、石门、暗斜井、主斜井、转载、上仓六条带式输送机至主选车间。由于运输过程中原煤没有经过缓冲，对生产影响较大，故需要设置缓冲仓。

(2)东峡煤矿的工业场地空间有限，可布置的选煤厂的厂地有效长度和宽度均仅为76 m，主厂房、产品仓、原煤缓冲仓、胶带走廊的布置对储煤场和原建(构)筑物有一定的影响。在充分论证与分析后，拆除工业场地内原选煤车间的手选捡矸系统和部分胶带走廊。

(3)根据原煤煤质特点和煤炭市场需求，确定该选煤厂的煤炭产品主要作为电厂燃煤、民用煤及化工用煤。根据煤炭产品市场定位，该选煤厂既要实现原煤的全部(<80 mm)入选，又要实现部分末煤(<13 mm)入选。这样设计的优点在于：由于块煤价格明显高于末煤，>80 mm粒级块煤其产量较小，可经手选捡矸后直接销售；同时可将洗块煤分成洗中块和洗小块两种产品，以满足不同用户的需求；此外，根据原煤煤质情况，可以随时调节末煤入选量，以节省生产成本，提高企业经济效益。

3 选煤工艺的确定

由于入选原煤>50 mm粒级矸石产率高，末煤低位发热量相对较低(在18.40 MJ/kg左右)，中煤产率较大(占块煤量的13.67%～24.90%)，结合当地煤炭产品市场需求，东峡选煤厂的建设目标为：有效排除矸石，提高中煤产量，降低末煤灰分并提高其发热量。

目前，技术比较成熟、先进、高效的选煤设备有浅槽重介质分选机[1]、跳汰机、重介质旋流器[2]等，结合原煤全部入选的目标，现就下述两个方案进行比较分析。

3.1 方案一

原煤被破碎到200 mm以下，脱泥、分级后全部入选：200～13 mm粒级由浅槽重介质分选机分选[3]，13～0.25 mm粒级由重介质旋流器分选，<0.25 mm粒级细煤泥浓缩、压滤回收，>0.25 mm粒级粗煤泥直接回收。主选系统布置双系统，其中一套为以浅槽重介质分选机为核心设备的块煤分选系统[2]，另一套为以重介质旋流器为核心设备的末煤分选系统，煤泥水浓缩系统配置两台带斜管的ZNF-18浓缩机。

由于采用块煤、末煤两套系统生产，原煤入选粒度上限高(可达200 mm)[4]，既能实现全部入选，又能实现块煤(200～13 mm粒级)或末煤(<13 mm粒级)部分分选；产品结构更合理，主导产品包括200～50 mm粒级洗大块，50～25 mm粒级洗中块，25～13 mm粒级洗小块，<13 mm粒级洗末煤。但双系统结构复杂，占用面积与空间较大，初期投资大；重介质旋流器不能充分发挥分选粒度下限低的优势，脱除的煤泥量较大，生产成本增加；此外，在仅分选块煤或末煤时，另一个系统停止运行，导致系统洗选能力降低。

3.2 方案二

原煤经80 mm分级后，>80 mm粒级经手选捡矸后作为产品，<80 mm粒级以不脱泥[5]、不分级方式全部入选：80～0.25 mm粒级由无压三产品重介质旋流器分选[6]，>0.25 mm粒级粗煤泥直接回收，<0.25 mm粒级细煤泥浓缩、压滤回收。该工艺主导产品为>80 mm粒级筛大块、80～25 mm粒级洗中块、25～13 mm粒级洗小块、<13 mm粒级洗末煤、<80 mm粒级洗中煤。主选车间布置一套分选系统，煤泥水浓缩系统配置SZPT8一段斜管浓缩机1台，ST10二段斜管浓缩机2台。

对于<80 mm粒级原煤，该工艺系统成熟，分选精度高，有效分选粒度下限低(<0.25 mm)，一次可以分选出精煤、中煤、矸石三产品，且可以1.40 g/cm3左右的低密度悬浮液实现2.00 g/cm3以上的高密度排矸任务；悬浮液与原煤分别给入设备，不受原煤煤质变化影响，分选密度等参数易于测控，方便实现自动控制；系统工艺结构简单，占用面积与空间较小[6-7]。此外，由于中煤产量增加，预计每年的销售收入增加320万元。

两种选煤方案对应的技术经济指标见表3。

表3 两种选煤方案的技术经济指标对比结果

由表3可知：从技术条件方面分析，两个方案均具备可行性；但从项目投资、销售收入、吨煤加工费三方面分析，方案二的效果更好。故确定的选煤工艺为：原煤经80 mm分级后，>80 mm粒级经手选捡矸后作为产品，<80 mm粒级以不脱泥、不分级方式全部入选；80～0.25 mm粒级由无压三产品重介质旋流器分选，>0.25 mm粒级粗煤泥直接回收，<0.25 mm粒级细煤泥浓缩、压滤回收。

4 工艺布置

4.1 原煤准备系统

矿井原煤经转载、上仓带式输送机输送至选煤车间，经80、13 mm分级后，分为>80、80～13、<13 mm三个粒级，其中：>80 mm粒级块煤进入原选煤车间，经手选拣矸后作为最终产品，<80 mm粒级原煤进入各自洗选系统。原煤准备系统工艺布置如图2所示。

图2 原煤准备系统工艺布置图

4.2 主选系统

为解决原煤缺少缓冲仓的问题，对生产系统进行了改造。新建一条转载胶带走廊，并使其与上仓胶带走廊相接；在两条走廊衔接处布置一个直径为10 m、高度为21 m的圆筒缓冲仓。针对工业场地面积有限的实际情况，拆除原选煤车间的部分胶带走廊，进而布置相关工艺系统；充分利用新建选煤车间的筛分系统，在分级溜槽下方布置入选原煤收集胶带，根据当地市场变化和煤质情况，及时调节原煤入选方试；拆除原选煤车间的手选捡矸系统，新建1个大块煤产品仓，并布置大块矸石、杂物手选系统。主选系统工艺布置如图3所示。