土耳其波里亚克(POLYAK)选煤厂设计与建设过程

2022-01-27张贤贤吴朝荡汤义春

煤炭加工与综合利用 2021年12期

刘涛，张贤贤，吴朝荡，汤义春，方玥

(北京国华科技集团有限公司，北京 101300)

1 概述

土耳其位于欧亚大陆连接点，是“一带一路”互连互通的重要桥梁，近年来，该国政府积极响应我国“一带一路”的倡议，将使其在欧亚大陆发挥更重要的作用。

90年代以来，土耳其经济呈现连续增长的态势，位居全球十大新兴市场国家之列。近年来，该国能源需求呈上升趋势，煤炭年需求近亿吨。土耳其煤炭资源比较丰富，探明资源储量有140多亿吨，其中褐煤资源占绝大多数，有139 亿t之多。该国煤炭年产量最高接近8 000 万t，褐煤占90%以上。

该国的波里亚克(POLYAK)选煤厂项目是北京国华科技集团有限公司(以下简称“国华科技”)以全资收购的美国丹尼斯Daniels公司名义总承包的工程项目，这是中国在土耳其建设的首座采用中国设计和成套设备、具有中国特色的现代化湿法选煤厂(见图1)。

图1 土耳其波里亚克选煤厂(注：主厂房不设置外墙)

该选煤厂位于土耳其西部伊兹密尔省贝尔加马镇的东南方向，地理位置见图2。

图2 波里亚克选煤厂地理位置示意

波里亚克选煤厂分选褐煤，为矿井型选煤厂，设计处理能力为600 t/h，按每日生产20 h，全年生产325 d工作制度计算，年处理能力3.90 Mt。

国华科技于2017年8月开始着手该项目的投标工作，中标后于同年12月签订总承包工程合同，至2020年10月顺利完成生产调试任务。

笔者作为该厂的选煤工艺设计人员，经历了工程设计及现场施工全过程，现对波里亚克选煤厂建设项目作一简介。

2 原料煤性质

波里亚克选煤厂为矿井型选煤厂，该矿井正在建设中，为中方提供的原料煤煤质资料是相邻矿井煤质相近的数据。

2.1 泥化情况

波里亚克选煤厂入选的是褐煤，按我国的褐煤情况来看，褐煤属煤化程度最年轻的煤炭，含水量大，水分一般在15%～50%，在湿法选煤过程中吸水能力强，遇水浸泡泥化程度严重，致使煤泥水处理常常陷于困难之境。为慎重起见，对方于2017年11月20日取样寄到中国后，在实验室专门进行了褐煤浸泡试验，试验结果如图3所示。

图3 褐煤全水分和浸泡时间的关系

从图3中可看出，褐煤浸泡1 h后，全水分为11.90%，浸泡5 h后全水分增加了1.73个百分点，浸泡24 h后全水分增幅平缓，仅增加了1.04个百分点，浸泡72 h后全水分增加微乎其微。肉眼观察浸泡水未见浑浊现象，这表征该煤样泥化现象不显著，可能属于高变质程度褐煤，接近于不粘结煤牌号。

2.2 粒度组成

土耳其业主提供的原料煤粒度特性曲线如图4所示，按中国惯例，当特性曲线呈凹形时表征粒度组成偏细，此特性曲线基本呈线性，故从图4可判断，原料煤粒度组成较为均匀、稍细一些。

图4 原料煤粒度特性曲线

煤泥粒度特性曲线见图5，从图中可看出该线基本上呈一条斜线，说明煤泥粒度组成均匀。

图5 煤泥(<0.5 mm)粒度特性曲线

2.3 密度组成

波里亚克选煤厂计划生产3种不同粒级的精煤，土方业主在原料煤粒度组成相同的条件下，对各粒级原料煤和煤泥提出了4组密度组成的数据(见表1、表2、表3、表4)，>18 mm、18～10 mm、10～0.5 mm粒级原料煤和0.5～0.15 mm粒级煤泥的精煤产率及其灰分关系曲线分别见图6～图9。

表1 原料煤密度组成

表2 原料煤精煤理论产率

从表1数据可以看出，各粒级原料煤性质都有大幅度的变动，以产率(占原料煤)为42%的主导粒级大于18 mm粒级为例，灰分在35.14%～47.54%，小于1.50 kg/L密度级产率(占本粒级)在26.22%～44.37%，大于1.90 kg/L密度级产率(占本粒级)在29.54%～51.62%之间。从图6中可看出当精煤灰分为18%时，这四组煤样中，精煤理论产率(占原料煤)最大的为25.91%，而当精煤灰分为15%，精煤理论产率(占原料煤)最小值为10.29%，二者比值为2.52。18～10 mm和10～0.5 mm二个粒级也存在以上类似的情况。

图6 大于18 mm粒级原料煤的精煤产率及其灰分关系曲线

0.5～0.15 mm粒级是土方业主在各个密度级灰分均相同的条件、变动密度组成，从而列出了4组数据(见表3)，由此，从图9中也可得到该粒级的精煤理论产率(表4)。

图9 0.5～0.15 mm粒级煤泥的精煤产率及其灰分关系曲线

表3 0.5～0.15 mm粒级煤泥密度组成

表4 0.5～0.15 mm粒级煤泥精煤理论产率

从以上可知，土方业主所提供的并不都是真正的煤质可选性资料，而是土方业主为使该选煤厂能在较大范围内适应入选原料煤性质的变化，作一些适当调整的数据。

中方在这些数据的基础上，进行相应的数质量流程计算，取得精煤、中煤、矸石的产率最大值，以此确定处理各重介产品的机械设备能力。

图7 18～10 mm级原料煤的精煤产率及其灰分关系曲线

图8 10～0.5 mm级原料煤的精煤产率及其灰分关系曲线

3 工艺流程

原煤经分级破碎车间后由胶带输送机运至原煤仓，然后由仓下给煤机给入胶带输送机运至主厂房进入无压给料三产品重介旋流器，分选出的精煤经平面泄介固定筛一次脱介后，再经振动脱介筛二次脱介、脱水、分级，大于18 m精煤直接作为精煤产品由胶带输送机运至精煤仓，18～10 mm、10～0.5 mm粒级精煤分别经卧式振动离心机再次脱水后作为精煤产品，分别由胶带输送机运至各自精煤仓；分选出的中煤经平面泄介固定筛一次脱介后，再经振动脱介筛二次脱介、脱水后作为最终产品由胶带输送机运至中煤仓；分选出的矸石经振动脱介筛脱介、脱水后作为最终产品由胶带输送机运至矸石仓。

精煤平面泄介固定筛筛下合格悬浮液一部分进入煤泥重介旋流器，煤泥重介旋流器溢流一部分和精煤振动脱介筛筛下稀介质一起进入精煤磁选机，另一部分进入原煤合格介质桶；中煤、矸石振动脱介筛筛下稀介质分别进入各自的磁选机。

精煤磁选机尾矿进入精煤泥弧形筛分级，弧形筛筛上物由卧式刮刀离心机脱水后作为粗精煤产品由胶带输送机运至精煤仓；矸石磁选机尾矿进入粉矸石弧形筛分级，筛上物进入矸石振动脱介筛脱水后进入矸石产品系统；精煤泥弧形筛筛下水、中煤磁选机尾矿和粉矸石弧形筛筛下水一起进入煤泥水系统。

煤泥水采用两段浓缩、两段回收工艺流程，煤泥水先进入一段斜管浓缩机浓缩，一段斜管浓缩机底流采用沉降过滤离心脱水机回收，脱水后的粗煤泥进入中煤产品系统；一段浓缩机溢流和沉降过滤式离心脱水机滤液和离心液进入二段浓缩机浓缩，二段浓缩机底流采用压滤机回收，二段浓缩机溢流和压滤机滤液作为循环水返回使用。

图10 波里亚克选煤厂工艺流程

4 工艺特色

虽然土耳其国土面积绝大多数在亚洲，但自身认为是欧洲国家，在政治地域版图上也属于西方世界。可以说波里亚克选煤厂是我国在西方首建的具有中国选煤工艺特色的湿法选煤厂。

重介质选煤源于西方世界，其特色是原料煤预先脱泥，采用的是两产品重介质旋流器，原料煤有压给料。中国也是由此起步前进的，在生产实践中有所创新，发展为选前不脱泥，采用的是三产品重介质旋流器，原料煤无压给料。

4.1 选前不脱泥

选前脱泥的目的是避免煤泥在循环重悬浮液中的聚集，如果能够从循环重悬浮液中及时、合理的进行分流净化，从而将煤泥量保持在适当的比例，那预先脱泥就没有必要了。

选前不脱泥有以下优点：

(1)去除了脱泥率仅为50%～75%湿法脱泥作业和复杂的脱泥筛筛下水处理系统，简化了工艺流程，节约了基建和运营费用。

(2)充分发挥了重介质旋流器和煤泥重介质旋流器联合分选的潜力，可将分选下限降至0.15 mm，提高了精煤产率。

(3)免除湿法脱泥的水量，减轻了煤泥水处理的负荷。

(4)降低了动力消耗，可将吨煤电耗降至3.5 kW·h以下。

例如淮北矿业集团涡北矿原料煤分别由涡北选煤厂(选前不脱泥)和涡北煤矿选煤厂(选前脱泥)分选，前者吨煤效益较后者增加了8.8元。

4.2 采用三产品重介质旋流器

三产品重介质旋流器由第一段圆筒状旋流器和第二段圆柱—圆锥状旋流器组合而成，重介质(磁性物)在第一段旋流器中受离心力场的作用得以浓缩，致使进入第二段旋流器的悬浮液密度升高，可用单一低密度实现高密度分选。全厂只需一套重悬浮液制备系统，即可满足生产需要。

4.3 无压给料

有压给料必将增加次生煤泥，淮南矿业集团顾桥、淮北矿业集团临涣等选煤厂的生产实践证明，合格介质泵将混料桶中的原料煤和重悬浮液加压送入重介旋流器时，所产生的次生煤泥增加5～7个百分点。

据选煤厂反映，当发生不可预见的突发性停电时，原料煤堵塞在重介质旋流器和管道中，沉淀在混料桶中难以清理，严重影响正产生产。

4.4 煤泥重介质旋流器生产系统

众所周知，保证煤泥重介质旋流器正常生产前提是需要制备细粒度磁性物的重悬浮液。本工程设计的工艺路线是将含有细粒级磁性物的精煤脱介筛浓介质引入煤泥重介质旋流器，旋流器的轻、重产物由精煤磁选机和中煤磁选机分别处理，与传统工艺相比较，更加简化、高效。

合格悬浮液中细煤泥量是保证重介质旋流器精确分选的重要条件之一。而合格悬浮液中煤泥静态置换时间仅为10 min左右，所以不能指望合格重悬浮液的反复循环就能使煤泥本身细化。为维持合格悬浮液中细煤泥量，采取了以下措施：适量增大精煤脱介浓介质的分流量进入煤泥重介质旋流器，其含有细煤泥的轻产物，一部分返回到合格悬浮液中。

4.5 采用两段浓缩、两段回收的煤泥水处理流程

粗煤泥由沉降过滤式离心脱水机回收，脱水产物水分低且松散，将其掺入中煤产品，增加了附加产值。沉降过滤式离心脱水机离心液和一段浓缩机溢流进入二段浓缩机澄清、浓缩。这既可减少尾煤压滤机的入料量，降低生产成本，又可实现清水选煤和洗水闭路循环。

5 采用近年新开发的工艺设备

5.1 超级三产品重介质旋流器和煤泥重介质旋流器

超级三产品重介质旋流器和煤泥重介质旋流器具有中国原创型自主知识产权，处于国际领先水平。它们是在原有设备的基础上，进行了结构参数的优化，适当增加了各过流通道的截面积，减少了阻力损失，使物料按密度分层的运动更为精确，在确保工艺指标的前提下，大幅度提高了处理能力和排矸量，杜绝了过大块矸石堵塞旋流器的事故，将电耗降低了20%左右。

5.2 平面泄介固定筛

用平面泄介固定筛取代传统的精煤、中煤脱介弧形筛。平面泄介固定筛为不锈钢筛条筛面，其筛缝与煤流顺向排列的固定筛。

(1)根据与不同类型的机械振动脱介筛的配合，其水平夹角为15°或40°。与传统的脱介弧形筛相比，降低了厂房高度，节约了基建成本。

(2)筛面不需要定时翻转，还可适当加宽，以增大脱介、脱水、脱泥面积。

(3)筛缝间隙为0.5 mm，而不是传统脱介弧形筛的1.0 mm，使质量已合格的大于0.5 mm粗粒煤混入浓悬浮液中的概率大大减少。

(4)平面泄介固定筛局部磨损后，可定位修补，而不需要整体更新，延长了使用寿命。

5.3 超级等厚脱介筛

该机械振动脱介筛为国华科技与美国丹尼斯(Daniels)公司联合开发的香蕉筛，重介旋流器分选的产物一旦进入设备，瞬间就分离为粗、细2个粒级，各自按等厚筛原理脱介。由于粗粒级已被分离，脱介难度大的细粒级在单位筛面积上的处理量就相应减少，料层随之减薄，脱介效率就随之提高。

6 建设过程

波里亚克选煤厂建设工程包括以下内容：

(1)工艺、钢结构建筑物、供配电、照明、避雷、消防、集中控制、工业电视系统、通讯等设计；

(2)原煤仓、主厂房、浓缩车间、介质库、配电室、产品仓、胶带输送机走廊等的施工；

(3)各类机械设备和建设物资选购、非标准件加工制造；

(4)运输、安装、调试、技术服务和人员培训。

6.1 筹建阶段

国华科技详尽研究了土耳其的市场环境，做出了适应性强的筹划和施工方案，制定了各专业设计、机械设备、基建物资、施工安装的质量标准，在此基础上选择并确定合作的国内土建、电气设计公司，厂房钢结构件加工制造及安装公司，机械、电气设备安装公司，货物陆运、海运公司，与上述公司签订合同并核定工程实施计划及国内外物资采购明细。

6.2 施工图设计

针对国内外合作设计单位多的情况，迫切需要及时沟通、目标明确、步调一致的现实情况，依据合同的进度、质量要求，以技术先进、经济合理、安全适用的目标完成各阶段设计工作。

本工程设计采用项目负责制，划分为三级管理层次：总工程师负责重大设计原则的决策；国际部主管主抓工程，统筹内外关系；项目负责人制定实施细则，组织、协调各相关专业，开展工程设计。

为适用欧盟标准和土耳其施工规范，并尊重当地宗教民俗习惯，国华科技还专门聘用了该国一家公司进行技术咨询。

国华科技将波里亚克选煤厂建设视为首要重任，制定设计计划书和设计控制节点，高层领导及时召开设计进度会议，以节点控制、检查施工图文件完成进度和质量，并考核各专业设计人员，做到职责分明。

6.3 安装工程

为全面、有效、安全地控制安装工程进度和质量，于2019年3月成立了项目经理部，还派遣得力骨干组成领导班子，常驻土耳其工程现场，统一协调、指挥，实行项目经理负责制，对合同履约、工程工期及质量、安全生产、项目成本等方面，全面负责。

项目经理部组建各专业管理组，配齐中方技术人员；根据工程需要，下设以中方技术人员为主的钢结构、设备、电气安装作业队，各作业队再划分若干专业施工组，达到优质高效的目的。

开工前由各安装队伍制定施工计划、签字后提交。项目经理定时召开调度会，解决矛盾、协调关系，保证按照施工进度计划进行；根据计划节点考核各项进度，发现有延期情况，必须在第二个节点制定补救措施，如若在三个节点内依旧延期，应立即汇报上级、并制定解决方案。

在多方努力下，波里亚克选煤厂自2019年4月开始施工安装，同年12月建成。

安装过程中也遇到了不尽人意的地方，比如塔吊及汽车吊等特殊起重工种，是业主负责、由该国人员操作的，土耳其绝大部分民众信奉伊斯兰教，这些起重司机在每日工作时内还要有半小时的祈祷，宗教节日期间也会影响工作(比如斋月期间白天不吃饭、不喝水)。中方工作人员通过调整作息时间来配合当地的习俗，把安装进度的影响降到最低。

7 调试生产

由于波里亚克矿井建设原因延误出煤以及新冠疫情的影响，原定于2020年2月中旬的调试计划被搁置；直到同年7月，业主才向国华科技发出通知，称现场原煤、水、电、磁铁粉、药剂等调试材料已具备条件，要求尽快派遣人员前去现场调试；此时国内新冠疫情已趋于稳定，但土耳其的新冠疫情正越发严重，经权衡再三后，于2020年8月派遣调试团队远赴土耳其执行任务。

调试人员到场后，为了让土方对选煤厂有一个全面深入的了解，根据合同要求开展了技术培训工作，中方依据以往建设工程的生产、调试经验，结合该厂实际编制，因岗施教，培训以安全操作、维护维修、工艺流程为主要内容，采用了理论和现场操作联合的方式，使土方人员能掌握生产系统和操作技能。

现场提供的原煤是矿井施工过程中的巷道掘进煤，所以煤质很差，并夹杂着巷道施工过程中的混凝土等杂物，原煤中矸石量高达70%，小于0.045 mm高灰细泥含量高达20%以上。高灰细泥含量高导致煤泥水系统负荷增大，且絮凝剂和凝聚剂和国内的性质不同，调试团队依据业主提前准备的几种药剂做了多组对比试验，根据药剂性质调整合适的加药点以及加药量。调试团队根据煤质现状及时调整参数并进行必要的整改，从2020年9月开始进行带煤调试，取得了极为显著的成绩。

(1)产品质量合格、分选效果良好。调试过程中的采样、化验分析，中方人员不参与，全部由业主负责。全厂检测表明，不但各粒级精煤质量达标，而且中煤产品的浮沉试验中未发现低密度精煤；矸石中不带煤，实际灰分大于67%，远高于设计上限指标64%。

(2)煤流能顺畅通过各类设备和溜槽，尤其是S-3GHMC型超级无压给料三产品重介质旋流器具有极强的排矸能力，对于200 mm的矸石可以轻易排除。

(3)对于含量多的高灰分细泥煤泥水处理系统有极强的适应能力，尾煤压滤机回收的滤饼灰分高达70%，产量约占来料煤的15%，二段浓缩机能实现深度澄清，其溢流清澈，实现了清水洗煤和洗水闭路循环。

(4)累计处理了约1.5万t的掘进脏杂煤，在来料调试期间，未向介质循环系统中添加磁铁矿粉，这表征该厂脱介能力极强，磁性物回收率极高。

鉴于调试取得的优异成绩，土方业主一改通常对工程质量持挑剔的眼光，主动电函中方，深表赞许。在此影响下，又与土方业主签订了兴建生产规模更大的2座选煤厂合同。