王家岭煤矿选煤厂工程设计实践

陈警卫，史培宁，包永红

(中煤西安设计工程有限责任公司，陕西 西安 710054)

山西中煤华晋能源有限责任公司王家岭煤矿选煤厂(以下简称“王家岭煤矿选煤厂”)属于大型炼焦煤选煤厂，是矿井、选煤厂、自备电厂、铁路专用线四个子项目之一。王家岭煤矿联合工业场地位于山西省河津市固镇王家岭村西侧，配套选煤厂位于联合工业场地东南侧。2009年5月该选煤厂开工建设，2013年正式投产，设计能力为6.00 Mt/a。入选原煤为低中灰(干燥基灰分在12.36%～29.56%之间)、特低硫(干燥基全硫含量在0.27%～0.50%之间)、低磷(干燥基磷含量在0.008%～0.050%之间)、高发热量(干燥基高位热量在29.69～36.33 MJ/kg之间)、中等粘结性(在64.90～78.40之间)的优质瘦煤，是宝贵的优质炼焦配煤；主导产品为10级精煤，也可生产9级精煤和8级精煤，均作为炼焦配煤使用。2012年9月20日配套矿井投产，选煤厂开始带煤试生产，并一次投料成功，产品数质量指标均达到设计要求，安全设施稳定可靠，符合设计规定要求，也满足现场使用要求。

1 设计方案

1.1 煤质特征

按照GB/T 477—2008《煤炭筛分试验方法》[1]和GB/T 478—2008《煤炭浮沉试验方法》[2]对王家岭煤矿选煤厂的原煤粒度组成、密度组成进行分析，结果见表1、表2。

由表1可知：>50 mm粒级块煤中的矸石产率达15.60%，因此，应该布置块煤预排矸设备；<50 mm粒级原煤中3～0 mm粒级粉煤产率达26.51%，0.5～0 mm粒级粉煤产率达16.00%，粉煤含量高，说明原煤的硬度小；在50～0.5 mm粒度范围内，随着粒度的变细，各粒级灰分明显下降；0.5～0 mm粒级原生煤泥灰分低于原煤灰分，说明矸石无明显的泥化现象。

表1 原煤粒度组成

表2 50～0.5 mm粒级原煤的密度组成

由表2可知：低密度级灰分较低，而产率较高，说明该原煤可洗选出灰分较低的精煤，且其产率较高；当浮选精煤灰分从9.00%增加到10.00%时，其产率从约68.50%增加到76.00%，提高7.50个百分点。 浮沉煤泥的产率仅为0.97%，灰分仅为14.54%，这进一步说明矸石不易泥化。

50～0.5 mm粒级原煤的可选性曲线(图1)表明：当理论分选密度<1.40 g/cm3时，50～0.5 mm粒级原煤的可选性等级为极难选；当理论分选密度为1.50 g/cm3时，50～0.5 mm粒级原煤的可选性等级为中等可选，浮选精煤理论产率为77.39%，灰分为9.54%。

1.2 工艺设计

王家岭煤矿选煤厂的精煤主要用于冶金，鉴于焦煤资源的稀缺性，应该合理开发并充分利用这部分资源。在保证洗选产品质量满足市场要求的前提下，遵循企业经济效益最大化原则，选择先进高效、适应性强、灵活方便、回收率高的分选工艺。最终确定的选煤工艺(图2)为：>50 mm粒级大块煤由动筛跳汰机排矸、0～50 mm粒级原煤预先脱泥、1～50 mm粒级原煤由两产品重介质旋流器主再选、0.25～1 mm粒级粗煤泥由TBS干扰床分选机分选、0～0.25 mm粒级细煤泥由微泡浮选柱直接浮选的联合工艺。

图1 50～0.5 mm粒级原煤的可选性曲线

图2 原煤洗选原则流程

1.3 主要设备选型

该选煤厂的工作制度为330 d/a、16 h/d，每天两班生产，一班检修。在设备选型过程中，生产系统正常过煤量按1 136.36 t/h计算，原煤仓之前的生产系统最大过煤量按3 000 t/h计算；所选设备既能适应精煤灰分降低到9%的情况，又能适应精煤灰分提高到10%的情况。该选煤厂的主要设备选型见表3。

表3 主要设备选型

1.4 总平面布置

该选煤厂的主要单位工程包括原煤仓、原煤准备车间、主厂房、浓缩车间、产品仓、矸石仓、快速装车站等，根据厂区地形和总体规划，对各单位工程进行布置。原煤仓、原煤准备车间、主厂房、产品仓四个单位工程的布置情况为：

(1)原煤仓。原煤仓为3个φ30 m的圆筒仓，单仓容量为3.50万t，总容量为10.50万t，每个煤仓下均布置有16个给煤漏斗和10台大型带式给料机。

(2)原煤准备车间。原煤准备车间采用钢框排架结构，结构尺寸为51 m×16 m×27 m，布置有两套平行的预先分级、检查性手选、动筛排矸与破碎等系统。准备车间配备有检修用电动单梁起重机和手拉葫芦，起重质量为5 t；此外，为了防止煤尘扩散，该车间配备有除尘系统。

(3)主厂房。主厂房采用钢结构、混凝土楼板形式，能够有效避免纯钢构的振动和采暖问题；根据生产系统功能的不同和生产管理需要，整个主厂房自西向东分为脱泥和重介主再选、TBS分选和浮选、浮选精煤压滤等三个区域。主厂房内所有桶(箱)液位和压力、分选密度等均为自动控制，PLC控制系统不间断地监控各桶(箱)液位和重介质旋流器的分选密度。主厂房的屋面和外墙与原煤准备车间的相同，均选用厚度为75 mm的天蓝色轻型保温夹芯彩钢板，屋面布置有采光带，采光效果良好。

(4)产品仓。产品仓为5个φ22 m的圆筒仓，单仓容量为1万t，总容量为5万t；其中4个为精煤仓，1个为中煤仓。

2 设计特点

2.1 原煤煤质预测准确

在对原煤煤质预测过程中，考虑了矿井综采放顶煤开采工艺、窜矸等因素的影响，在邻近煤矿的原煤煤质资料基础上，对原煤灰分、粒度组成及粉煤含量进行科学预测，预测的原煤煤质主要指标与生产实际情况吻合，如预测的原煤灰分为22.16%，实际生产中原煤灰分为在21%～25%之间。

2.2 产品定位切合实际

瘦精煤是炼焦配煤中的稀缺资源，应用前景良好。该选煤厂的瘦精煤产品定位为10级精煤，这能充分发挥其中硫含量低的优势。此外，为了满足特殊用户的需求，也可生产9级精煤和8级精煤。用户需求的精煤灰分在9.00%～10.00%之间。

2.3 选煤方法科学合理

(1)大块煤预先排矸，能够有效提高排矸效率，减少块煤破碎机故障，降低矸石泥化程度，减小管道磨损，减轻后续煤泥水处理系统压力，从而使生产成本降低。

(2)原煤预先脱泥，极大地减少了系统分流量，从而使脱介筛和磁选机的负荷降低，重介系统的介耗量减少，产品脱介效果得到改善，重介分选系统悬浮液的稳定性提高且可控性增强，这有利于提高并稳定产品质量[3-5]。

(3)采用有压两产品重介质旋流器作为主再选设备，悬浮液密度调整灵活、方便、精准，有利于提升分选精度，进而提高精煤产率。精煤、中煤分选相互独立，能够保证二者的质量，且符合最大产率原则。在处理量相同的条件下，旋流器的介质循环总量小，入料压力低，入料泵能耗低，有利于降低运营费用[6-8]；此外，该工艺可根据原煤煤质和市场需求灵活设置两段的分选密度，产品结构调整方便、灵活，任何情况下都能生产出满足市场需求的精煤和中煤产品。

(4)根据煤泥的可选性和可浮性，采用TBS干扰床分选机分选粗煤泥，能够减少进入分选系统的煤泥量。TBS干扰床分选机的入选粒度范围宽(在2.5～0.1 mm之间)，处理能力大(可达到150 t/h)，更适用于分选密度较低的场合；当分选密度≤1.60 g/cm3时，其分选精度很高，不完善度在0.10～0.14之间。采用普浮乐浮选机分选细煤泥，有利于提高煤泥的选择性，强化浮选效果，提高浮选精煤产率。

2.4 实现煤泥全部综合利用

在充分考虑场地地形、高差、风向等因素的基础上，合理、明确划分矿井、选煤厂、电厂的功能。压滤煤泥先在压滤车间旁边的煤泥棚晾干，再与中煤混合，然后通过带式输送机运至王家岭电厂，实现煤泥全部综合利用，达到绿色生产和循环经济的目的[9-10]。

2.5 设备配置大型化、高效化、节能化

主选重介质旋流器选用当时国内最大型号的两产品重介质旋流器，处理能力大，系统布置得以大幅简化。浮选机为当时国内最大直径的进口普浮乐浮选机，并采用主再选工艺，浮选精煤产率和细煤泥浮选效果均较高。该浮选机无运转部件，磨损程度和设备能耗均较低，截粗装置先进、可靠，浮选精煤产率在70%左右。

2.6 车间布置模块化

主厂房采用大厅式布置，内部设计有三个模块，分别为重介质旋流器主再选模块、TBS分选模块、浮选和浮选精煤压滤模块[10-11]。将振动幅度较大的设备集中布置主厂房三层，可以减小设备振动对结构的影响；主厂房与电控楼的基础独立建设，能够减小主厂房内设备振动对电控设备和仪器的影响。

2.7 综合自动化程度高

该选煤厂的集控技术先进，自动化程度高，所需岗位工少，工艺参数显示明了、直观；采用智能综合保护体系和人/机界面交互技术，能够实现生产过程的高产、高效和岗位无人值守；实现了设备分选密度的自动控制、系统自动起停车、事故自动报警、火车快速装车，汽车装车集空车称重、自动装车、自动加煤、重车过磅、自动打印于一体。

3 结语

王家岭煤矿选煤厂的工程概算总投资约为10.78亿元，工程决算投资约为9.16亿元。该选煤厂2013年、2014年、2015年的原煤处理量分别为6.05、7.20、8.00 Mt，平均精煤产率为65%，平均精煤灰分为9.50%，原煤介耗为1 kg/t，平均电耗为7.10(kW·h)/t，各项指标均满足设计规范要求，达到国内先进水平。验收投产后4年的生产实践表明：该选煤厂的各项工艺指标达到甚至超过了设计要求，并于2015年获得煤炭行业第十七届优秀工程设计一等奖。

[1] 中国煤炭工业协会.煤炭筛分试验方法：GB/T 477—2008[S]. 北京：中国标准出版社，2008.

[2] 中国煤炭工业协会.煤炭浮沉试验方法：GB/T 478—2008[S]. 北京：中国标准出版社，2008.

[3] 母长春．浅析张双楼选煤厂设计[J]．选煤技术，2007(2): 55-57.

[4] 刘 宏，余振华 张双燕．新陶阳选煤厂工艺设计[J]．煤炭工程，2013(S2): 63-65.

[5] 戴少康.选煤厂工艺设计的思路与方法[M].北京：煤炭工业出版社，2003：61-82.

[6] 谢广元.选矿学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2005：160-175.

[7] 中国煤炭建设协会.煤炭洗选工程设计规范：GB50359—2005[S].北京：中国计划出版社，2005.

[8] 戴少康.选煤工艺设计实用技术手册[M]. 北京：煤炭工业出版社，2010：126-127.

[9] 煤炭工业部选煤设计研究.选煤厂设计手册(工艺部分)[M]. 北京：煤炭工业出版社，1978：35-36.

[10] 欧泽深，张文军.重介质选煤技术[M]. 徐州：中国矿业大学出版社，2006：22-30.

[11] 周婷婷．辛安选煤厂选煤工艺的确定[J].煤炭工程，2012(S2): 52-54.