文家坡选煤厂设计特点分析

董吉昌，樊玉杰

(1.中煤西安设计工程有限责任公司，陕西 西安710054；2.陕西彬长矿业集团有限公司，陕西 咸阳712000)

陕西彬长矿业集团有限公司文家坡选煤厂位于咸阳市彬县小章镇，是文家坡煤矿配套的动力煤选煤厂，设计能力为4.00 Mt/a。由于文家坡煤矿属于彬长一体化项目的配套煤矿，文家坡选煤厂的洗选产品主要作为神华国能彬长低热值煤660 MW超超临界CFB示范项目和陕西渭河煤化工集团有限责任公司30万t/a煤制乙二醇项目的原料。在选煤厂设计阶段，就对文家坡选煤厂的设计方案进行过多次比选和分析，并对工艺流程和厂房布置不断优化和创新。该选煤厂于2015年建成投产，生产系统运行顺畅，原煤分选效果良好，选煤成本较低，经济效益显著，这对当地动力煤选煤厂的方案设计有一定的参考意义。

1 原煤特性

根据矿井首采区设计，生产初期主要开采矿井内的4号煤，并在4号煤所属煤层布置一个综采放顶煤工作面和三个综掘工作面，保证矿井产能为4.00 Mt/a。4号煤属于中硫/中高硫、低磷/特低磷、中高发热量、较低软化温度的不粘煤，种类组成单一。

文家坡选煤厂入选原煤为4号煤，其特性为：水分(Mt)较低，平均水分为12.68%，属于中等水分；平均灰分(Ad)在16.46%～23.20%之间，属于中等灰分；采用密度1.40 g/cm3的重液进行浮沉试验发现，浮物灰分均在5.34%～5.98%之间。4号原煤、4号煤下1层原煤的收到基低位发热量(Qnet,ar)在22.00～24.91 MJ/kg之间，属于中高发热量/高发热量。

2 产品结构

根据神华国能彬长低热值煤660 MW超超临界CFB示范项目和陕西渭河煤化工集团有限责任公司30 万t/a煤制乙二醇项目的用煤要求，结合神东等矿区动力煤洗选的经验和教训，基于经济效益考虑，对多种产品结构方案进行比选，最终依据入选原煤特性确定的产品结构如下：

(1)洗混中块。粒度在50～13 mm之间，Ad≤13%，Qnet,ar≥23.02 MJ/kg，作为煤制乙二醇项目的原料，剩余部分可销售给中国铁路物资西安有限公司。

(2)洗末煤。粒度在13～0 mm之间，Ad≤13%，Qnet,ar≥22.19 MJ/kg，销售给中国铁路物资西安有限公司。

(3)劣质煤。粒度在13～0 mm之间，Ad≤30%，Qnet,ar≤16.74 MJ/kg，作为低热值火电厂燃料。

(4)矸石。对矸石产品的指标没有具体要求，可根据实际情况实现综合利用。

3 设计方案

3.1 洗选工艺

根据原煤特性和产品结构确定的分选工艺为：150～13 mm粒级块煤采用浅槽重介分选机分选，13～0.5 mm粒级末煤采用无压三产品重介质旋流器分选，<0.5 mm粒级粉煤不分选，且留有<13 mm粒级末煤不洗选的旁路系统[1-3]。

(1)原煤分级和破碎。原煤经筛孔直径150、13 mm的分级筛分级后，>150 mm粒级块煤经手选除杂后进入破碎机；其被破碎到<150 mm，并与150～13 mm粒级块煤一起进入主厂房对应的生产系统；<13 mm粒级末煤也进入主厂房对应的生产系统。

(2)150～13 mm粒级块煤分选。150～13 mm粒级块煤在主厂房脱除<13 mm粒级末煤后进入浅槽重介分选机，并产出精煤和矸石两种产品；精煤经弧形筛和直线振动筛脱介、脱水、分级后，>50 mm粒级块煤进入破碎机，被破碎到<50 mm；50～13 mm粒级块煤经离心脱水机二次脱水后，与破碎后的<50 mm粒级块煤一起作为洗选产品。

为了保证产品结构的灵活性，及时满足市场需求，<50 mm粒级洗选产品可在产品仓上再次分级，将其分为50～25、25～13、<13 mm三个粒级，便于洗选产品按需销售。

(3)13～0.5 mm粒级末煤分选。13～0.5 mm粒级末煤采用无压三产品重介质旋流器分选，并留有不洗选的旁路系统，能够实现末煤全部入选、部分入选和不入选，便于调节产品结构。13～0 mm粒级末煤经无压三产品重介质旋流器分选后产出精煤、中煤和矸石，三种产品经各自的固定筛(筛孔尺寸为0.75 mm)脱水后，再采用各自的脱介筛(筛孔尺寸为0.75 mm)脱水、脱介，脱介末煤经离心脱水机再次脱水后成为末煤产品。

(4)煤泥水处理。精煤离心脱水机的离心液、磁选尾矿和脱泥筛的筛下水一起进入浓缩旋流器，其底流经弧形筛一次脱水后采用煤泥离心脱水机二次脱水，然后掺入混煤；浓缩旋流器的溢流、弧形筛的筛下水和煤泥离心脱水机的离心液进入浓缩机，浓缩机的底流通过煤泥压滤设备回收，其溢流和压滤机的滤液作为循环水。

3.2 设备选型

文家坡选煤厂的主要设备选型见表1。

3.3 工艺布置

文家坡选煤厂布置在煤矿工业场地的北部和东部，由西向东顺煤流布置。井下原煤先进入原煤缓冲仓，再进入原煤准备车间，经过分级、破碎后，150～13 mm粒级块煤和13～0 mm粒级末煤分别进入主厂房的洗选系统，洗选产品进入产品储存仓；块煤产品在产品仓上经分级后分别储存，洗选矸石进入矸石仓，煤泥落地晾干后外运销售[4-5]。

4 设计特点与建议

4.1 设计特点

(1)产品用户明确，产品方案既有针对性，又不失灵活性。文家坡选煤厂是彬长一体化项目的配套选煤厂，产品用户明确，且具有较好的针对性，主要作为电厂发电燃料。洗选产品中有害元素含量很低，硫含量在0.660%～0.940%之间，磷含量在0.005%～0.010%之间，氯含量在0.025%～0.030%之间，氟含量在43～73 μg/g之间，砷含量在2～4 μg/g之间，符合动力煤质量要求。此外，洗选产品可根据用户变化及时调整，特别是在末煤产品符合用户要求时可不入选，能够满足不同用户的需求[6]。

(2)选煤工艺合理、高效，适应性强、灵活性高。块煤选用浅槽重介分选机分选，具有分选精度高，精煤产率高，自动化程度高，便于维护，易于操作，对原煤适应性强等特点。末煤选用无压三产品重介质旋流器分选，具有分选精度高，节能环保，精煤产率高，无需预先脱泥，次生煤泥量少，经济效益好等特点。块煤、末煤分选工艺均为目前合理、高效的选煤工艺[7]。

(3)工艺布置节能环保，便于管理；厂房布置合理紧凑，检修维护方便。选煤厂位于煤矿工业场地的北部和东部，呈“L”型布置，具有系统简单，煤流顺畅，整体整齐美观，环保节能等特点。主厂房分区明确，分为块煤分选系统和煤泥水处理系统，厂房顶部布置有一台电动双梁起重机，方便设备检修和起吊。主厂房采用常规钢结构和模块化结构相结合的布置形式，具有采暖效果好，各层之间噪声隔绝性能好等特点，并能弥补模块化楼层构造少的缺点，每层检修空间大，方便各层设备就地检修[8]。

(4)整体设计符合政策要求，节能环保。根据《煤炭工业节能减排工作意见》，新建原煤全部入选的大中型选煤厂，入选原煤单位能耗不高于8 kW·h/t，原煤部分入选的不高于5 kW·h/t。文家坡选煤厂属于大型矿井型选煤厂，原煤全部入选时吨煤电耗为5.77 kW·h，节能效果显著。为了节约水资源，文家坡选煤厂的选煤补充水和绿化用水均为处理后的生活污水，每年节约水资源约36.99×104m3，节水效果显著[9-10]。

4.2 建议

文家坡选煤厂设计于2011年，当时细粒煤筛分技术并未得到大力发展，原煤仍采用13 mm香蕉筛分级。2013年后驰张筛等细粒煤筛分设备在选煤厂得到广泛应用，这为动力煤脱粉工艺的广泛应用提供了技术支持。

末煤经过洗选后灰分下降，但其中的水分升高，而水分对发热量影响很大，有时灰分下降的积极作用也被水分增加的负面作用抵消。加之末煤入选产生的煤泥量大，对其难以全部合理利用，故末煤尽量不入选。采用弛张筛预先脱粉，可以有效降低末煤入选量，并能明显减少次生煤泥量，使选煤厂生产管理更加简单。

表1 主要设备选型表

5 运行效果

自2014年投产以来，文家坡选煤厂生产系统运行稳定，各项生产指标良好。在块煤、末煤全部入选的情况下，吨煤介耗可以控制在1.55 kg以下，吨煤电耗可以控制在3.92 kW·h以下。根据GB 29446—2012《选煤电力消耗限额》规定，其基本接近动力煤选煤电力消耗先进指标。2017年文家坡选煤厂的产品平衡表见表2。由表2可知：混煤和洗块煤的综合产率在65%以上，与原煤煤质指标相比，洗块煤Ad降低到11.54%左右，Qnet,ar在26.29 MJ/kg以上，混煤Qnet,ar为25.22 MJ/kg；洗选矸石灰分在84%以上，基本为纯矸，说明原煤分选效果较好。

表2 产品平衡表Table 2 Product balance sheet %

6 结语

文家坡选煤厂的选煤工艺简单灵活，产品针对性强，工艺布置合理，厂房布置紧凑，分区明显，便于生产管理。从目前文家坡选煤厂的生产情况来看，各项生产指标均达到设计标准，部分指标甚至达到动力煤洗选的先进水平，并取得了良好的经济效益和社会效益。