山西河曲旧县选煤厂设计特点分析

姜坤坤

(大地工程开发(集团)有限公司 天津分公司，天津 300381)

山西河曲旧县选煤厂隶属于山西煤炭进出口集团河曲旧县露天煤业有限公司，是一座生产能力为5.00 Mt/a的大型动力煤选煤厂[1-5、6]，厂址位于山西省忻州市河曲县旧县乡范家梁村。旧县选煤厂于2012年2月完成可行性研究报告，2015年3月5日开工建设，于2018年3月完成带煤调试、试生产，于2018年7月移交业主运营。在施工图设计过程中，结合周边现有选煤厂实际生产中存在的问题与不足，对选煤厂的煤质特点、产品用途、选煤方法、设备选型等进行了深入分析和论证，从而确定了选煤厂最终采用的工艺设计方案，对该地区类似动力煤选煤厂的设计具有一定的参考价值。

1 煤质资料和产品定位

1.1 煤质资料

河曲旧县露天煤矿是山西煤炭进出口集团(以下简称山煤集团)资源整合与兼并重组的重要煤矿之一，批准开采的煤层为9、10、11、12、13号煤层，主采13号煤。河曲旧县露天矿采用“单斗-汽车”开采工艺。各煤层为特低灰-高灰、低硫-高硫、低热值-高热值的长焰煤、气煤。13号原煤筛分、浮沉试验结果见表1和表2。

由表1可知：原煤灰分为31.76%，为中高灰原煤；主导粒级为>100 mm，产率为20.81%，灰分为30.73%。

表1 13号原煤筛分试验结果

由表2可知：各粒级主导密度级均为>2.00 g/cm3和1.3～1.6 g/cm3，各粒级1.6～2.0 g/cm3中间密度级含量均较低，有利于精煤的回收；各粒级浮沉煤泥灰分均比原煤灰分高很多，说明矸石有泥化现象。

表2 13号原煤浮沉试验结果

密度级/(g·cm-3)13～6 mm产率占本级占全样灰分6～3 mm产率占本级占全样灰分3～1.5 mm产率占本级占全样灰分1.5～0.5 mm产率占本级占全样灰分0.5～0.15 mm产率占本级占全样灰分<1.30.950.109.301.060.097.881.270.088.601.270.078.606.280.213.731.3～1.418.161.9110.9924.292.1410.7630.431.8010.8630.431.7910.8617.380.586.531.4～1.523.202.4515.0322.321.9614.8421.121.2514.2521.121.2414.2520.630.6811.951.5～1.618.441.9423.1614.661.2922.0511.020.6521.3211.020.6521.3215.700.5219.961.6～1.78.790.9332.369.680.8529.639.380.5628.389.380.5528.389.530.3229.171.7～1.83.090.3339.162.820.2536.514.940.2937.434.940.2937.434.330.1435.451.8～2.03.720.3949.693.300.2947.924.120.2450.674.120.2450.674.780.1647.66>2.023.652.4970.1221.871.9369.3417.721.0568.5217.721.0668.5221.370.7175.97合 计100.0010.5432.33100.008.8029.89100.005.8427.51100.005.8927.51100.003.3229.79煤 泥0.530.0648.301.010.0948.111.650.1040.851.650.1040.85———总 计100.0010.5932.41100.008.8930.07100.006.0227.73100.005.9927.73100.003.3229.79

1.2 产品定位

结合本地区煤质特点及市场需求，以及对国内电煤市场的调研分析，该厂产品主要作动力煤供电厂使用，主要生产以下产品：

(1)优质动力煤。粒级为50～0 mm，发热量(Qnet.ar)≥20.93 MJ/kg，主要供给周边电厂。

(3)矸石。可用于生产建筑材料及制品，或回填至露天矿坑等。

(4)选煤厂具有生产200～50 mm块煤产品(单独落地销售)的灵活性。

根据集团规划，在河曲2×350 MW低热值电厂建成前，河曲旧县选煤厂主要生产发热量为20.93 MJ/kg以上的优质动力煤，供给周边电厂作动力用煤；集团河曲2×350 MW低热值电厂建成后，河曲旧县选煤厂主要生产发热量为14.65 MJ/kg左右的低质煤，供给山煤集团河曲低热值电厂，同时生产一部分发热量在20.93 MJ/kg以上优质动力煤，供给国内电厂。

2 分选工艺的确定

2.1 原煤分级工艺

根据以上产品定位及产品结构分析，山煤集团河曲2×350 MW低热值电厂建成前，河曲旧县选煤厂主要生产发热量在20.93 MJ/kg以上的优质动力煤，经测算，此时原煤必须进行全入选，才能满足产品发热量要求。根据本地区实际生产经验，浅槽重介分选机近年来广泛应用于各类动力、化工用煤选煤厂的块煤分选作业，具有分选精度高、分选粒级范围宽、适应性强、生产成本低等显著特点，因此块煤推荐采用浅槽重介分选机进行分选。对于末煤分选设备的选择，根据测算，末煤只需通过排矸后，就可以满足最终产品发热量要求，因此在制订工艺流程时只考虑一段排矸即可，不需要出中间产品，因此两产品重介质旋流器比三产品重介质旋流器更适合作为本厂的末煤分选设备[7]。

毛煤经原煤破碎站破碎后，出料粒级为200～0 mm，因此块煤浅槽重介分选机的分选上限为200 mm，浅槽重介分选机的有效分选下限可达到13 mm，甚至到6 mm，但考虑浅槽对13～6 mm粒级煤的分选效果不如重介质旋流器，因此为平衡浅槽重介分选机和重介质旋流器的入选量、各自适合的分选粒度范围、生产成本等因素，经论证推荐浅槽重介分选机的分选下限为13 mm，因此原煤分级设备的选择就成为了设计的重中之重。

附近保德县有选煤厂采用了香蕉筛分级湿黏原煤，设计分级粒度为13 mm，实际生产中分级效率低，堵筛孔现象严重，严重影响了系统的稳定生产，最后不得不将香蕉筛筛孔调整为25 mm，分级效率才满足生产和使用要求。但若将分级粒度调整为25 mm，会导致块煤浅槽分选系统处理能力富余、末煤重介质旋流器分选系统处理能力紧张的问题，导致系统对煤质波动的适应性差。

经过调研，弛张筛[8-9，10-12]是一种较适合潮湿细粒级难筛物料干法筛分的筛分设备，其利用特殊弹性筛面弛张运动，筛面可以产生很高的上抛加速度(即振动强度)，一般可达到50 G，比一般振动筛大得多，筛面作弛张运动中，筛孔产生变形，筛面产生挠曲，因此物料不会堵塞筛孔，也不易黏附在筛面上，具有较好的筛分效果和较高的处理能力。最终设计推荐采用2台3673型双层弛张筛，上层采用筛孔为30 mm的固定筛板，用于大粒度分级，下层采用筛孔为13 mm的弹性筛面，用于细粒级分级。实践表明：该设备在实际使用过程中分级效率高，处理能力大，性能稳定，筛板更换维修方便，取得了良好的使用效果。

刘佳爸爸要送我回家，我死活不肯，我说我离家出走了。我像一只八爪鱼那样抓着刘佳不放，最后他带我回了家，我在他家浴室里洗头洗澡，出来时，我的头发终于有了和他一样的味道。

2.2 细煤泥回收工艺

煤泥水系统对整个选煤厂的有效运转至关重要，该系统设计的好坏，会对生产成本及生产管理产生直接影响，关系到选煤厂能否正常生产。目前，细煤泥回收常用设备主要有压滤机和加压过滤机[13]。从加压过滤机与压滤机的工作原理及性能特点来看，加压过滤机对泥化较为敏感，若原煤中矸石易泥化，其处理能力将大大减小，其另一缺点就是运行能耗大、生产与维护费用高，优点是水分稍低。压滤机的优点则是能适应各种煤质，缺点是水分稍高。

根据调研，周边附近沙坪选煤厂、上榆泉选煤厂在设计时，均采用加压过滤机回收，但实际生产中加压过滤机使用效果不好，卸一次物料的时长在300～700 s之间，建成后均又增设压滤机处理细煤泥。而河曲旧县露天矿的各可采煤层的顶底板岩性主要为泥岩，根据山西省煤炭地质研究所对河曲旧县露天煤业有限公司所送的13号煤层煤样的安氏泥化程度试验报告，该矿矸石泥化程度为中等程度泥化，因此在实际生产中，若矸石泥化程度较为严重，会严重影响加压过滤机的运行。而压滤机则对矸石泥化情况具有良好的适应性，可以保证生产的正常进行。设计根据对周边选煤厂的调研分析，结合该厂入选原煤中矸石有中等程度泥化的特点，最终推荐细煤泥采用压滤机脱水回收的工艺，选择了4台500 m2快开隔膜压滤机[14-15]作为细煤泥脱水回收设备。实践表明：快开隔膜压滤机能很好地适应该厂的煤质特点，实际使用脱水效果良好，可有效满足现场生产需要。

2.3 选煤方法

根据对入选原煤煤质资料的分析，结合原煤分级设备的选择及细煤泥回收设备的选择，最终确定了该厂的工艺流程：200～0 mm粒级原煤采用双层弛张筛进行30/13 mm分级，200～13 mm粒级块煤采用浅槽重介分选机分选，13～1.5 mm末煤采用有压两产品重介质旋流器分选，1.5～0.15 mm粗煤泥采用螺旋分选机分选，0.15～0 mm细煤泥采用浓缩压滤回收[7]。工艺原则流程如图1所示。

图1 旧县选煤厂工艺原则流程

在生产中，选煤厂可实现以下三种生产方式：

(1)块煤入选，末煤不入选，主要生产优质动力煤+低质煤(包括末原煤、煤泥、矸石)。

(2)块末煤全部入选，主要生产优质动力煤。

(3)块煤入选，末煤部分入选，主要生产优质动力煤+低质煤(包括末原煤、煤泥、矸石)，同时可根据河曲2×350 MW低热值电厂用煤量多少及产品发热量要求灵活调整末煤的入选比例。

2.4 设计特点

(1)根据该厂入选原煤的煤质特点，统筹考虑附近矿区煤炭分选加工总体情况，制定了工艺流程。旧县选煤厂原煤采用双层弛张筛进行分级，块煤采用浅槽重介分选机分选，末煤采用有压两产品重介质旋流器分选，粗煤泥采用螺旋分选机分选的工艺，末煤可实现全部入选、部分入选及不入选，粗煤泥可根据生产情况选择开启或不开启，是目前适用于动力煤选煤厂的先进、灵活的选煤工艺，完全符合煤质特点及产品质量要求。各项技术指标达到设计预期，技术经济达到最佳平衡。

(2)主厂房采用钢框架和钢模块结构，采用联合布置方式，集块煤分选、末煤分选、粗煤泥分选、细煤泥回收为一体，减少运输环节，降低成本。主厂房采用钢结构，大厅式布置，结构新颖，充分考虑了当地的气候特点。

(3)地面工艺系统布局合理，总平面布置简洁，煤流顺畅，功能分区明确，能够满足选煤厂大规模生产的要求；煤泥水系统设计完善，可确保洗水闭路循环，达到零排放，满足环保要求。

(4)主要设备采用进口或进口组装，技术先进，生产可靠，保证了系统的可靠性和高效率。

(5)自动化程度高，具有精确的控制调节系统，可实现全工艺过程监测、监控。

3 生产实践

河曲旧县选煤厂与附近已投产的保德王家岭选煤厂技术经济指标对比情况见表3。

由表3可知：河曲旧县选煤厂于2018年3月份带煤投产以来，选煤厂生产系统运行稳定，原煤实际处理能力达5.0 Mt/a以上，产品质量稳定，各项生产指标均达到或超过设计要求指标，达到了动力煤选煤厂的先进水平。

表3 旧县选煤厂与王家岭选煤厂技术经济指标对比

4 结语

针对山西河曲煤田的煤质特点、产品结构和用途，借鉴附近现有选煤厂的实际生产情况，了解附近选煤厂实际生产中存在的问题与不足，在河曲旧县选煤厂的设计过程中进行了优化。设计最终推荐采用：200～0 mm粒级原煤采用双层弛张筛进行30/13 mm分级，200～13 mm粒级块煤采用浅槽重介分选机分选，13～1.5 mm末煤采用有压两产品重介质旋流器分选，1.5～0.15 mm粗煤泥采用螺旋分选机分选，0.15～0 mm细煤泥采用浓缩压滤回收的选煤方法。选煤厂投产后，运行良好，原煤经选煤厂分选后产品销售竞争力得到大幅提升，企业经济效益显著，对于该地区类似动力煤选煤厂的设计具有一定的参考价值和借鉴意义。