小庄选煤厂工程设计研究

杨蛟洋

(中煤国际工程设计研究总院有限公司，北京 100120)

小庄选煤厂为小庄矿井配套建设项目，选煤厂建设规模为6.00 Mt/a。服务年限70.36 a。年工作330 d，日生产16 h。选煤厂日处理原煤18 181.82 t/d，小时生产能力1 136.36 t/h。小庄选煤厂与小庄矿井位于同一个工业广场，井田位于陕西省咸阳市彬县东北向约18 km，距咸阳市约148 km。

1 煤质分析

1.1 煤质基本特征

小庄选煤厂的入选原煤主要来自于小庄矿井，本井田含煤地层为侏罗系中统延安组，含有煤层1～9层，具有对比意义的煤层2层(4煤、4-1煤)。其中主采煤层1层：4煤；局部可采煤层1层：4-1煤。4号煤层以不粘煤为主占96%，弱粘煤少量，占4%。4-1号煤层全部为不黏煤。煤质基本特征见表1。由表1可知，本区煤层属低～中灰、低～中硫、中高挥发分、中高～高发热量，低～中等软化温度灰的富油煤。

表1 煤质基本特征

1.2 原煤可选性

设计时小庄矿井尚处于开发建设阶段，没有生产煤样资料，采用临近矿井亭南煤矿可选性筛分浮沉报告为设计依据，对小庄矿井煤质进行分析，并对选煤厂设备选型和产品进行计算。原煤筛分试验结果见表2，原煤200～0.5 mm浮沉试验结果见表3。

表2 原煤筛分试验结果

表3 原煤200～0.5 mm浮沉试验结果

1.2.1 筛分资料分析

原煤灰分为22.76%，水分为11.00%，属低中灰、中等全水分煤。50～0.5 mm各粒级随粒级的降低，灰分也随之降低，其中50～25 mm、25～13 mm与13～6 mm级灰分降低较明显；13～0.5 mm各粒级灰分接近，无明显变化；50～25 mm、25～13 mm、13～6 mm级产率比较接近，且高于6～3 mm、3～0.5 mm级产率，说明煤较硬，不易破碎。大于50 mm级矸石产率占全样的7.31%，说明原煤含矸量较高，块煤需排矸。小于0.5 mm煤泥灰分15.53%，低于原煤灰分22.76%。

1.2.2 浮沉资料分析

由表3可知，煤的内在灰分不高，生产低灰精煤时，产率较高。原煤各粒级中，小于1.4 g/cm3密度物含量较高，灰分随粒度降低显著下降；1.5～1.9 g/cm3密度物含量少；大于2.0 g/cm3矸石含量高，随粒度级减少且含量降低。各粒级煤泥灰分随粒级减小而减小，说明块矸泥化现象明显。

1.2.3 可选性评述

根据表3计算绘制200～13 mm、13～0.5 mm可选性曲线，如图1所示。对于200～3 mm级原煤，当理论分选密度小于1.4 g/cm3时，δ±0.1含量大于40%，属极难选煤；当理论分选密度为1.5 g/cm3时，δ±0.1含量为14.09%，属中等可选煤；当理论分选密度为1.6 g/cm3时，δ±0.1含量为8.36%，属易选煤；当理论分选密度为1.7～1.8 g/cm3时，δ±0.1含量小于20%，属中等可选煤。

图1 原煤可选性曲线

对于13～0.5 mm级原煤，当理论分选密度小于1.4 g/cm3时，δ±0.1含量大于40%，属极难选煤；当理论分选密度为1.5 g/cm3时，δ±0.1含量为12.29%，属中等可选煤；当理论分选密度为1.6 g/cm3时，δ±0.1含量为4.76%，属易选煤；当理论分选密度为1.7～1.8 g/cm3时，δ±0.1含量小于20%，属中等可选煤。

2 产品结构

小庄矿井主要目标市场为当地煤化工及省外动力煤市场。另外，依据业主提供的用户协议要求，目标市场中还含有省外的喷吹煤市场。选煤厂的生产可以根据原煤煤质波动的情况进行组织。当原煤质量好，只生产电煤时，原煤只破碎不分选；当生产化工用煤时，开启块原煤分选系统，末煤不分选；当原煤质量变差不能满足市场需要时，块、末煤系统同时开启。选煤厂最终制定的产品结构如下：

(1)块、末煤均不分选，生产动力用煤。原煤：粒度50～0 mm，Ad小于18.00%，发热量大于20.9 MJ/kg，作为动力煤，供本区电厂和中东部电厂。

(2)块煤分选，末煤不分选，生产化工用煤及电煤。洗大块：粒度80～30 mm，Ad不大于11.00%，供化工用；洗中块：粒度30～13 mm，Ad不大于12.00%，供化工用；混煤：粒度13～0 mm，发热量不小于20.9 MJ/kg，作为动力煤，供本区电厂和中东部电厂。

(3)块煤、末煤均分选，生产化工用煤及喷吹用煤及电煤。洗大块：粒度80～30 mm，Ad不大于11.00%，供化工用；洗中块：粒度30～13 mm，Ad不大于12.00%，供化工用；末精煤：粒度13～0 mm，Ad小于9.00%，作为高炉喷吹煤，供钢厂；混煤：粒度13～0 mm，发热量不小于20.9 MJ/kg，作为动力煤，供本区电厂和中东部电厂。

3 选煤工艺设计

3.1 分选上下限

3.1.1 块煤

小庄矿的块煤用户主要为化工用煤，用户对原料煤的粒度上限要求为小于80 mm，因此，分选上限只需考虑分选设备对入料的上限要求即可。考虑小庄场地狭窄，依据工艺布置的需要，确定块煤分选上限为80 mm。分选粒级的确定关系到选煤方法的选择，提高分选下限可以减少原煤的洗选量，降低加工成本。对本厂来说，大于13 mm的块煤由于灰分较高(29.30%)，不能满足用户的要求，需要全部入洗。因此，块煤分选下限为13 mm。

3.1.2 末煤(生产优质动力煤及喷吹煤)

小于13 mm的末煤作为动力煤煤质较好，灰分较低，需根据市场要求决定是否入洗并确定入洗下限。当小于13 mm末煤作为普通动力煤(Qnet.ar不小于20.9 MJ/kg)时，由于要求产品发热量不高，末煤可不进行分选。当小于13 mm末煤作为喷吹煤或优质动力煤(Qnet.ar不小于22.99 MJ/kg)时，由于要求产品灰分小于9%，末煤必须进行分选。由于本厂原煤有时存在矸石泥化现象，因此，分选下限太低易产生矸石污染并降低分选精度，且产品脱介较困难，介耗较高。由于小于13 mm末煤煤质波动较大，为保证洗末煤质量，末煤分选下限控制到1.50 mm。

3.1.3 粗煤泥

原生煤泥不分选，由于灰分较高，当需要生产灰分较低的精煤产品时，煤泥不宜掺入低灰末精煤中，需单独销售。据了解，本地区煤泥产量较大，当地市场又比较小，大量的煤泥滞销。在当地煤泥售价同末煤相差太远，销售情况也远不如末煤。为尽量多回收精煤，减少煤泥量，根据目前粗煤泥回收设备可以达到的分选下限要求，粗煤泥分选下限定为0.25 mm。根据小庄选煤厂入厂原煤煤质预测以及产品结构和质量的要求，充分发挥块煤与末煤分选设备各自的优点，降低生产成本，本矿原煤应采用分级入洗方式，即80～13 mm块煤、13～1.5 mm末煤、1.5～0.25 mm煤泥分级入洗。

3.2 分选方法

3.2.1 块煤分选

目前，常用的块煤分选设备主要有重介浅槽、动筛跳汰机、定筛跳汰机、大直径无压重介旋流器、重介斜/立轮。重介浅槽分选机是专门用于处理块煤的高效分选设备，近年广泛应用于各类动力、化工用煤选煤厂的块煤分选作业。原理是利用煤和矸石密度的不同在相对静止(非脉动水流)的重介悬浮液中自然分层，其分选长度一般只有1.6～1.8 m，煤和矸石在悬浮液中的停留时间很短，大约是普通跳汰机的1/5～1/8，是动筛跳汰机的1/2～1/3，同时煤和矸石在浅槽内的运动十分平稳，可以认为是相对静态分选，煤和矸石在悬浮液中很少相互挤压摩擦，因此可以最大限度的提高设备的分选精度，减轻分选作业产生的次生煤泥量。

综合考虑分选上下限、分选精度、工艺灵活性、系统复杂性、经济效益等因素，选择重介浅槽分选机作为块煤分选设备。

3.2.2 末煤分选

13～1.50 mm末煤分选采用重介旋流器，由本厂的筛分浮沉资料可以看出：产品中间产物较少，两头比重较大，因此采用两产品分选即可满足要求。考虑到减轻后续分选环节的负担，推荐采用脱泥有压入料方式。13～1.50 mm末煤采用脱泥有压二产品重介旋流器分选。

3.2.3 煤泥分选与回收

目前，煤泥分选方法主要有螺旋分选机、干扰床和水介质旋流器分选。螺旋分选机分选粒级宽(3～0.074 mm)，最佳分选粒级为1.5～0.15 mm，与重介分选和常规浮选相比，螺旋分选机生产成本最低，投资最省。且螺旋分选机结构简单，本身无须动力，便于生产管理与维修。因此，结合煤质情况和产品要求，1.50～0.55 mm粗煤泥采用螺旋分选机分选。

煤泥回水一段浓缩回收系统较简单，但需要压滤设备台数较多。煤泥水两段浓缩将粗、细煤泥分开回收，细煤泥采用压滤机回收设备台数少。考虑到原煤存在矸石泥化现象，为保证煤泥水系统正常运转，选择工艺可靠性更高的两段煤泥水浓缩，沉降离心机回收一段浓缩机底流煤泥，快开式隔膜压滤机回收二段浓缩机底流煤泥。

当小于13 mm粒级末煤不进行洗选时，块煤洗选系统产生的煤泥可掺入末原煤中销售。当小于13 mm粒级末煤洗选时，1.50～0.25 mm粒级粗煤泥可掺入混煤，小于0.25 mm粒级细煤泥可掺入混煤，也可单独销售(预留煤泥落地可能)。

3.3 工艺流程

根据所确定的产品结构、选煤方法、分选上下限、块煤分选工艺、煤泥回收工艺等的论述，设计确定的选煤工艺为：80～13 mm块煤采用重介浅槽分选，13～1.50 mm末煤两产品重介旋流器分选，1.5～0.25 mm粗煤泥螺旋分选机分选，0.25～0 mm细煤泥采用沉降离心机+快开隔膜压滤机两段浓缩两段回收的工艺。具体工艺分述如下：

(1)原煤准备。原煤仓的-300 mm原煤经13 mm、80 mm分级，大于80 mm块煤经手选除去杂物后破碎至80 mm以下，与小于80 mm块原煤混合一起运输。筛下-13 mm末煤单独运输。当原煤无需分选时，80～13 mm块煤经破碎机一次破碎后，再进入破碎机进行二次破碎至-50 mm。破碎后原煤与筛下13～0 mm原煤一起作为电煤销售。80～13 mm块煤分选时，经带式输送机转载至主厂房块煤分选系统。13～0 mm末煤初期不分选，直接经带式输送机转载至混煤仓储存。

(2)块煤分选。80～13 mm级块原煤进入主厂房，经3 mm脱泥，脱泥后的块煤进入重介浅槽分选机，轻产物由双层香蕉筛脱介脱水分级，上层分级φ13 mm筛孔，下层脱介φ2 mm。脱介脱水后的80～13 mm级物料作为块精煤产品由块煤胶带转载至块煤仓上，经分级筛筛分成80～25 mm，25～13 mm块煤产品分别入仓储存。块精煤筛下的13～2 mm物料进入离心机进行脱水后通过带式输送机转载混入-13 mm末原煤；重产物由单层直线脱介筛脱介，筛孔2 mm，脱介后的重产物通过胶带输送机转载至矸石仓。

(3)末煤分选。-13 mm末原煤经1.5 mm脱泥筛脱泥，脱泥后的13～1.50 mm末原煤和合格介质在主选混料桶中混合均匀，泵送至两产品重介旋流器分选，旋流器溢流经过一次脱介、二次脱介和离心脱水后生产出末精煤产品；底流经过一次脱介、二次脱介脱水后生产出末矸石产品。末煤分选系统只在需要生产低灰精煤或者煤质变差的时候才开启，一般情况下末煤作为动力用煤，不用入洗。

(4)介质回收。块原煤浅槽重介系统、末原煤旋流器重介系统的脱介筛筛下合格段合格介质，返回各自系统的合格介质桶循环使用；精煤脱介弧形筛筛下合格介质经分流后，大部分返回各自的合格介质桶；分流出来的小部分合格介质与脱介筛筛下稀介质，经各自稀介质桶缓冲，再由泵输送至各自系统的磁选机；磁选精矿返回各自的合格介质桶；块煤系统磁选尾矿作为块煤脱泥筛的喷水；末煤系统磁选尾矿经旋流器组浓缩后，底流进入螺旋分选机分选。

(5)粗煤泥分选1.50～0.25 mm煤泥水经旋流器组浓缩分级，溢流至细煤泥回收系统；底流进入螺旋分选机分选，精矿经过弧形筛一次脱水后，至煤泥离心机二次脱水，掺入精煤；尾矿至弧形筛、高频筛脱水后，混入矸石中。粗煤泥分选系统也是仅仅在需要出低灰精煤的时候才开启，一般情况下，粗煤泥直接走管道旁路不分选，直接掺入混煤中。

(6)细煤泥回收。分级旋流器组溢流、煤泥离心机离心液及高频筛筛下水进入一段浓缩机浓缩。一段浓缩机底流送至沉降过滤离心机回收，掺入末煤作为电煤，一段浓缩机溢流进入二段浓缩机，二段浓缩机底流进入压滤机脱水，煤泥掺入末煤作为电煤。滤液作为循环水。一段底流在工艺布置时考虑也可以进入压滤机，既可以通过沉降离心机回收也可以通过压滤机压滤回收。

主要设备选型见表4。

表4 主要工艺设备选型

4 工艺布置

结合场区地形、地貌、主井井口房、铁路装车点位置等因素，将选煤厂布置在矿井厂区西南侧，原煤仓位于主井井口房西侧，呈南北布置。

(1)主井原煤(300～0 mm毛煤)经带式输送机运入原煤仓储存；原煤仓内原煤经仓下带式输送机转载进入选煤厂筛分破碎车间。

(2)经筛分破碎后的80～13 mm块原煤，可经胶带输送机转载直接进入块煤分选系统；也可以经旁路胶带输送机进入块煤仓直接作为块原煤产品储存；当只生产电煤产品时，80～13 mm块煤也可直接破碎至小于50 mm与小于13 mm末原煤混合，进入混煤仓作为电煤直接销售。

(3)80～13 mm块原煤经带式输送机转载进入主厂房洗选系统，进入主厂房重介浅槽排矸系统后，经脱泥后，80～13 mm块煤进入重介浅槽分选机，选出块精煤和块矸石。块精煤、块矸石经带式输送机转载后分别进入块煤仓、矸石仓。

(4)13～0 mm末原煤，可直接经带式输送机转载进入混煤产品仓作为电煤直接销售。也可进入末煤系统洗选，经脱泥后进入有压两产品重介旋流器分选，选出末精煤和末矸石。末精煤和矸石经带式输送机转载后分别进入精煤仓、矸石仓。

(5)在主厂房西南侧布置4台直径30 m浓缩机，3台工作，1台事故。3台工作浓缩机中1台作为一段浓缩机，2台作为二段浓缩机。

(6)细煤泥经一段浓缩、二段浓缩后，一段底流经沉降离心机脱水、二段底流经压滤脱水后，掺入混煤产品。

(7)矸石通过仓下装车闸门装汽车外运。选煤厂产品既可通过汽车外运，也可通过铁路火车外运。

5 结 语

通过合理的工艺设计，充分发挥各种分选工艺设备的优点，使工艺系统达到整体最佳效能。系统对煤质波动适应能力强，可以灵活调节分选工艺参数，适应煤质变化及用户对产品的不同质量要求。设备选型先进、可靠、自动化程度高，设备大型化，且台数少，地面工艺总布置煤流简洁、顺畅，功能分区明确，取得了良好的实践效果。