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        東峽選煤廠選煤工藝設(shè)計與分析

        2016-01-19 12:24:41陳衛(wèi)東貟彥章
        選煤技術(shù) 2016年2期
        關(guān)鍵詞:塊煤煤質(zhì)粒級

        陳衛(wèi)東,劉 雪,貟彥章

        (華亭煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心,甘肅 華亭 744100)

        東峽煤礦位于甘肅省華亭縣,隸屬于華亭煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,礦井產(chǎn)能為1.50 Mt/a,主采煤層為煤6-1、煤6-2上、煤6-2中、煤6-2下,局部可采煤層為煤6-3、煤6-4、煤6-5。目前開采煤層為煤質(zhì)較差的煤6-1,煤層夾矸較多。根據(jù)原煤煤質(zhì)特征,該煤礦原煤灰分較高,屬于中灰、低硫、中高揮發(fā)分的長焰煤或不粘煤,可作為發(fā)電、氣化、化工用煤和民用燃料。在實際生產(chǎn)過程中,該煤礦原煤經(jīng)分級和人工揀矸后直接作為產(chǎn)品銷售,但隨著礦井開采機(jī)械化程度的提高,原煤含矸率和灰分均升高,加上當(dāng)?shù)孛禾渴袌龈偁幦找婕ち?,?jīng)簡單排矸后的煤炭產(chǎn)品質(zhì)量仍達(dá)不到用戶要求。為了實現(xiàn)煤礦的可持續(xù)發(fā)展,提高煤炭產(chǎn)品質(zhì)量,迫切需要建設(shè)配套選煤廠,以對原煤進(jìn)行有效洗選,提高產(chǎn)品的市場競爭力。

        1 原煤煤質(zhì)特征

        在設(shè)計配套的東峽選煤廠過程中,以同一井田陳家溝煤礦的原煤煤質(zhì)資料作為初始煤質(zhì)資料,在對煤質(zhì)資料進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整后,將其作為設(shè)計依據(jù)。由于兩礦原煤的賦存條件和煤質(zhì)特征相似,且開采方法相同,故其具有相似性和代表性。

        1.1 粒度特性

        東峽選煤廠原煤的粒度特性見表1。

        表1 東峽選煤廠原煤粒度特性

        由表1可知:3~0.5 mm粒級產(chǎn)率較高,50~30、0.5~0 mm粒級產(chǎn)率都較低,其余各粒級產(chǎn)率相近;>50 mm粒級矸石占全樣產(chǎn)率為7.62%,占本粒級產(chǎn)率為34.97%,說明原煤中矸石多,需要對其進(jìn)行排矸處理。

        1.2 密度特性

        東峽選煤廠原煤的密度特性見表2。由表2可知:低密度級產(chǎn)率高而灰分低,主導(dǎo)密度級為1.30~1.40 g/cm3密度級,產(chǎn)率為47.22%,灰分為5.32%;其次為<1.30 g/cm3密度級,產(chǎn)率為23.91%,灰分為3.19%;高密度級產(chǎn)率較高,灰分高,矸石純度高,>1.80 g/cm3密度級產(chǎn)率為20.53%,灰分為82.40%;中間密度級(1.50~1.80 g/cm3)產(chǎn)率很低,僅為4.14%,這樣的密度分布有利于煤炭洗選;煤泥產(chǎn)率也很小,而灰分為31.63%,明顯高于原生煤泥灰分,這說明矸石存在泥化現(xiàn)象。

        此外,根據(jù)80~13 mm粒級原煤的可選性曲線(圖1)可知:分選密度在1.50~1.80 g/cm3之間時,δ±0.1含量<10.00%,說明原煤為易選煤。

        表2 東峽選煤廠原煤密度特性

        圖1 80~13mm級原煤的可選性曲線

        2 設(shè)計原則

        在設(shè)計東峽選煤廠過程中,在充分利用原生產(chǎn)系統(tǒng)的同時,本著簡化生產(chǎn)系統(tǒng),降低投資的原則,研究了地面生產(chǎn)系統(tǒng)與場地空間布置,并遵循以下設(shè)計原則:

        (1)礦井采用斜井開拓,原煤自工作面經(jīng)順槽、石門、暗斜井、主斜井、轉(zhuǎn)載、上倉六條帶式輸送機(jī)至主選車間。由于運輸過程中原煤沒有經(jīng)過緩沖,對生產(chǎn)影響較大,故需要設(shè)置緩沖倉。

        (2)東峽煤礦的工業(yè)場地空間有限,可布置的選煤廠的廠地有效長度和寬度均僅為76 m,主廠房、產(chǎn)品倉、原煤緩沖倉、膠帶走廊的布置對儲煤場和原建(構(gòu))筑物有一定的影響。在充分論證與分析后,拆除工業(yè)場地內(nèi)原選煤車間的手選撿矸系統(tǒng)和部分膠帶走廊。

        (3)根據(jù)原煤煤質(zhì)特點和煤炭市場需求,確定該選煤廠的煤炭產(chǎn)品主要作為電廠燃煤、民用煤及化工用煤。根據(jù)煤炭產(chǎn)品市場定位,該選煤廠既要實現(xiàn)原煤的全部(<80 mm)入選,又要實現(xiàn)部分末煤(<13 mm)入選。這樣設(shè)計的優(yōu)點在于:由于塊煤價格明顯高于末煤,>80 mm粒級塊煤 其產(chǎn)量較小,可經(jīng)手選撿矸后直接銷售;同時可將洗塊煤分成洗中塊和洗小塊兩種產(chǎn)品,以滿足不同用戶的需求;此外,根據(jù)原煤煤質(zhì)情況,可以隨時調(diào)節(jié)末煤入選量,以節(jié)省生產(chǎn)成本,提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

        3 選煤工藝的確定

        由于入選原煤>50 mm粒級矸石產(chǎn)率高,末煤低位發(fā)熱量相對較低(在18.40 MJ/kg左右),中煤產(chǎn)率較大(占塊煤量的13.67%~24.90%),結(jié)合當(dāng)?shù)孛禾慨a(chǎn)品市場需求,東峽選煤廠的建設(shè)目標(biāo)為:有效排除矸石,提高中煤產(chǎn)量,降低末煤灰分并提高其發(fā)熱量。

        目前,技術(shù)比較成熟、先進(jìn)、高效的選煤設(shè)備有淺槽重介質(zhì)分選機(jī)[1]、跳汰機(jī)、重介質(zhì)旋流器[2]等,結(jié)合原煤全部入選的目標(biāo),現(xiàn)就下述兩個方案進(jìn)行比較分析。

        3.1 方案一

        原煤被破碎到200 mm以下,脫泥、分級后全部入選:200~13 mm粒級由淺槽重介質(zhì)分選機(jī)分選[3],13~0.25 mm粒級由重介質(zhì)旋流器分選,<0.25 mm粒級細(xì)煤泥濃縮、壓濾回收,>0.25 mm粒級粗煤泥直接回收。主選系統(tǒng)布置雙系統(tǒng),其中一套為以淺槽重介質(zhì)分選機(jī)為核心設(shè)備的塊煤分選系統(tǒng)[2],另一套為以重介質(zhì)旋流器為核心設(shè)備的末煤分選系統(tǒng),煤泥水濃縮系統(tǒng)配置兩臺帶斜管的ZNF-18濃縮機(jī)。

        由于采用塊煤、末煤兩套系統(tǒng)生產(chǎn),原煤入選粒度上限高(可達(dá)200 mm)[4],既能實現(xiàn)全部入選,又能實現(xiàn)塊煤(200~13 mm粒級)或末煤(<13 mm粒級)部分分選;產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更合理,主導(dǎo)產(chǎn)品包括200~50 mm粒級洗大塊,50~25 mm粒級洗中塊,25~13 mm粒級洗小塊,<13 mm粒級洗末煤。但雙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,占用面積與空間較大,初期投資大;重介質(zhì)旋流器不能充分發(fā)揮分選粒度下限低的優(yōu)勢,脫除的煤泥量較大,生產(chǎn)成本增加;此外,在僅分選塊煤或末煤時,另一個系統(tǒng)停止運行,導(dǎo)致系統(tǒng)洗選能力降低。

        3.2 方案二

        原煤經(jīng)80 mm分級后,>80 mm粒級經(jīng)手選撿矸后作為產(chǎn)品,<80 mm粒級以不脫泥[5]、不分級方式全部入選:80~0.25 mm粒級由無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選[6],>0.25 mm粒級粗煤泥直接回收,<0.25 mm粒級細(xì)煤泥濃縮、壓濾回收。該工藝主導(dǎo)產(chǎn)品為>80 mm粒級篩大塊、80~25 mm粒級洗中塊、25~13 mm粒級洗小塊、<13 mm粒級洗末煤、<80 mm粒級洗中煤。主選車間布置一套分選系統(tǒng),煤泥水濃縮系統(tǒng)配置SZPT8一段斜管濃縮機(jī)1臺,ST10二段斜管濃縮機(jī)2臺。

        對于<80 mm粒級原煤,該工藝系統(tǒng)成熟,分選精度高,有效分選粒度下限低(<0.25 mm),一次可以分選出精煤、中煤、矸石三產(chǎn)品,且可以1.40 g/cm3左右的低密度懸浮液實現(xiàn)2.00 g/cm3以上的高密度排矸任務(wù);懸浮液與原煤分別給入設(shè)備,不受原煤煤質(zhì)變化影響,分選密度等參數(shù)易于測控,方便實現(xiàn)自動控制;系統(tǒng)工藝結(jié)構(gòu)簡單,占用面積與空間較小[6-7]。此外,由于中煤產(chǎn)量增加,預(yù)計每年的銷售收入增加320萬元。

        兩種選煤方案對應(yīng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表3。

        表3 兩種選煤方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比結(jié)果

        由表3可知:從技術(shù)條件方面分析,兩個方案均具備可行性;但從項目投資、銷售收入、噸煤加工費三方面分析,方案二的效果更好。故確定的選煤工藝為:原煤經(jīng)80 mm分級后,>80 mm粒級經(jīng)手選撿矸后作為產(chǎn)品,<80 mm粒級以不脫泥、不分級方式全部入選;80~0.25 mm粒級由無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選,>0.25 mm粒級粗煤泥直接回收,<0.25 mm粒級細(xì)煤泥濃縮、壓濾回收。

        4 工藝布置

        4.1 原煤準(zhǔn)備系統(tǒng)

        礦井原煤經(jīng)轉(zhuǎn)載、上倉帶式輸送機(jī)輸送至選煤車間,經(jīng)80、13 mm分級后,分為>80、80~13、<13 mm三個粒級,其中:>80 mm粒級塊煤進(jìn)入原選煤車間,經(jīng)手選揀矸后作為最終產(chǎn)品,<80 mm粒級原煤進(jìn)入各自洗選系統(tǒng)。原煤準(zhǔn)備系統(tǒng)工藝布置如圖2所示。

        圖2 原煤準(zhǔn)備系統(tǒng)工藝布置圖

        4.2 主選系統(tǒng)

        為解決原煤缺少緩沖倉的問題,對生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了改造。新建一條轉(zhuǎn)載膠帶走廊,并使其與上倉膠帶走廊相接;在兩條走廊銜接處布置一個直徑為10 m、高度為21 m的圓筒緩沖倉。針對工業(yè)場地面積有限的實際情況,拆除原選煤車間的部分膠帶走廊,進(jìn)而布置相關(guān)工藝系統(tǒng);充分利用新建選煤車間的篩分系統(tǒng),在分級溜槽下方布置入選原煤收集膠帶,根據(jù)當(dāng)?shù)厥袌鲎兓兔嘿|(zhì)情況,及時調(diào)節(jié)原煤入選方試;拆除原選煤車間的手選撿矸系統(tǒng),新建1個大塊煤產(chǎn)品倉,并布置大塊矸石、雜物手選系統(tǒng)。主選系統(tǒng)工藝布置如圖3所示。

        圖3 主選系統(tǒng)工藝布置圖

        5 結(jié)語

        近年來,我國選煤裝備發(fā)展較快,為選煤工藝的設(shè)計與優(yōu)化提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。在設(shè)計選煤工藝時,應(yīng)該以原煤煤質(zhì)資料為基礎(chǔ),以市場需求為導(dǎo)向,以經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo),結(jié)合實際場地情況,在對多種方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比選的基礎(chǔ)上,有針對性的選擇工藝系統(tǒng),從而實現(xiàn)選煤廠設(shè)計的最優(yōu)化。

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