陸寶成
(中煤科工集團(tuán)南京設(shè)計(jì)研究院有限公司,江蘇 南京 210031)
新街礦區(qū)位于國(guó)家大型煤炭基地——神東煤炭基地內(nèi)的東勝礦區(qū),行政區(qū)劃隸屬鄂爾多斯市伊金霍洛旗。2010年8月,國(guó)家發(fā)改委以發(fā)改能源[2010]1911號(hào)文件形式批復(fù)了新街礦區(qū)的總體規(guī)劃,該礦區(qū)共規(guī)劃有5對(duì)礦井,礦井總設(shè)計(jì)能力為49 Mt/a,各礦井均配套建設(shè)選煤廠。目前,除滿來(lái)礦井尚未開發(fā)外,其余4對(duì)礦井均已獲得國(guó)家發(fā)改委核準(zhǔn),其中,配套的察哈素選煤廠、爾林兔選煤廠已經(jīng)建成,紅慶河選煤廠、馬泰壕選煤廠已經(jīng)開工建設(shè)。由于4座選煤廠分別屬于不同的業(yè)主,其產(chǎn)品定位、設(shè)計(jì)理念、建設(shè)模式各具特色,對(duì)4座選煤廠的設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比分析,總結(jié)了其中的成功經(jīng)驗(yàn)和不足教訓(xùn),以期為周邊礦區(qū)大型和特大型選煤廠的設(shè)計(jì)優(yōu)化與工藝改進(jìn)提供一定的積極借鑒和有益參考。
察哈素選煤廠隸屬于國(guó)電建投內(nèi)蒙古能源有限公司察哈素煤礦,是一座設(shè)計(jì)能力為10 Mt/a的礦井型動(dòng)力煤選煤廠。察哈素煤礦前20 a主要開采3-1煤、2-2上煤,煤種以不粘煤為主,含有少量長(zhǎng)焰煤。入選原煤灰分為13.42%,其中0~25 mm粒級(jí)原煤含量為63.46%,灰分為11.21%;25~200 mm粒級(jí)原煤含量為36.54%,灰分為17.26%。
察哈素選煤廠是煤電一體化項(xiàng)目的子項(xiàng)目,該選煤廠的末煤產(chǎn)品主要供給布連電廠,作為發(fā)電廠的原料煤,塊煤產(chǎn)品通過(guò)鐵路運(yùn)至河北省銷售。布連電廠一期裝機(jī)容量為2×660 MW,需要原料煤3.14 Mt/a;二期計(jì)劃裝機(jī)容量為2×660 MW,兩期共需原料煤6.28 Mt/a。目前,該電廠一期工程已經(jīng)建成,二期工程尚未建設(shè)。
根據(jù)原煤煤質(zhì)特征和市場(chǎng)定位,確定察哈素選煤廠的產(chǎn)品定位。該選煤廠的產(chǎn)品主要分為兩種,即末煤和塊煤,其中末煤粒度在0~25 mm之間,Qnet,ar≥20.92 MJ/kg,作為布連電廠的原料煤;塊煤粒度在25~200 mm之間,Ad≤8%,Qnet,ar≥23.01 MJ/kg,作為化工用煤或動(dòng)力煤。
爾林兔選煤廠隸屬于內(nèi)蒙古匯能集團(tuán)爾林兔煤礦,是一座設(shè)計(jì)能力為8 Mt/a的礦井型動(dòng)力煤選煤廠。爾林兔煤礦前20 a主要開采2-2上煤、2-2中煤,煤種以不粘煤為主,其次為長(zhǎng)焰煤。入選原煤灰分為13.36%,其中0~13 mm粒級(jí)原煤含量為47.10%,灰分為11.51%;13~150 mm粒級(jí)原煤含量為52.90%,灰分為15.01%。
該選煤廠產(chǎn)品的目標(biāo)市場(chǎng)為悖牛川煤電煤化工基地內(nèi)的煤制天然氣項(xiàng)目,其也屬于內(nèi)蒙古匯能集團(tuán)。在煤制天然氣項(xiàng)目建成投產(chǎn)前,該選煤廠的塊煤全部地銷給附近的煤化工企業(yè),作為化工用煤或工業(yè)鍋爐用煤,部分大塊煤作為民用煤;在塊煤地銷不暢時(shí),將其破碎至<50 mm,作為動(dòng)力煤銷售;末煤作為優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤銷售。
依據(jù)原煤煤質(zhì)特征,結(jié)合產(chǎn)品的目標(biāo)市場(chǎng)和周邊企業(yè)的產(chǎn)品需求,該選煤廠的產(chǎn)品定位為:洗大塊(粒度在80~150 mm之間,Ad≤8%,Qnet,ar≥23.01 MJ/kg),作為化工用煤或工業(yè)鍋爐用煤或民用煤;洗中塊(粒度在25~80 mm之間,Ad≤8%,Qnet,ar≥23.01 MJ/kg),作為化工用煤或工業(yè)鍋爐用煤;洗小塊(粒度在13~25 mm之間,Ad≤8%,Qnet,ar≥23.01 MJ/kg),作為化工用煤或工業(yè)鍋爐用煤;末煤(粒度在0~13 mm之間,Qnet,ar≥23.01 MJ/kg),作為優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤[1]。
紅慶河選煤廠隸屬于內(nèi)蒙古伊泰廣聯(lián)煤化有限責(zé)任公司,為礦井型動(dòng)力煤選煤廠,設(shè)計(jì)能力為15 Mt/a。紅慶河煤礦前20 a主要開采3-1煤,煤種以不粘煤為主,含有少量長(zhǎng)焰煤。入選原煤灰分為13.33%,其中0~13 mm粒級(jí)原煤含量為55.14%,灰分為12.43%;13~200 mm粒級(jí)原煤含量為44.86%,灰分為14.44%。
該選煤廠產(chǎn)品的目標(biāo)市場(chǎng)主要為自治區(qū)內(nèi)煤化工企業(yè)、區(qū)內(nèi)電廠及東南沿海電廠,塊煤作為化工用煤或民用煤地銷,地銷不暢時(shí)將其破碎至<50 mm,作為優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤銷售;末煤作為普通動(dòng)力煤銷售。
根據(jù)該選煤廠的市場(chǎng)定位和周邊市場(chǎng)需求,確定的產(chǎn)品定位為:塊煤(粒度在13/25/50~200 mm之間,Ad≤8%,Qnet,ar≥23.01 MJ/kg),作為化工用煤或民用煤;末煤(粒度在0~13/25/50 mm之間,Qnet,ar≥20.92 MJ/kg),作為普通動(dòng)力煤;混煤(粒度在0~50 mm之間,Qnet,ar≥23.01 MJ/kg),作為優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤。
馬泰壕選煤廠隸屬于內(nèi)蒙古鄂爾多斯永煤礦業(yè)投資有限公司,為礦井型動(dòng)力煤選煤廠,設(shè)計(jì)能力為8 Mt/a,項(xiàng)目分兩期建設(shè),一期設(shè)計(jì)能力4 Mt/a。馬泰壕煤礦前20 a主要開采3-1煤,煤種以不粘煤為主,含有少量長(zhǎng)焰煤。入選原煤灰分為11.86%,其中0~13 mm粒級(jí)原煤含量為59.21%,灰分為10.28%;13~100 mm粒級(jí)原煤含量為40.79%,灰分為14.15%。
該選煤廠產(chǎn)品的目標(biāo)市場(chǎng)為5 km外的新街工業(yè)園,園區(qū)內(nèi)的煤化工項(xiàng)目包括綠色噴吹料項(xiàng)目、煤焦油深加工項(xiàng)目、焦油加氫項(xiàng)目、煤氣制甲醇等項(xiàng)目。該選煤廠的塊煤、末煤產(chǎn)品經(jīng)皮帶直接運(yùn)給工業(yè)園區(qū)內(nèi)的煤化工企業(yè),當(dāng)產(chǎn)品有剩余時(shí)可以通過(guò)園區(qū)內(nèi)的鐵路專用線裝車外運(yùn)。在工業(yè)園建成前,塊煤、末煤產(chǎn)品全部地銷。
根據(jù)馬泰壕選煤廠的產(chǎn)品市場(chǎng)定位和附近的煤炭市場(chǎng)情況,確定的產(chǎn)品定位為:洗中塊(粒度在25/30~100 mm之間,Ad≤6%),作為煉制半焦(蘭炭)用煤;洗小塊(粒度在13~25/30 mm之間,Ad≤6%),作為化工用煤;混煤(粒度在0~13 mm之間,Qnet,ar≥18.83 MJ/kg),作為動(dòng)力煤。
(1)察哈素選煤廠的原煤采用3個(gè)φ30 m的圓筒倉(cāng)儲(chǔ)存,總?cè)萘繛?.40萬(wàn)t。篩分、破碎車間位于原煤倉(cāng)后,這樣可以有效緩解主斜井提升能力與選煤廠生產(chǎn)能力之間的不均衡問(wèn)題。原煤經(jīng)篩分、破碎處理后,被分成0~25 mm 和25~200 mm兩個(gè)粒級(jí)。
(2)爾林兔選煤廠的原煤采用2個(gè)φ30 m的圓筒倉(cāng)儲(chǔ)存,總?cè)萘繛?.60萬(wàn)t。為了防止少量粒度>300 mm的特大塊煤進(jìn)入原煤倉(cāng),砸壞倉(cāng)壁或卡堵倉(cāng)口,將篩分、破碎車間設(shè)置在原煤倉(cāng)前;篩分、破碎車間設(shè)計(jì)了雙系統(tǒng),將原煤分成0~150 mm和>150 mm兩個(gè)粒級(jí);原煤的13 mm分級(jí)系統(tǒng)設(shè)置在主廠房?jī)?nèi)。
(3)紅慶河選煤廠的原煤采用3個(gè)φ30 m的圓筒倉(cāng)儲(chǔ)存,總?cè)萘繛?萬(wàn)t。篩分、破碎車間也位于原煤倉(cāng)后,且設(shè)置了兩級(jí)篩分環(huán)節(jié),一級(jí)篩分環(huán)節(jié)的篩孔尺寸為200 mm,二級(jí)篩分環(huán)節(jié)的篩孔尺寸為13 mm,原煤被分成0~13 mm和13~200 mm兩個(gè)粒級(jí)。
(4)馬泰壕選煤廠的原煤采用3個(gè)φ22 m的圓筒倉(cāng)儲(chǔ)存,總?cè)萘繛?萬(wàn)t。篩分、破碎車間同樣位于原煤倉(cāng)后,目的是有效緩解主斜井提升能力與選煤廠生產(chǎn)能力之間的不均衡問(wèn)題。篩分車間設(shè)置了兩級(jí)篩分環(huán)節(jié),一級(jí)篩分環(huán)節(jié)的篩孔尺寸為100 mm,二級(jí)篩分環(huán)節(jié)的篩孔尺寸為13 mm,原煤被分成0~13 mm和13~100 mm兩個(gè)粒級(jí)。
四座選煤廠的塊煤分選系統(tǒng)均采用淺槽重介分選工藝,末煤系統(tǒng)有的預(yù)留了位置,有的已建設(shè)運(yùn)行,有的一次統(tǒng)籌設(shè)計(jì)、分期實(shí)施。四座選煤廠的選煤工藝對(duì)比結(jié)果見表1。
表1 四座選煤廠的選煤工藝對(duì)比結(jié)果
注:“-”表示目前沒有設(shè)置相關(guān)工藝。
(1)察哈素選煤廠的末煤不經(jīng)洗選即可滿足布連電廠的用煤要求,而塊煤需經(jīng)長(zhǎng)途運(yùn)輸至河北省銷售。為了節(jié)省初期投資,該選煤廠建設(shè)了塊煤洗選系統(tǒng),并預(yù)留了末煤洗選系統(tǒng)的位置和接口;當(dāng)入選原煤煤質(zhì)發(fā)生變化,不能滿足電廠用煤要求時(shí),再建設(shè)末煤洗選系統(tǒng)。原設(shè)計(jì)25~200 mm粒級(jí)塊煤采用淺槽重介質(zhì)分選機(jī)分選,而實(shí)際生產(chǎn)中可通過(guò)更換原煤分級(jí)篩的篩板,將原煤入選粒度下限降低到13 mm。
(2)爾林兔選煤廠的塊煤作為煤化工用煤,末煤作為動(dòng)力用煤,由于煤化工用煤對(duì)煤質(zhì)要求較高,塊煤洗選系統(tǒng)必須建設(shè)。為了節(jié)省前期投資,該選煤廠按照塊煤系統(tǒng)、末煤系統(tǒng)一次統(tǒng)籌設(shè)計(jì)、分期實(shí)施的思路建設(shè)。2014年塊煤系統(tǒng)建成運(yùn)行,由于末煤銷售不暢,隨即啟動(dòng)了末煤系統(tǒng)的建設(shè),2015年末煤系統(tǒng)建成投產(chǎn)。
(3)紅慶河選煤廠的塊煤作為煤化工用煤,末煤作為動(dòng)力用煤,當(dāng)煤化工用煤銷售不暢時(shí),將塊煤破碎后作為優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤銷售。由于煤化工用煤對(duì)煤質(zhì)要求較高,且選煤廠計(jì)劃生產(chǎn)一部分優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤,將其運(yùn)至東南沿海電廠銷售。因此,該選煤廠按照塊煤系統(tǒng)、末煤系統(tǒng)一次統(tǒng)籌設(shè)計(jì)、分期實(shí)施的思路建設(shè),先期建設(shè)塊煤洗選系統(tǒng),末煤洗選系統(tǒng)和粗煤泥分選系統(tǒng)暫不建設(shè)[2]。
(4)馬泰壕選煤廠的塊煤作為化工用煤,末煤作為動(dòng)力用煤。由于煤化工用煤對(duì)煤質(zhì)要求較高的原因,塊煤洗選系統(tǒng)必須建設(shè)。該選煤廠先設(shè)計(jì)了塊煤洗選系統(tǒng),并預(yù)留了末煤洗選系統(tǒng)的位置和接口;當(dāng)末煤銷售不暢時(shí),再建設(shè)末煤洗選系統(tǒng)。
察哈素選煤廠、爾林兔選煤廠、馬泰壕選煤廠的塊煤分選選用了2套系統(tǒng),紅慶河選煤廠的塊煤分選選用了3套系統(tǒng)。四座選煤廠的塊煤洗選系統(tǒng)主要設(shè)備選型見表2。
表2 四座選煤廠的塊煤洗選系統(tǒng)主要設(shè)備選型
注:“-”表示目前沒有布置相關(guān)設(shè)備。
(1)察哈素選煤廠塊煤產(chǎn)品采用1個(gè)φ30 m的圓筒倉(cāng)儲(chǔ)存,容量為 2.50萬(wàn)t;末煤產(chǎn)品采用2個(gè)φ30 m的圓筒倉(cāng)儲(chǔ)存,總?cè)萘繛?.60萬(wàn)t;此外,該選煤廠還設(shè)置了一個(gè)容量為300 t的方倉(cāng),用來(lái)儲(chǔ)存地銷塊煤。塊煤產(chǎn)品既可以地銷,又可以通過(guò)火車外運(yùn);末煤產(chǎn)品既可以給電廠,又可以通過(guò)火車外運(yùn)。
(2)爾林兔選煤廠的塊煤產(chǎn)品倉(cāng)為兩排并列布置的方倉(cāng),總?cè)萘繛?.20萬(wàn)t,用來(lái)儲(chǔ)存13~25 mm、25~80 mm、80~150 mm三個(gè)粒級(jí)的塊煤產(chǎn)品。末煤(混煤)產(chǎn)品采用2個(gè)φ30 m的圓筒倉(cāng)儲(chǔ)存,總?cè)萘繛?.60萬(wàn)t。塊煤產(chǎn)品地銷,在地銷不暢時(shí)將其破碎成混煤產(chǎn)品;末煤(混煤)產(chǎn)品既可以地銷,又可以通過(guò)火車外運(yùn)。
(3)紅慶河選煤廠的地銷煤倉(cāng)為兩排并列布置的方倉(cāng),總?cè)萘繛? 600 t;產(chǎn)品倉(cāng)為4個(gè)φ30 m的圓筒倉(cāng),總?cè)萘繛?2萬(wàn)t。塊煤和末煤產(chǎn)品既可以進(jìn)入地銷煤倉(cāng)就地銷售,又可以進(jìn)入產(chǎn)品倉(cāng)通過(guò)火車外運(yùn)。
(4)馬泰壕選煤廠的塊煤產(chǎn)品倉(cāng)為兩排并列布置的方倉(cāng),總?cè)萘繛?.70萬(wàn)t,采用滑坡入料,用來(lái)儲(chǔ)存13~25/30 mm、25/30~100 mm兩個(gè)粒級(jí)的塊煤產(chǎn)品?;烀寒a(chǎn)品采用3個(gè)φ21 m的圓筒倉(cāng)和一個(gè)φ110 m的球形儲(chǔ)煤場(chǎng)儲(chǔ)存,總?cè)萘繛?3 萬(wàn)t。塊煤和混煤產(chǎn)品前期采用汽車外運(yùn),后期通過(guò)皮帶運(yùn)往新街工業(yè)園。
(1)由于煤化工用煤對(duì)塊煤的灰分、粒度要求較高,新街礦區(qū)的塊煤需要洗選;如果末煤就近供給電廠使用,可以不洗選;如果塊煤、末煤運(yùn)至東南沿海地區(qū)銷售,則都需要洗選。在礦井沒有出煤前,由于缺乏準(zhǔn)確的煤質(zhì)資料,可以考慮塊煤系統(tǒng)、末煤系統(tǒng)一次統(tǒng)籌設(shè)計(jì)、分期實(shí)施的設(shè)計(jì)思路,先期建設(shè)塊煤洗選系統(tǒng),在礦井投產(chǎn)后再根據(jù)原煤煤質(zhì)和市場(chǎng)情況,論證末煤系統(tǒng)的建設(shè)方案。
(2)在總平面布置過(guò)程中,篩分車間宜布置在原煤倉(cāng)后。對(duì)于主斜井來(lái)說(shuō),這樣可以有效緩解主斜井提升能力與選煤廠生產(chǎn)能力之間的不均衡問(wèn)題;如果篩分車間設(shè)備發(fā)生故障,由于原煤倉(cāng)的緩沖作用,不會(huì)立即影響礦井生產(chǎn)。此外,篩分車間一般將原煤分成0~13 mm和13~200/150 mm兩個(gè)粒級(jí),這兩個(gè)粒級(jí)原煤直接進(jìn)入主廠房洗選,可以降低塊煤破碎率。
(3)新街礦區(qū)的塊煤采用淺槽重介質(zhì)分選機(jī)分選、末煤采用重介質(zhì)旋流器選是合理的,該技術(shù)成熟可靠,對(duì)原煤煤質(zhì)和市場(chǎng)適應(yīng)性強(qiáng),在鄂爾多斯地區(qū)應(yīng)用廣泛。新街礦區(qū)的原煤水分較高,采用香蕉篩分級(jí)時(shí),塊煤與末煤的分級(jí)粒度宜選擇13 mm。在實(shí)際生產(chǎn)中,可以通過(guò)更換原煤分級(jí)篩的篩板,調(diào)整塊煤入選粒度下限和入選量[3-4]。
(4)產(chǎn)品定位要準(zhǔn)確,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)置要合理,經(jīng)濟(jì)效益盡量最大化。末煤用來(lái)發(fā)電可以減少制粉的費(fèi)用,塊煤供給煤化工企業(yè)銷售價(jià)格較高[5]。在條件允許的情況下,應(yīng)該細(xì)分塊煤市場(chǎng),將塊煤分成洗大塊(80~150 mm粒級(jí))、洗中塊(25~80 mm粒級(jí))、洗小塊(13~25 mm粒級(jí))三種產(chǎn)品,根據(jù)市場(chǎng)需要分別銷售;同時(shí)設(shè)置破碎環(huán)節(jié),在塊煤銷售不暢時(shí),將其破碎成混煤。
(5)產(chǎn)品外運(yùn)方式和目標(biāo)用戶要綜合考慮。塊煤分成多個(gè)產(chǎn)品銷售,一般直接對(duì)接用戶,只需考慮地銷即可。由于特大型選煤廠的塊煤產(chǎn)量大,很難實(shí)現(xiàn)多個(gè)產(chǎn)品的細(xì)分,一般13/25~150/200 mm粒級(jí)塊煤直接對(duì)外銷售,銷售終端為港口或中間商,既要考慮汽車外運(yùn),又要考慮火車外運(yùn);混煤(末煤)產(chǎn)品也要考慮汽車外運(yùn)和火車外運(yùn)。生產(chǎn)能力在5 Mt/a以上選煤廠的產(chǎn)品鐵路外運(yùn),宜采用快速定量裝車站,其裝車效率高,產(chǎn)品外運(yùn)量大。
(6)對(duì)于煤電一體化項(xiàng)目和煤化工一體化項(xiàng)目,可以考慮將選煤廠與電廠、煤化工企業(yè)的工業(yè)廣場(chǎng)相鄰布置,共用儲(chǔ)存設(shè)施,減少儲(chǔ)煤倉(cāng)的基建投資。φ30 m的圓筒倉(cāng)儲(chǔ)量大、單位體積造價(jià)低、占地小,在特大型選煤廠設(shè)計(jì)中可以考慮選用。塊煤倉(cāng)宜選用小直徑的圓筒倉(cāng)或并排布置的方倉(cāng),并考慮設(shè)置防碎設(shè)施;塊煤倉(cāng)下方設(shè)置汽車裝車閘門,兼具儲(chǔ)存和地銷的功能。
(1)在設(shè)計(jì)察哈素、紅慶河、爾林兔三座選煤廠的施工圖時(shí),馳張篩在鄂爾多斯地區(qū)選煤廠中應(yīng)用不多,業(yè)主對(duì)其可靠性和細(xì)粒煤篩分效率存有置疑,故沒有以馳張篩作為原煤分級(jí)設(shè)備。隨著馳張篩在鄂爾多斯地區(qū)的推廣與應(yīng)用,新建選煤廠可以考慮以其作為原煤分級(jí)設(shè)備,以降低塊煤系統(tǒng)的原煤分選粒度下限,增加原煤入選量[6]。如果塊煤入選不能滿足市場(chǎng)要求,再進(jìn)一步論證末煤入選的建設(shè)方案,目前選煤行業(yè)提出的末煤脫粉入選方案有很多優(yōu)點(diǎn)[7-10],可以進(jìn)行深入研究。
(2)察哈素選煤廠、爾林兔選煤廠均設(shè)計(jì)有鐵路快速裝車站,但由于建設(shè)嚴(yán)重滯后,在選煤廠建成后鐵路外運(yùn)系統(tǒng)尚未形成,產(chǎn)品只能通過(guò)汽車外運(yùn)銷售。建議在選煤廠設(shè)計(jì)中密切關(guān)注鐵路專用線的建設(shè)情況,統(tǒng)籌規(guī)劃好地銷系統(tǒng)與外運(yùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì),避免選煤廠建成后再對(duì)地銷系統(tǒng)進(jìn)行二次改造與建設(shè)。
(3)由于塊煤銷售價(jià)格比末煤銷售價(jià)格高,在選煤廠設(shè)計(jì)中,應(yīng)該注重經(jīng)濟(jì)效益最大化原則,細(xì)分塊煤市場(chǎng),增加塊煤產(chǎn)品種類;優(yōu)化原煤和產(chǎn)品的篩分、運(yùn)輸、配倉(cāng)、存儲(chǔ)、銷售等環(huán)節(jié),降低塊煤破碎率。
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