王 洋，郭大林，衛(wèi)中寬，李功民

(1.中煤天津設計工程有限責任公司，天津 300131；2.唐山神州機械有限公司，河北 唐山 063001)

1 項目概況

東歡坨礦井隸屬于開灤(集團)有限責任公司，原煤產(chǎn)量4.5 Mt/a。東歡坨礦井原煤為中粘結(jié)～強粘結(jié)的氣煤，各主要指標均接近1/3焦煤，洗選后既可作為動力煤使用，也可作為煉焦配煤使用[1]。東歡坨礦井配套建有選煤廠，選煤廠設計生產(chǎn)能力為1.5 Mt/a。經(jīng)多次改造后，選煤廠現(xiàn)分選工藝為：大于40 mm塊煤FGX型干選機分選，少部分大于6 mm粒級末煤兩產(chǎn)品重介旋流器分選，大部分小于40 mm粒級末煤不分選。

選煤廠存在的不足主要有兩方面：一是生產(chǎn)能力不足。選煤廠只能實現(xiàn)大于40 mm粒級塊煤和少部分大于6 mm粒級末煤洗選，大部分原煤直接作為產(chǎn)品銷售，原煤入洗比例較低，產(chǎn)品質(zhì)量提升效果不明顯，不能滿足國家商品煤質(zhì)量要求。二是環(huán)保不達標。經(jīng)過多年運行，現(xiàn)有FGX型干選機各環(huán)節(jié)密封性變差，生產(chǎn)過程中煤塵泄漏嚴重。由于配套除塵設備性能降低，且是露天布置方式，干選系統(tǒng)生產(chǎn)過程中揚塵非常嚴重。為了解決以上問題，東歡坨礦選煤廠進行了改擴建。

2 設計方案

2.1 產(chǎn)品定位

經(jīng)市場調(diào)研，東歡坨礦原煤分選后作為煉焦配煤銷售的市場競爭力較弱，風險較大；而作為動力煤銷售具有穩(wěn)定的產(chǎn)品用戶，市場風險較小。因此，最終確定選煤廠產(chǎn)品定位為前期生產(chǎn)動力煤，后期依據(jù)產(chǎn)品市場情況，增設洗選系統(tǒng)，生產(chǎn)煉焦配煤。

2.2 分選粒級

確定合理的分選粒級是動力煤選煤廠最重要、最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，直接影響著選煤廠的產(chǎn)品質(zhì)量和建設投資[2]。東歡坨礦選煤廠現(xiàn)有原煤準備系統(tǒng)正在進行技術(shù)改造，改造完成后可保證將原煤的分選粒度上限控制在50 mm。確定分選粒度下限時，依據(jù)原煤煤質(zhì)情況，針對0.25 mm、1 mm、3 mm、6 mm、13 mm和25 mm 6種情況進行了技術(shù)經(jīng)濟比選，比選結(jié)果見表1。

分析表1可知，隨著分選粒度下限的降低，產(chǎn)品煤的發(fā)熱量雖然逐漸高，但排出的矸石量、煤泥量也逐漸增高，加工費用也同步增加。目前，動力煤的產(chǎn)品價格一直在高位運行，東歡坨礦的動力煤產(chǎn)品銷售順暢。因此，在目前的產(chǎn)品市場條件下，選煤廠整體利潤的變化大趨勢是隨著分選粒度的降低而下降。當分選粒度下限設定為25 mm時，產(chǎn)品煤灰分小于40%，滿足我國關(guān)于商品煤的要求。因此，在當前的市場情況下，將分選粒度下限設定為25 mm是最佳的。

綜合分析后，東歡坨礦選煤廠的分選粒級設定為50～25 mm，并可依據(jù)原煤煤質(zhì)及市場情況靈活調(diào)整。當原煤質(zhì)量較差時，可摻入部分小于25 mm末煤洗選；當原煤質(zhì)量較好時，分選粒度下限可提高。

2.3 分選方法

依據(jù)確定的分選粒級，規(guī)劃了與其相適應的、應用較為廣泛的兩種分選方法進行對比，分別為重介淺槽分選機分選和干法分選。

(1)重介淺槽分選機。重介淺槽分選機在動力煤選煤廠的應用最為廣泛[3]。其優(yōu)點是：分選粒度范圍寬，有效分選粒級為150～6 mm；分選精度高，對煤質(zhì)變化的適應性強；自動化程度高；設備體積小，便于工藝布置；設備機械結(jié)構(gòu)簡單，易于維護。缺點是：系統(tǒng)較為復雜，需要配備介質(zhì)系統(tǒng)，生產(chǎn)成本較高。

(2)干法分選機。干法分選機的最大優(yōu)點是分選過程不用水[4]，分選后，產(chǎn)品水分不增加，有利于提高產(chǎn)品的發(fā)熱量。同時，還具有生產(chǎn)成本低、設備成套模塊化、投資少、建設周期短、建設模式靈活(可以租代建，降低前期投資)等優(yōu)點。缺點是分選精度較低。

設計方案對以上兩種分選方法進行了技術(shù)經(jīng)濟比較，結(jié)果見表2。

分析表2可知：

(1)由于分選精度高，重介淺槽分選方法生產(chǎn)的產(chǎn)品煤灰分最低、矸石最純。雖然其產(chǎn)品煤售價最高，但其最高的加工費用和最高的矸石量降低了選煤廠的整體利潤。

(2)由于分選精度較低，干法分選方法生產(chǎn)的產(chǎn)品煤灰分較高。但其產(chǎn)品煤水分最低，彌補了灰分高的缺點。較高的產(chǎn)品煤產(chǎn)率、發(fā)熱量和較低的加工費用，導致其利潤優(yōu)于重介淺槽分選方法。

綜合分析后，干法分選的分選效率雖然不是最佳，但能夠滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求，且具有建設速度快、加工費用低、建設模式靈活(可以租代建，降低前期投資)等優(yōu)點，更符合本選煤廠目前的實際情況。因此，決定采用干法分選方法。

綜合以上對比分析，東歡坨礦選煤廠前期建設系統(tǒng)采用的分選工藝為：50～25 mm塊煤干法分選，小于25 mm粒級末煤不分選。當原煤煤質(zhì)變化時，小于25 mm粒級末煤可部分分選。

3 干法分選設備的選擇

東歡坨礦選煤廠改擴建項目采用的主體設備為成套干法分選機。經(jīng)多次調(diào)研，最終選用神州機械有限公司生產(chǎn)的ZM礦物高效分離機。該設備運用階梯式分離原理，根據(jù)不同物料密度差異，分離出煤炭、硫鐵礦、矸石等產(chǎn)品[5]。

分選系統(tǒng)主要包括分選床、布風裝置、吊掛裝置、激振器等。根據(jù)入料煤特性，各個參數(shù)也可進行靈活調(diào)整，從而在床面上實現(xiàn)煤與矸石的有效分離。

除塵系統(tǒng)主要包括集塵罩、重力除塵器、布袋除塵器、噴霧除塵和引風機等。集塵罩布置在分選床面的上部，在引風機的作用下，集塵罩內(nèi)形成負壓空間，使粉塵不外溢。布袋除塵器是除塵系統(tǒng)的核心部件，可有效清除循環(huán)風中的各粒級煤粉，同時保證外排空氣中的粉塵濃度低于國家標準。

分選流程：原煤進入分選機后，在分選床上進行分選。依據(jù)原煤質(zhì)量情況，通過調(diào)節(jié)分選床角度、風壓和排料板高度可分選得到合格的精煤、中煤和矸石三種產(chǎn)品。主風機集塵罩在風機的作用下收集分選過程中產(chǎn)生的粉塵。收集的粉塵通過管道輸送至重力除塵器和旋風除塵器進行預除塵，收集的粗顆粒由旋風除塵器下口排出摻入精煤產(chǎn)品，含有細顆粒粉塵的氣流進入主風機循環(huán)進入主選床面下部鼓風室。 除塵系統(tǒng)集塵罩將細顆粒由風攜帶通過管道輸送至重力除塵器和布袋除塵器進行深度除塵。布袋除塵器收集的細顆粒由底部排出，并利用煤粉攪拌裝置加濕成團后摻入精煤產(chǎn)品，粉塵濃度合格的空氣從布袋除塵器的頂部通過管道排至車間外。

相較于FGX復合式干選機，ZM礦物高效分離機在分選精度和環(huán)保方面更具優(yōu)勢：

(1)分選精度高。ZM礦物高效分離機的主機采用中美合作技術(shù)，分選精度高，可實現(xiàn)個性化設計。ZM礦物高效分離機的Ep=0.15～0.23 kg/L，優(yōu)于FGX(Ep=0.25～0.30 kg/L)及其他干選設備。ZM礦物高效分離機的主選機風室結(jié)構(gòu)、布風結(jié)構(gòu)和布風控制更加合理高效，風室不易存渣；煤與矸石在主選機上被分選的時間長，分選效率和分選效果更高。

(2)環(huán)保效果好。ZM礦物高效分離機整個系統(tǒng)在全封閉的狀態(tài)下運行。分選風量閉路循環(huán)處理，設備采用全布袋除塵，確保設備負壓運行，無粉塵外溢，滿足環(huán)保要求；采用獨立降噪處理，無噪聲污染。

4 思考及建議

目前，東歡坨礦選煤廠改擴建項目已經(jīng)基本完成，系統(tǒng)調(diào)試也已進入尾聲。調(diào)試結(jié)果顯示，選后產(chǎn)品煤發(fā)熱量大于16.72 MJ/kg，矸石帶煤率不超過3%，達到了設計預期。

4.1 問題思考

(1)發(fā)熱量是動力煤產(chǎn)品用戶重點關(guān)注的指標。在動力煤選煤廠設計過程中，關(guān)注產(chǎn)品灰分的同時，還需關(guān)注產(chǎn)品水分對發(fā)熱量的影響。簡單的以增加水分為代價降低產(chǎn)品灰分是不可取的，應做到灰分和水分的平衡。相較于濕法分選，干法分選的降灰效果雖然較差，但不會增加產(chǎn)品水分，因此當濕法分選降灰效果不明顯時，采用干法分選更有利于取得產(chǎn)品灰分和水分的平衡，更有利于提升產(chǎn)品發(fā)熱量。

(2)相較于煉焦用煤，動力煤產(chǎn)品售價一般較低。為保障動力煤選煤廠的整體經(jīng)濟效益，需最大限度的降低生產(chǎn)成本。相較于濕法分選，干法分選無需水處理系統(tǒng)和介質(zhì)系統(tǒng)，生產(chǎn)系統(tǒng)簡單，無水耗介耗，生產(chǎn)成本明顯低于濕法分選。因此，在動力煤選煤廠設計中應考慮干法分選生產(chǎn)成本低的優(yōu)勢。

(3)干法分選機分選過程中需要大量的風，工作過程中噪聲及產(chǎn)塵量非常大，所以在設計過程中應重點關(guān)注除塵和降噪問題。相較于傳統(tǒng)的干法分選機，ZM礦物高效分離機采用了多級除塵系統(tǒng)，降塵效果更好。同時增加了煤粉濕法攪拌環(huán)節(jié)，減少了煤粉摻入產(chǎn)品過程中的揚塵。為解決運行過程產(chǎn)生的噪聲問題，東歡坨礦選煤廠改擴建項目中將風機單獨布置在生產(chǎn)車間之外，使其遠離生產(chǎn)區(qū)域，為操作工提供了更好的工作環(huán)境。

(4)ZM礦物高效分離機工作過程中的用風，在傳統(tǒng)設計中是采用通過廠房結(jié)構(gòu)間隙的無組織進風方式。這種無組織進風方式會帶走廠房內(nèi)的大量熱量，在冬季會降低廠房內(nèi)溫度、增加采暖熱耗。東歡坨礦選煤廠改擴建項目在廠房內(nèi)單獨設置了進風道，改無組織進風為有組織進風，可減少廠房內(nèi)的熱量損耗。

(5)ZM高效礦物分離機的有效分選粒度上限為80 mm。東歡坨礦選煤廠改擴建項目原設計中，ZM高效礦物分離機的入料粒度上限可通過上游篩分破碎系統(tǒng)控制在50 mm以下。調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，入料中含有部分粒度大于100 mm的大塊矸石，這部分矸石在ZM高效礦物分離機中無法得到有效排除，最終混入到中煤產(chǎn)品中，影響了產(chǎn)品的發(fā)熱量。因此，設計過程中應采取可靠措施保證ZM高效礦物分離機的入料粒度上限。

4.2 關(guān)于推廣及應用方面的建議

(1)濕法分選與干法分選相結(jié)合。確定選煤廠分選方法時不應將濕法分選和干法分選相對立，應將兩者相互結(jié)合，實現(xiàn)優(yōu)勢互補。例如，可將干法分選用于濕法分選工藝中的預排矸，以較低的成本減少進入濕法分選系統(tǒng)的矸石量，以提高其分選效果，降低其系統(tǒng)規(guī)模和建設投資。

(2)選前脫粉。在分選100～0 mm粒級混煤時，ZM高效礦物分離機的有效分選粒度下限為3 mm，對小于3 mm粒級煤粉的分選效果較差?？刹捎酶煞摲奂夹g(shù)實現(xiàn)選前6 mm或3 mm脫粉，在不影響分選效果的前提下降低系統(tǒng)入料量，減小系統(tǒng)規(guī)模和建設投資。

(3)井下分選。近年來，綠色礦山建設得到了廣泛關(guān)注，原煤井下分選是其重要的組成部分。相較于跳汰分選、重介淺槽分選等濕法分選方法，干法分選方法具有不用水、不用介質(zhì)、系統(tǒng)簡單、生產(chǎn)成本低等突出優(yōu)點，是原煤井下分選的理想方法。在井下推廣使用ZM礦物高效分離機，應在保證處理能力的前提下盡可能實現(xiàn)設備的小型化。