2014年05月21日

我国大型动力煤选煤厂建设经验大盘点

  煤炭洗选加工是煤炭洁净高效利用的源头技术。随着国家对要求的日益严格,煤炭的清洁高效利用已经凸显出非常重要的地位。国家发改委颁布的《煤炭工业发展“十三五”规划》指出:“到2020年,煤炭生产开发进一步向大型化煤炭集中,14个大型煤炭产量37.4亿t,占全国煤炭产量的95%”。到2020年原煤入选率力争达到75%。结合国家煤炭建设“压缩东部、中部和东北、优化西部”的战略格局,今后开发陕西、、新疆动力和化工用煤,发展大型动力煤选煤厂将成为未来选煤产业发展的主要方向。

  以来,通过中外合作、引进技术、科技创新、管理提升,一些新技术、新工艺、新设备、新材料在选煤厂设计和生产中得到了成功应用,取得了较好的经济、社会和效益。

  要建设特大型、大型选煤厂,开发大型选煤设备是关键。近年来,通过和国外选煤制造公司合作,我国相继引进消化大型重介浅槽分选机、大直径重介旋流器、香蕉筛、弛张筛、离心机、TBS等先进设备。

  重介浅槽分选机已经形成从3.6~7.9 m槽宽等6种系列产品。其中7.9 m槽宽重介浅槽分选机的小时处理能力可达800 t,单套系统可以配套5.0~6.0 Mt/a的大型动力煤选煤厂块煤分选。

  目前国产大直径重介旋流器使用最多的为直径1.45 m、1.5 m的大型设备,其中有压给料重介旋流器小时处理量可达750~800 t,脱泥、脱粉入洗,单套系统可以配套5.0~6.0 Mt/a的大型动力煤选煤厂末煤分选。直径1.5 m的无压三产品重介旋流器小时处理量可达550~650 t,单套系统可以配套3.0~4.0 Mt/a的大型动力煤选煤厂末煤分选。

  我国90年代已经开发成功35 m2筛下空气室跳汰机,混合入洗可配套1.50 Mt/a的选煤厂。近年来煤研院对SKT系列跳汰机从风阀、风室、排矸方式等多方面进行改进,针对动力煤开发的宽槽单段跳汰机,入洗上限可以提高到200 mm,弥补了跳汰机入洗上限低于重介浅槽的短板。姚昆亮发明筛下柔性空气室(相当于在筛下铺垫可进的气垫),有利于沿宽度方向使跳汰床层均衡运动,为发展更宽槽体的跳汰机提供了发展空间,该技术已经在陕煤黄陵建新选煤厂35 m2跳汰机、焦作赵固二矿选煤厂27 m2跳汰机得到应用。大型跳汰机配套5.0 Mt/a及其以上的大型动力煤选煤厂技术已经成熟。

  大型筛分设备是建设特大型、大型选煤厂的关键配套设备。我国消化引进的筛分设备,其质量完全可以和国外媲美。香蕉筛、直线 m,完全可以和特大型、大型选煤厂配套。弛张筛、交叉筛已经可以实现动力煤洗选中的3~6 mm脱粉,筛分效率最高可达到80%。用于脱介、脱水、深度干法筛分的设备完全可以配套大型以上的选煤厂。

  目前引进国外技术、国内生产的大型离心机筛篮直径1.4~1.65 m。与大型洗煤设备中的块煤洗选一对一、末煤入洗一对二成套应用。带刮刀卧式煤泥离心机、沉降过滤离心机小时回收煤泥可达60 t,可满足配套大型选煤厂的应用。800 m2隔膜快开压滤机、面积120 m2的加压过滤机等细煤泥回收设备,已经成功应用于特大型、大型选煤厂。

  过去由于泵类设备及耐磨材料不过关,大型重介选煤的成功案例不多,近年来随着渣浆泵的技术革新、耐磨管道的专业化生产已经较好的解决了这一问题。泵类设备一用一备的设计已经一去不复返,有压给料重介旋流器入(给)料泵煤介小时通过量达到2400 m3的技术完全过关,泵腔优化后入料粒度上限最大可达100 mm。

  目前带式输送机最大带宽达到2400 mm,带速高达5 m/s;选煤厂带式输送机最大运量达到5400 t/h。重型刮板输送机最大宽度1800 mm,小时运量达到3000 t。因此,特大型、大型选煤厂物料输送系统的安全可靠度已经很高。

  特大型选煤厂的仓储系统配套完善。圆筒仓直径最大达到45 m;单仓容量3万t的30 m直径圆筒仓已在选煤厂应用较多;54 m直径的气膜穹顶仓单仓容量6万t,已经成功应用于中煤门克庆、葫芦素12.0 Mt/a的特大型动力煤选煤厂。快速定量装火车、快速定量装汽车系统的成功应用,为特大型、大型选煤厂产品外运提供了良好保障。

  随着电气、电子、信息技术的飞速发展,选煤厂在集控自动化、分选密度自动调节、介质自动添加、液位自动与调节、大型电机自动测温、煤泥水浓度自动检测与调节、设备故障自动检测与报警、煤质在线检测及远程管理、自动配煤、自动冲洗等方面也取得了快速发展。选煤厂可全面实现高产高效运行,部分特大型选煤厂全员效率已达300 t/工以上。多数选煤厂介耗、电耗、水耗、油耗指标已经达到国际先进水平。

  由于各大矿区积极发展洗煤,神东、淮南、宁煤、中煤平朔等国有大型煤炭企业,相继建立了煤炭洗选中心或选煤总厂,实现生产技术、采购维修、人财物等统一管理、承包运行,集约化管理使选煤厂管理水平进一步提高。

  由于基础技术和配套设施的快速发展,为我国建设大型、特大型选煤厂提供了技术保障。据中国煤炭加工利用协会统计,截至2016年底,我国千万吨以上的动力煤选煤厂达到64座。这些选煤厂的设计水平、生产管理、技术指标、人员素质已经达到国际先进水平,已成为国家为动力、化工供应优质煤炭,引领行业发展的中流砥柱。千万吨级以上的动力煤选煤厂主要集中在神东、平朔、准格尔、陕北、大同等矿(地)区。

  (1)合理利用高硫煤的平朔矿区:该矿区赋存的4号煤为低硫高灰煤,9号、11号煤不仅灰分高,平均硫分也分别为2.20%和2.80%左右。自从80年代末美国公司在平朔建成第一座15.00 Mt/a的安太堡选煤厂以来,矿区现有千万吨级以上选煤厂6座,合计年入洗能力1.25亿t。选煤方法以块煤重介浅槽主再洗、末煤重介旋流器主再洗为主。矿区以合理利用高硫煤为主,生产10多种商品煤,本着“优远劣近”的原则,低硫高热值煤由铁外运,硫分高的煤就近利用。

  (2)优劣煤分别开采洗选的准格尔露天矿选煤厂:矿区主采的6号煤有优、劣煤之分。矿区两座露天矿选煤厂,总规模达到70.00 Mt/a。露天矿按优、劣煤开采,选煤厂按优、劣煤洗选,优煤产品供应区外,劣煤产品区内销售,煤炭资源利用合理。

  (3)兼顾动力和配焦煤的大同塔山、同忻特大型选煤厂:两座选煤厂设计能力分别为15.00和10.00 Mt/a。由于开采煤层具有一定粘结性,可以做为配焦煤。选煤方法采用块煤重介浅槽分选、末煤三产品重介旋流器分选,可加工配焦煤。工艺流程及产品结构灵活,经济效益明显。

  (4)合理配煤销售的神东矿区选煤厂:神东公司洗选中心管理多座特大型动力煤选煤厂,其中大柳塔选煤厂34.00 Mt/a,选煤方法为:块煤三产品跳汰分选、重介浅槽分选,末煤有压三产品重介旋流器分选;布尔台选煤厂35.00 Mt/a;补连塔选煤厂24.00 Mt/a;石圪台、哈拉沟等选煤厂产能均达到千万吨级。由于神华集团具有采煤、选煤、铁、港口为一体的企业优势,产品用户多样灵活。神东公司各选煤厂配煤系统完善,完全能够实现满足各种用户的配煤销售模式。

  (5)陕北优质煤选煤厂:陕北矿区赋存的煤炭属低灰、特低硫、高热值的优质动力煤。陕煤化集团的红柳林、柠条塔、张家峁矿3座选煤厂,总建设规模46.00 Mt/a,产品煤热值在23.83~25.08 MJ/kg以上,属典型的大型、特大型优质动力煤选煤厂。

  我国有不少已投产的大型、特大型动力煤选煤厂的选煤工艺为:块煤重介浅槽分选,末煤重介旋流器分选。该工艺存在如下问题:一是煤泥产量大、难以合理利用;二是末煤水分增加,降灰、增水相抵后,发热量增加较少,经济效益不明显。改为脱粉入洗。我国有些选煤厂通过采用弛张筛或交叉筛6~3 mm脱粉入洗,增加了经济效益。如晋煤某选煤厂将全部入洗改为脱粉入洗,增加效益1250万元/a,年节省药剂消耗22万元以上。神东矿区某全部入洗选煤厂,通过6 mm脱粉入洗测算,与现有末煤全部入选工艺比较,产品销售盈利增加10697万元/a,各项成本节约4123万元/a 。

  目前重介浅槽选煤洗选上限一般为200(150)mm、下限为13或25 mm。根据有些选煤厂的经验,在井下过断层、或煤层夹矸增多、或用户对产品质量要求提高时,该工艺应变能力存在一些不足。如果设计时按照入洗下限6 mm进行选型,投产后根据煤质及用户需求,调整入洗下限相对较容易。对一些煤质差、矸石泥化严重的矿井,在不设计末煤入洗的前提下,将重介浅槽洗选下限降到6mm,在投资基本不变的情况下,可增加入洗量15%左右,增加的这部分入洗煤,可用于配筛下末煤,即可总的产品煤质量,而且洗选工艺相对简单。该工艺已经在神华李家畔矿选煤厂得到成功应用。

  随着重介浅槽入洗下限的降低,降低入洗上限也是必要的,其理由一是入洗粒度范围变窄,有利于提高分选效果;二是有利于简化选煤工艺。传统工艺为原煤破碎到150(200)mm,150(200)~13mm入洗,由于大型或特大型选煤厂150(200)~80(100)mm产品无用户(或用户少),需要设大块精煤破碎系统,造成选煤厂存在选前特大块破碎、选后大块精煤破碎两个破碎环节,破碎工艺复杂。若将入洗上限降低到80(100)mm,则设选前破碎即可。如陕北红柳林18.00 Mt/a选煤厂,原设计150~13(25)mm入洗,由于150~80(100)mm块精煤销量少、价格低,经常出现“顶仓”现象,影响选煤厂正常生产。为解决这一问题,选煤厂将入洗上限改为80mm,取消了一道破碎环节和大块煤产品,有效了正常生产。

  我国鄂尔多斯的纳林河、呼吉尔太矿区、陕北榆神等动力煤矿区,原煤硫分在1.6%左右,其中小于1.4 kg/L的浮煤硫分也大于1%,说明该煤通过排矸洗选出低硫煤很困难。对这种煤的选煤方法的确定考虑以下因素:

  (1)配套有煤化工项目的选煤厂,块煤入洗的下限确定为6(13)mm,洗后30mm以上块精煤单独销售,其他洗精煤和末煤配煤供应煤化工。其主要理由是煤化工项目具有回收硫磺的功能,可以允许原料煤的硫分高。

  (2)以外销为主的矿井选煤厂,在进行工艺设计时要按3mm脱粉入洗,主要目的是为了稳定产品煤的硫分,兼顾降灰、提高热值。因为现在市场销售中,一旦外销煤合同按一定的质量指标签订后,若产品煤硫分每超0.1%,其罚款是4元/t,企业会较大的经济损失。此种情况在中煤纳林河矿选煤厂、母杜柴登选煤厂产品销售中均有体现。因此,对硫分较高的选煤厂,为了尽量降低硫分、稳定煤质,其选煤工艺采用末煤3mm脱粉入洗。目前这两座选煤厂已经开始在现有块煤洗选工艺的基础上,增加末煤脱粉入洗环节,此经验值得类似选煤厂借鉴。

  当选煤厂产品品种过多,如果有一种产品滞销,则仓满后就会影响全厂生产。为此:

  (2)有些特大型选煤厂将13 mm以上块精煤分洗大块、洗中块、洗小块3种产品分别装仓,铁外运,系统复杂,中块、大块煤破碎严重,管理复杂,经济合差。对13 mm以上块煤不分级混块装仓后铁外销,由用户在终端分级销售。这种经销模式一是有利于块煤产品的限下率;二是混块煤入仓及铁外销过程中,块煤破碎率小;三是选煤厂管理方便,经济效益不受损失。

  随着矿井无人工作面、智能化煤矿的建设,选煤厂智能化已经引起有关部门的高度重视。今后新建选煤厂,在可行性研究阶段,对智能化应进行专题研究,并列出相应的投资。

  回顾煤炭“黄金十年”、低谷“四年”、2016年底缺煤的行情变化,在煤炭市场各种变化时期,选煤厂均起到了重要作用。但目前存在两个主要问题:

  一是矿井工作面小时生产能力、主提升系统小时提升能力都比较大,加之外部销售市场波动较大,全国选煤厂日平均运行时间均大于《煤炭洗选工程设计规范》的16 h,许多选煤厂无正常维修时间。

  二是我国多数煤矿的煤层断层多,采煤过断层时煤质变差,特别是矸石碎化、泥化,对煤质影响较大。我国现有许多选煤厂,在煤质正常情况下洗煤系统较为正常,一旦矿井煤质变差,选煤厂部分环节额定处理能力下降,只能靠延时生产保矿井正常生产,导致选煤厂生产管理被动。

  为此,提高《煤炭洗选工程设计规范》中的煤流系数,选煤厂设计处理能力要适当大于供矿井的生产能力,增加相应的投资是必要的。

  经过近20 a的快速发展,我国动力煤洗选技术水平已经达到国际先进水平。“十三五”期间,煤矿生产建设将向集约化发展,相应配套的大型动力煤选煤厂建设将会越来越多。因此,认真总结现有选煤厂的设计、建设和生产经验,适应市场变化、应变矿井最差煤质、合理确定选煤方法和入洗上下限,是进一步提高我国大型动力煤选煤厂整体水平的关键,对此应引起广煤工作者的高度重视。