神东矿区选煤厂设计浅析.pdf

收稿日期 2005 - 03 - 20 作者简介陈桂刚1971 - ,男,河北沧州人,学士,神华集团神东煤炭公司洗选加工中心总工程师, ,主要从事选煤 厂的技术管理。 神东矿区选煤厂设计浅析 陈桂刚 神华集团神东煤炭有限责任公司,陕西 神木 719315 摘 要从加工方法、流程设计、设备选型、工艺布置、自动控制等方面,对神东矿区现 代化选煤厂设计思路和模式进行了总结、分析,以期对国内选煤厂设计提供可借鉴的经验和 教训。 关键词选煤厂设计;重介选煤;洗选效率;自动化控制 中图分类号 TD94 文献标识码 B 文章编号 1671 - 095920050820017204 神府东胜煤炭有限责任公司简称神东公司隶属于神 华集团,成立于1998年。近年来,随着矿区建设和生产规 模的迅速扩大,公司原煤产量从1998年的7113Mt增加到 2003年的6015Mt ,连续4年以千万吨以上的幅度增加。根 据目前计划, 2005年全公司原煤产量将突破亿吨大关。作 为矿区建设的配套工程,神东公司煤炭洗选加工事业近年 来也得到了快速发展,截止2004年底已建成投产各类选煤 厂七座,入选能力从2001年的3910Mt增加到2004年的 76195Mt。笔者结合2002年以来选煤厂扩建、改造及新建 项目的设计实践,谈谈适合神东矿区特点的选煤厂设计思 路和模式,希望对类似选煤厂的设计提供借鉴。 1 洗选加工方法的选择 111 结合矿区原煤特性和产品市场定位,确定合 理的煤炭洗选加工方案 综合矿区总体煤质指标情况,该煤田煤质属低灰Ad 平均8 左右、特低硫St ,d平均低于01 5 、特低磷、特 低氯、中高发热量Qnet ,ar平均5500～6100kCal/ kg、高水 分Mt平均10～16 、Mad平均6～10 的不粘煤或长焰 煤,分选出不同灰分产品后可以满足城市优质环保动力用 煤和冶金喷吹用煤需要。由于该区原煤灰熔融性软化温度 ST普遍较低约1150℃ , 通过与公司已经开发的河东煤 田高灰熔融性软化温度ST 1500℃煤炭配煤后可以满足优 质出口煤源和国内高灰熔点用户要求。另外本区地层含煤 16层,主要稳定可采煤层5层,自上而下为1- 2、2 - 2、 3 - 1、4- 2和 5 - 2。各煤层原煤的物理抗碎强度较高在 78～ 94之间 , 含块率较高,且对二氧化碳反应性大于70 、具 有良好的化学活性和热稳定性,是理想的气化用煤。 基于以上市场定位,根据不同煤层的具体煤质特征分 别确定不同的加工方案。其中1 - 2煤由于普遍含有 1～2层 夹矸和2～3层高灰暗淡型煤,加之水分在各煤层中最高, 导致商品煤发热量Qnet ,ar通常保持在5500～5650kCal/ kg , 只能作为普通电煤供应一般用户。对此种原煤的加工方法 为采用 25mm块煤洗选后与末煤混合,以稳定发热量指标 为主要目的如大柳塔洗煤厂活鸡兔井系统、上湾洗煤厂和 补连塔选煤厂洗选系统 ; 2 - 2煤由于基本不含夹矸和高灰 暗淡型煤含量较少,加之基元灰分小于515 的含量占 90 以上,对此种原煤的加工方法为采用 13mm块煤洗 选后生产灰分小于5 的特低灰精煤,供冶金喷吹用煤 需要,如大柳塔洗煤厂大柳塔井系统和哈拉沟洗煤厂; 3 - 1 煤由于原煤灰分最低且变化相对较小、加之水分相对较低, 原煤发热量通常保持在5800kCal/ kg以上,不需洗选即可 达到优质混煤的要求,对此原煤只需筛选后即可销售,或 筛选出块煤作为气化用煤销售如补连塔选煤厂地方煤系 架,屋顶及围护墙采用保温型压型钢板。由于工艺专业提 供的起重梁梁底至楼面的净空不小于7m ,若仓顶建筑一律 取同一层高,势必造成空间的浪费。为节省造价,降低层 高,中间设起重梁部位层高较高,两侧层高降低。 5 基础 由于原煤缓冲仓所处位置的地基良好,持力层位于砂 质泥岩上,地基承载力特征值fk 440kPa ,基础可做成普 通的条形环基,外筒基础宽B 2m ,内筒基础宽B 3m , 中间柱设柱下独立基础,无论对于计算还是施工,都是最 简单可行的。 责任编辑 马光辉 71 2005年第8期 煤 炭 工 程 设计技术 统 ; 4 - 2和 5 - 2煤由于水分相对最低 ,发热量通常保持在 5800kCal/ kg以上,另外由于其灰熔融性软化温度ST均在 1265℃ 以上,是本矿区难得的优质出口电煤原料。对此原 煤的洗选加工以稳定发热量为主要目的,所以采用 25mm 块煤洗选后与末煤混合的洗选方案如榆家梁洗煤厂。 112 突破常规思路,选择简单、高效、可靠、合 理的选煤方法 针对神东矿区原煤灰分低、含块率高的特点,顺应神 东公司高产高效的经营理念,在洗选工艺的选择上重点从 简单、可靠、高效的目的出发,在孙家沟、榆家梁、乌兰 木伦、上湾、补连塔和哈拉沟等六座洗煤厂的建设过程中, 敢于突破常规设计规范和理念,对可选性为易选或中等可 选的原煤坚决使用块煤重介洗选工艺,充分注重发挥重介 洗选的高效率、高可靠性、高自动化水平的独特优点,实 现洗选加工技术的跨越。根据近年来几座新建厂的生产实 践,使用块煤重介洗选工艺突出表现出以下特点 1 洗选效率显著提高。根据已经投产的孙家沟、榆家 梁、乌兰木伦、上湾四个厂的实际检测数据,块煤重介洗 选设备浅槽重介分选机数量效率平均达到99144 ,Ep 值在01049～0102之间。 2 对原煤数质量变化适应性增强。虽然神东煤田各煤 层的赋存情况相对稳定,但由于特殊构造和断层的存在造 成原煤灰分、水分指标经常出现波动。加之井下综采工作 面采场压力变化、割煤速度调整、割煤方式变化和原煤仓 粒度偏析等原因均可造成原煤含块率变化,从而导致入洗 块煤量频繁波动。对于块煤洗选工艺来说这一点是需重点 考虑的因素。为了保证分选设备的正常工作,无论采用跳 汰工艺还是重介旋流工艺必须设置缓冲装置或频繁调整操 作参数,给生产操作带来一定困难。但是选用重介浅槽工 艺则可以充分发挥其适应性强的特点,在入洗块原煤数、 质量发生变化时不需对任何操作参数进行调整即可实现正 常生产,大大降低该因素造成的影响。另外浅槽分选机也 适宜于易泥化煤的分选神东煤田煤层顶底板以炭质泥岩为 主,部分井田夹矸泥化严重 , 矸石进入分选机后立即下 沉,并被刮板排出,在系统中滞留的时间短经实际测试, 物料在系统中的停留时间分别为选前脱泥设备中约12s、 分选设备内约13s ,选后脱水脱介设备中 15s 。另外块煤在 重介分选槽中分选,泥岩和悬浮液间相对速度很小,波动 小,也对降低泥化程度十分有利。而跳汰分选时煤矸在分 选过程中,在水中需多次波动,浸泡时间延长,增加了泥 化程度。 3 分选粒度和密度范围宽。动筛跳汰的分选下限只能 达到25mm ,随分选粒度减小,其分选效率明显下降。实践 证明重介分选槽的有效分选下限可达6mm。动筛跳汰分选 密度一般在117kg/ l以上,而浅槽的密度可低至1130kg/ l。 因此采用重介分选槽为产品结构的调整留下了空间。另外, 浅槽工艺也适于块煤产品的生产,由于其有效分选粒度范 围为300～6mm ,基本可以省略选前破碎环节。这样则既可 简化系统环节又可避免选前破碎造成的入洗块煤量降低, 为提高精煤产率创造了条件。 4 单机处理能力大,便于简化工艺配置。根据已投产 厂的实际经验,浅槽分选机的单位槽宽处理能力为115t/ m , 一台工作槽宽8m26英尺的浅槽分选机处理能力可达到 920t/ h。而处理相同规模的原煤则需要B 210m的动筛跳 汰机3台、35m2的动筛跳汰机2台。由此可见选用浅槽分 选机既可以减少厂房体积,又可简化系统。 5 设备操作维护简单、易于控制调整由于浅槽分选 机结构简单,物料在敞开容器中靠自由沉降自行分选,可 控制因素主要是重介悬浮液的密度。这样只需通过常规的 介质密度控制手段即可实现正常操作,不需调整压力、流 量和给料量等参数,大大降低了生产控制难度,易于实现 自动操作。 2 工艺设计和布置的优化 针对神东矿区动力煤洗煤厂的原煤性质和产品定位, 在加工方案和选煤方法确定后,如何进一部对系统工艺设 计和工艺布置进行优化,是实现系统简洁、调整灵活、操 作方便、管理高效的重要因素。该矿区洗煤厂典型工艺流 程见图1所示。 总结近几年来的设计经验,主要在以下方面进行了有 益的探索 211 洗选系统单系统化、作业环节单机化 洗选系统单系统化、作业环节单机化为减少系统中间 分配转载环节、减少厂房体积、降低工程造价和降低管理 控制难度奠定基础。根据目前国内外选煤设备发展状况, 加工能力1000t/ h以下的块煤重介洗选系统已经可以完全 实现单系统化。 212 工艺系统设置灵活、多变 工艺系统设置充分考虑其灵活性、多变性,是动力煤 洗煤厂适应市场变化、实现产品多样化的关键因素。目前 孙家沟南部区洗煤厂可以实现6种生产方式,生产6种不 同产品;补连塔选煤厂可以实现8种生产方式,生产10种 不同产品。工艺系统设置灵活、多变为选煤厂适应不同原 煤变化、不同用户要求和应对不同系统故障创造了条件。 213 配套系统工艺选择注重发挥设备特性,为简 化系统创造条件 1 选择选前脱泥筛缝3～6mm ,大大减少进入介质 系统的煤泥量,既可减少后续介质净化回收系统负荷、提 高脱介效果,又可缓冲来料波动、实现浅槽全宽入料。 2 煤泥分级回收分级粒度0115mm ,其中粗煤泥 0115mm采用弧形筛筛缝0135mm和卧式煤泥离心机筛 缝014mm脱水,处理能力大、脱水效果好,离心机内粗煤 泥形成阻隔滤层提高煤泥回收率,且确保产品表面水分低 于8 。 81 设计技术 煤 炭 工 程 2005年第8期 图1 神东矿区重介洗煤厂典型流程图 3 细煤泥 - 0 115mm采用进口高效浓缩机浓缩后, 国产加压过滤机脱水。处理能力大单位面积处理量015～ 016t干煤泥/ m2、脱水效果好滤饼表面水分20 ～ 22 ,且自动化程度高,可以实现无人职守。 4 介质净化回收系统采用直接单段磁选工艺,发挥进 口大直径单滚筒高效磁选机处理能力大滚筒直径1220mm 磁选机单位长度矿浆通过量达到150m3/ h m 、磁选效率高 99 1 9 的优势,省去常规工艺中的介质浓缩和两段磁选 环节,使介质回收流程大大简化。 5 选用合理的介质添加和密度控制工艺,使介质密度 调整方便、运行平稳,完全实现自动控制。如图1所示, 介质添加采用车间底层泵坑搅拌、磁选浓缩后直接加入合 介桶方式,使加介工作的人力消耗少、新加介质比重大、 密度平稳。介质密度控制采用增大分流量提高合介桶内介 质密度、合介泵入料管自动加水完成密度调整、配用优质 核子密度仪实现监测的方式,达到了调整精确密度波动范 围0101kg/ l、反映敏捷仅需几秒、完全自动化的 目的。 214 突破传统理念,合理确定厂房设计 厂房采用联合建筑,优化传统全钢结构,合理压缩检 修空间,以达到降低工程造价、缩短建设工期的目的。 1 主厂房采用联合建筑,将加压过滤、循环水池、泵 房、空压机房全部布置在主厂房内,浓缩池就近设置,从 而减少转载设备和管路、溜槽,降低动力消耗,方便了操 作管理,减少了建筑体积。 2 在保证合理检修空间基础上,尽量压缩闲余空间, 根据工艺需要选择建筑模数,形成既有别于模块式布置又 不同于传统钢框架布置的新型厂房布置形式。使厂房体积 节省、空间利用率高。同时使厂房钢材耗量降低,避免了 “肥”梁“胖”柱现象。 3 设备布置采用分层方式,各楼层为混凝土楼面,各 层空间相对独立。避免了大厅式布置和单层布置带来的底 层采暖困难、隔声效果差、密封防尘困难的问题。 3 设备选型和配置 选用先进、可靠和大型化的设备是简化生产工艺、降 低管理难度及生产成本的基础。近年来,随着国内外选煤 机械设计加工水平的提高,也为该目标的实现创造了条件。 311 主要生产设备大型化 主要生产设备的大型化使每个工艺环节仅设一台套 设备的目标得以实现。以孙家沟洗煤厂为例,小时洗选能 力850t的一套洗选系统主要生产设备仅有21台套,主厂房 包括洗选、煤泥水处理和介质回收添加和泵房等占地面 积仅338m2、建筑体积5400m3。所有主要设备均引进自美 国、澳大利亚、英国和国内的先进生产厂家,其高可靠性 为生产过程的减人提效创造了条件。 312 配套附属设备优质化 配套附属设备的优质化为降低设备故障率、降低使用 维护成本提供了保证。总结起来主要有以下几点 1 胶带输送机的减速器、液力偶合器等关键部件选用 91 2005年第8期 煤 炭 工 程 设计技术 专业生产厂家的优质产品,设备装机容量适当提高,减少 “过载” 、 “压死”等生产事故发生的几率。 2 刮板输送机选用重型设备,槽箱和滑道采用耐磨钢 板铺衬,配备机械紧链装置。延长使用寿命、降低维护 难度。 3 空气压缩机选用风冷喷油式螺杆压缩机,国际先进 厂家制造,单机能力大、配置简单、智能化控制,可以实 现无人职守。 4 给料机采用双质体式振动给料机,安装方式前吊后 座。槽箱内衬不锈钢耐磨衬板。 5 供配电设备、变压器和高、低压开关柜采用国内一 流产品,高压回路和大容量的低压回路配备进口断路器或 接触器。 6 介质管路全部采用复合耐磨管材,快速接头或法兰 连接。无压介质管路选型考虑防堵和耐敲打功能。 7 所有溜槽的过煤面铺设耐磨焊接钢板,翻板或插板 选用分体式电液执行机构。 4 自动化控制及监测保护设施 配备先进、可靠的设备是建设现代化洗煤厂的基础, 而配置简洁、高效、实用的自动监测监控设施则是实现这 一目的关键组成部分。近年来随着工业自动控制技术和专 业监测设备等基础技术的快速发展,选煤厂集中控制领域 也取得突破性进展。 411 集中控制功能齐全实用,操作简便 全系统所有设备包括高、低压空压机、浓缩机、加压 泵、加药系统的集中控制除常规的程序启车、停车,集中 连锁、事故闭锁,报警、信号以外,还设置事故解锁、单 机启停、就地闭锁解锁、生产方式转换等功能,全部实现 屏幕操作方式。屏幕报警记忆功能实现所有故障报警类型、 位置、时间、参数的屏幕显示、记忆、查询和打印功能。 过程参数实时显示、查询和历史趋势曲线显示功能可以完 成对各种流量、压力、密度、料位、液位、电流、电压、 功率、温度、运行时间及灰分等生产过程参数的自动采集、 记录任务。 412 系统配置可靠、先进、经济、通用 洗煤厂集控系统作为矿区自动化控制网络三层结构的 一部分,采用AB系列PLC可编程序控制器组成主控制器 及本地I/ O和远程I/ O分站。采用以太网、通过TCP/ IP 协议连接至中心和公司信息系统。通过ControlNet、DH 、 RI/ O连接将各功能分站形成完整的集中控制网络。设备层 采用DevuceNet和MB通讯方式将高低压配电室智能监测监 控和微机保护装置接入系统。控制器上位 软 件 使 用 RSVIEW32。该系统具有集成度高、传输安全、可扩充性 强和成本低的特点。 413 保护监测装置配置齐全、涉及面广 为了将控制系统的“触角”伸及系统的方方面面,在 保护监测装置配置上增加投入,购置和自行研制“双管齐 下”,配备大量先进可靠的检测设备和装置。范围涉及 1 工艺系统包括核子密度计、电磁流量计、压力传感 器、超声波料位计、超声波液位计、电容式液位计、电子 皮带称等。 2 设备保护包括胶带机拉绳、三级跑偏、堆煤保护、 各种原理的打滑、堆煤、防纵撕保护、烟雾保护等,刮板 机的断链和失速保护,破碎机的堵转、堆煤保护,浓缩机 的限矩保护,空压机的压力、温度保护,各种限位保护和 温度保护。 3 配电系统包括漏电、过载、短路、接地保护和AB 系列PM3000智能监测监控和微机保护装置、常规电流、 电压、电量监测装置。实现“三遥”和无人职守功能。 4 安全监测系统包括可燃气体监测、电缆温度、火灾 监测报警装置等。 5 结 语 神东矿区在现代化洗煤厂设计模式方面的探索和实践 证明 1 从自身原煤的特性出发确定合理的市场定位和简单 高效的洗选加工方法,是选煤厂实现高产高效和适应不同 市场要求的基础。 2 突破常规思路,简化、优化工艺设计和布置,增加 系统灵活性,是动力煤选煤厂建设过程中需着重考虑的 因素。 3 走设备大型化、优质化的道路,提高设备可靠性, 是大型选煤厂简化生产工艺、降低管理难度和生产成本的 有效途径。 4 合理加大控制监测设施投入、提高自动化和综合保 护水平,是选煤厂减人提效和技术升级的有力保障。 责任编辑 李振涛 ※ 信息资讯 建设信息 ※ 阿克苏实施煤电开发 近日,新疆阿克苏地方政府与新疆电力公司举行阿克苏煤电化开发建设项目签字仪式。 新疆电力公司与阿克苏地区计划投资125亿元,在阿克苏地区建设集发电、煤炭开采、煤化工于一体的煤电化项目 阿克苏西部电厂。该电厂建设规划容量为1500MW ,配套建设年产量650万t的煤矿。 [本刊通讯员] 02 设计技术 煤 炭 工 程 2005年第8期