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选煤工艺流程计算中一个被忽视的问题 太原煤炭设计研究院 戴少康 摘 要 现行设计忽视了原煤含水量对选煤厂实际厂型能力、 设备选型及销售效益计算 所产生的影响。本文对这一问题做了详尽剖析、 论证,并提出一种比较符合生产实际的解决思 路供研讨。 关键词 工艺流程计算 水分 水量 厂型能力 设备选型 销售收入 研讨 长期以来,选煤工艺流程数质量计算一直是沿袭前 人和设计手册所提示的方式、 方法进行的,但忽视了一个 问题。那就是原煤和产品煤的含水量对选煤厂实际厂型 能力、 有关设备的选型计算及产品销售效益的计算所产 生的影响。这个问题不大也不小,一直没有引起选煤设 计同仁的重视。 1 问题的源起 众所周知,选煤工艺流程计算的数质量指标主要有 以下几项产率r 、 产量QtΠ h 、 灰分Ad 、 全水 分Mt 、 水量 W Π h 。 在上述指标中,全水分Mt和水量W两项指标在设 计中是不参与煤的数质量平衡计算的,水量平衡计算是 单独进行的。这就是说煤的产率r和产量Q两项指标 的数值均是按不含水分或水量即所谓的干煤量进行标 注的。这一物理概念在水分和水量的换算公式中也能充 分体现。 Mt W Q W 1001 从上式可以看出全水分Mt 是以水量W为分子, 以产量 Q 干煤量加水量W作为分母的比值来表示的。 它明白无误地说明了产量指标Q中未包含水量W,只代 表干煤量。这种概念已经隐含下本文所要论及的问题 了。下面将分三个方面来阐述。 2 原煤水分量对选煤厂厂型的影响 从矿井进入选煤厂的原煤总是含有一定水分的。所 以选煤工艺流程数质量计算时都要考虑标注原煤全水分 Mt及相应所含水量W二项指标。水分的大小一般以 矿井生产煤样提供的数据为准,同时根据矿井实际生产 的化验数据加以修正。但问题的关键是在设计时煤中所 含的水量是否作为原煤的总产量来计量。首先矿井的井 型和矿井提升设备的能力在设计中均是按出井煤含水 量的实际重量为基础计算的,其次选煤厂在实际生产中 对入厂原煤的计量也是通过原煤带式输送机上设置的胶 带秤矿井直接来煤或受煤坑前轨道衡外来煤对原煤 直接秤量的方式与矿井结算的,均未扣除原煤所含水量。 说明了在实际生产中入厂原煤重量的构成是包括了煤所 保证了成孔的质量。之后即可成功装药安装锚索了,塌孔 问题迎刃而解。 4 推论与建议 古汉山矿井开采深度大,围岩多呈现高地压、 大变形、 难支护的特征。锚网喷锚索组合支护技术在井下联合 卸载站的成功应用,为高应力多节理复合型软岩大断面硐 室的支护提供了一定的经验。这一支护技术的成功应用, 使该硐室的工期缩短了1Π3 ,节约投资24. 62万元。由此, 我们可得出以下推论 1在大断面施工中,尤其在软岩支护中,可以用锚网 喷锚索的支护方式代替传统的砌碹支护,从而减小掘进 断面,缩短支护时间,降低工程造价。 2在软岩中施工,用锚索加强支护时,肩窝与顶部等 薄弱部位应同时考虑,墙角处应用下扎锚索或长锚杆 补强。 3锚索支护的密度和强度应根据围岩情况、 锚索长 度和装药量作进一步优化。 4如果硐室围岩在施工中已被严重破坏,二次支护 后应考虑注浆加固。 5锚网喷锚索组合支护技术也可以推广应用到煤 层巷道中。 6为节约成本,可考虑用旧钢丝绳两端除油后代替 锚索专用钢绞线。 责任编辑 章新敏 722000年第10期 煤 矿 设 计 含水量在内的。然而长期以来在选煤厂设计中工艺流程 数质量计算的概念却正好相反,原煤的产率r和产量Q 指标又是以不含水量的所谓干煤为基准的。设计与实际 二者之间形成了差异。为了形象具体地说明这一差异, 现以一座厂型为年处理原煤400万t的选煤厂为例加以 说明。该厂小时能力按年工作300天,每天工作14小时 计算。已知矿井原煤全水分Mt1 8 ,按现行设计的习 惯做法,选煤工艺流程中有关原煤的数质量指标计算如 下 设原煤在流程中的作业代号为 1 。 r1 100 ; Q 4000000 30014 952.38tΠh Mt1 8 ; W1 Q1Mt1 100 - Mt1 82.82tΠh 按上述计算,Q1值952138tΠh被视为纯干煤。由上述 计算实例可知,现行设计的误区是所谓名义上的厂型能 力即400万t原煤总量全部视为干煤量了。以此为基数 求出的原煤小时产量Q1 952. 38tΠh当然也代表干煤量, 若将其换算成含水原煤小时产量,以Q′ 表示,则Q′ 952. 38 82.82 1035.2tΠh ,折合年处理实际能力为434. 784万 t ,比原来的名义厂型 400 万tΠ a 净增了近35万t。这是不 符合矿井和选煤厂的实际生产情况的,无形中将选煤厂 的实际能力变大了。这种实际能力与名义厂型的差值取 决于入厂原煤全水分的大小,比如神府、 东胜煤田原煤全 水分多在12 左右,其差值将更大。由此可见选煤厂设 计时如何对待原煤中所含的水分量是一个不应忽视的 问题。众所周知,入厂原煤的产量 t Π h 、 全水分 和相 应的水量 m 3 / h 等指标是选煤厂整个工艺流程数质量计 算的原始数据,也是设计的基础依据之一。因此,正确地 理解原煤产量和水量二项指标与选煤厂能力之间的相关 联系;客观地符合实际地处理好二者在工艺计算中的关 系,不仅涉及到是否能根据名义厂型合理地确定选煤厂 的实际能力,而且还会对选煤厂设计中各作业环节的设 备选型计算以及最终产品的销售收入、 分离后成本的计 算、 经济效益评价等等产生一系列的影响。 笔者认为对上述问题比较符合实际的思路和做法 如下 在工艺流程计算中先按名义厂型和工作制度推算出 原煤名义小时处理能力,以Q′ 表示,它应该是干煤产量Q′ 与所含水量W1之和。 即Q′Q1 W12 现在仍以前述名义厂型为400万tΠa的选煤厂为例, 入厂原煤名义小时能力仍为 Q′ 4000000 30014 952.38tΠh。 按公式1求出原煤所含水量为 W1 Q 1 W1Mt1 100 952.388 100 76.19 m3/ h。 则按公式2扣除水量后原煤产量干煤量应为 Q1Q′- W1 952.38 - 76.19 876.19tΠh 即该厂在进行工艺流程计算时与原煤产率r1 100 所对应的原煤产量干煤量应为876. 19tΠh ,而不是952. 38tΠh ,并以此数作为工艺流程数质量平衡计算的产量基 数。对相同厂型的选煤厂而言,虽然因原煤中所含水分 量不同,使工艺流程计算时原煤产量Q1值略有差别, 但这正好符合不同矿井的选煤厂千差万别的生产实际。 然而原煤产量Q1加上所含水量W1之后的名义小时处理 能力Q′ 值却仍是相同的,与厂型并无矛盾。这将为下一 步设备选型。产品销售收入计算,分离后成本计算提供 一个统一的,合理的产量基础。 3 各作业环节入料煤的水分量对设备选型的影响 1多数设计人员习惯于直接用工艺流程中某作业 环节入料的产量指标Qi作为设备选型能力的计算依 据,忽略了水量因素。虽然这样操作起来比较方便省事。 但是,从概念上讲不合逻辑,特别是在运输环节和原煤准 备作业的设备选型时,煤中所含水量对设备能力和功率的 计算影响相对较大,忽略水量因素其计算结果有失准确。 2有些设计人员注意到工艺流程中产量指标代表 的是干煤量,不包括所含水量。所以在选型时改用入料 的产量与水量之和作为选型计算依据,其思路虽然无可 厚非,但问题在于所采用的产量指标值是建立在把厂型 的名义处理能力例如400万tΠa或952138tΠ h 全部当作干 煤量的前提下得出的,数值偏大。正如前文已经论证过 的,这属于现行设计认识上的误区所致。在本已偏大的 产量Qi值上再加水量Wi ,又再乘以 “设计规范” 规定的不 均衡系数,那么选煤厂设计选型的设备能力相当于厂型 名义能力的114倍左右。设备能力过于富余,增加了不必 要的投资,显然是不经济的。 笔者认为正确的选型计算方法应该是用前文所推荐 的,先从入厂原煤名义小时处理能力Q′ 中扣除所含水量 W1作为原煤产量指标,以Q1表示。然后再乘以某作业 环节入料的产率ri 即为该作业环节入料的产量 Qi 干煤量 , 最后再加上该作业环节入料的水量Wi之 总量,作为该作业环节设备选型计算的依据才是顺理 82煤 矿 设 计 2000年第10期 成章,符合实际的设计选型方法。 4 产品水分对选煤厂销售收入和经济效益的影响 选煤厂工艺设计的结果是最终产品平衡表,它表示 原煤通过洗选加工后所得到的各种产品的数质量指标, 并以此作为计算销售收入和经济效益评价的重要依据。 在设计中产品煤的销售价格是根据国家物价局编制的 煤炭出厂价格汇编以下简称 汇编的规定实行两种 计价方式即供冶炼用煤和一般用户以煤炭灰分为计价 基础;供电厂和铁路机车用动力煤以煤炭发热量为计价 基础。以上二种计价方式都与煤炭产品的全水分大小有 关。现分别说明如下汇编 规定按灰分计价的煤炭出 厂价格计算公式为 某一品种煤的价格元 该品种煤的灰分基价元 煤种比价 水分比价 硫分比价 块煤限下率 比价 1 地区差价幅度 该公式中的水分比价因子按照各煤种和各品种煤含 水量的不同分为四类,其中炼焦精煤价格计算时水分比 价选取应以计量水分为准,而且精煤产品发车时含实际 水分的重量应折算成含计量水分的重量即为精煤商品 量,计算公式如下 精煤商品量t 含实际全水分精煤重量t 100 -实际全水分 100 -计量水分 由此可见计量水分既是精煤产品的计量指标也是计 价的依据。 汇编 规定按发热量计价出厂的动力煤价格计算公 式为 按热值计价的出厂价格发热量基价 浮煤干燥无 灰基挥发分比价 品种比价 硫分比价 块煤限下率比 价 灰分系数 1 地区差价幅度。 该公式中虽然没有出现水分比价因素,但灰分系数 一项却与全水分有关,汇编 规定它是以收到基旧称应 用基灰分 Aar 旧符号Ay为计算基础的,共分9个等级。 收到基灰分Aar 是指包括产品全水分在内的灰分含 量,其计算公式如下Aar Ad 100 - Mt 100 在按发热量计价确定灰分系数时必须将工艺提供的 最终产品平衡表中各煤炭产品的干基灰分Ad按上式转 换成收到基灰分Aar ,然后才能选取对应的灰分系数KA 计算出厂价格。 但是现行设计中计算产品销售收入的方法五花八 门、 各行其是。粗略归纳有以下几种不正确的做法 1直接采用选煤工艺提供的最终产品平衡表所列 的产品数量干煤量作为销售商品煤量去计算销售收 入,或者误将此干煤量当作含全水分的实际煤量去折算 成含计量水份的商品煤重量计算销售收入。 2有的设计在计算销售收入前虽然将最终产品平 衡表数量转化为收到基煤量,即将产品煤所含水量加了 进去,但又忘记将精煤、 洗混煤等实际含水产品重量折算 成含计量水分的商品煤重量,而是直接用含实际全水分 产品煤重量乘以销售单价。 3在电煤以热值计价的计算中,直接按最终产品平 衡表中产品煤的干基灰分Ad为依据去选取灰分系数, 没有将干基灰分转化为收到基灰分Aar。 由于存在上述不同做法,各院在招标项目中,虽然使 用相同煤质资料,有时采用同样的选煤工艺都往往出现 销售收入差别不小的现象,直接影响了经济评价的结果, 引起一些无谓的矛盾。 综合分析上述各种做法,主要错在以下二个方面一 是计价方法和计价基数不符合 汇编 的有关规定。二是 从根基上讲计算销售收入的产品产量基数是不准确的, 正如本文前面所论述的在现行设计中选煤工艺提供的最 终产品平衡表所列的产量是把与厂型能力相等的原煤量 全部当作干煤量计算出来的,从工艺流程计算一开始就 没有扣除原煤实际所含的水量,所以产量基数本身就偏 大,以此转换成含水分的收到基产量自然更偏高。由此 可见无论直接采用现行设计的产品平衡表中的产量数值 还是将其转换成收到基重量,所计算出的销售收入都存 在失真的问题。若再将这种不准确的产品数量和销售收 入去进一步计算分离后的成本和评价经济效益必将连带 得出失真的结果。限于篇幅本文不再赘述了。 笔者认为正确的、 比较符合实际的计算销售收入的 方法应该遵循以下二点。 ① 准确地确定各种产品煤的产量。建议按前文所推 荐的观点和思路合理地确定原煤产量Q1干煤量的值, 并以此为基数进行工艺流程数质量计算。得出最终产品 平衡表后,再将各种产品产量转换成含全水分的实际重 量即所谓收到基产品量,作为计算销售收入的量的依据。 当然,对精煤洗混煤产品还应按 汇编 规定将含实际 全水分的收到基精煤洗混煤重量折算成含计量水分的 精煤洗混煤商品量,再行计算销售收入。 ② 严格按照 汇编 的规定选取有关计价的参数如计 量水分、 灰分系数等等。 为了具体形象地说明现行设计的一些不正确做法与 本文所推荐的方法在销售收入计算结果上的区别,现仍 以厂型为400万tΠa某炼焦煤选煤厂为例进行计算比较 如下 922000年第10期 煤 矿 设 计 表1现行设计方法提供的最终产品平衡表摘要 产 品 名 称 产 率 r 干基产量 tΠ 时万tΠa 收到基产量 tΠ 时万tΠa 灰 分 Ad 全水分 Mt 精 煤68.38 651.24 273.52 728.62 306.029.4510.62 中 煤24.29 231.33 97.16 262.88 110.4144.9412.00 矸 石7.3369.81 29.32 79.83 33.5369.7012.55 原 煤 总 计 100.00 952.38 400.00 1071.33 449.9622.488.00 注收到基产量干基产量产品水量 表2本文推荐方法提供的最终产品平衡表摘要 产 品 名 称 产 率 r 干基产量 tΠ 时万tΠa 收到基产量 tΠ 时万tΠa 灰 分 Ad 全水分 Mt 精 煤68.38 599.14 251.64 670.33 281.549.4510.62 中 煤24.29 212.83 89.39 241.85 101.5844.9412.00 矸 石7.3364.22 26.97 73.44 30.8469.7012.55 原 煤 总 计 100.00 876.19 368.00 985.62 413.9622.488.00 注收到基产量干基产量产品水量 表3按 汇编 规定计算产品价格表 产 品 名 称精 煤中 煤 Ad 基价元Π t 9.45 115.82 44.94 12.40 煤 种 比 价 煤 种 比价 焦 120100 水 分 比 价 水分 比价 6 计量水分 105 1210 96 硫 分 比 价 St 比价 1 100 1 100 1 地区差价幅度 1 15161 1516 产品销售价格元Π t 16817013176 注① 该选煤厂所在地区精煤计量水分规定为6 。 ② 该地区差价幅度规定为1516 。 根据表1提供的最终产品数量按现行设计的四种不 正确做法分别提出四种销售收入计算方案,另外按表2本 文推荐的工艺计算方法提供的最终产品数量提出第五种 销售收入计算方案,并将五种方案计算原则分述如下 方案一直接采用表1提供的精煤、 中煤产品数量干 基计算销售收入。 方案二直接用表1提供的干基精煤数量去折算成含 计量水分的精煤商品量后再计算销售收入。 方案三以表1中收到基精、 中煤数量直接计算销售 收入。 方案四将表1中收到基精煤产量折算成含计量水分 的精煤商品量后再计算销售收入。 方案五将表2中收到基精煤数量折算成含计量水分 的精煤商品量后计算销售收入,中煤则直接用收到基产 量计算销售收入。 五种方案计算的销售收入的不同结果比较如表4 所示。 表4各方案销售收入计算结果表 方 案 编 号 商品煤产量 万 t 销售价格 元Π t 年销售收入 万元 差 值 万元 方 案 一 精煤 中煤 合计 273.52 97.16 168.70 13.76 46142.82 1336.92 47479.74921.01 方 案 二 精煤 中煤 合计 260.01 3 97.16 168.70 13.76 43873.81 1336.92 45210.73- 1348.0 方 案 三 精煤 中煤 合计 306.02 110.41 168.70 13.76 51625.57 1519.24 53144.816586.08 方 案 四 精煤 中煤 合计 290. 98 3 3 110.41 168.70 13.76 49088.33 1519.24 50607.574048.84 方 案 五 精煤 中煤 合计 267.70 3 3 3 101.58 168.70 13.76 45160.99 1397.74 46558.730.00 注①3 方案二根据表1干基产量折算成含计量水分的精煤 商品量计算如下 273.52 100 - 10.62 100 - 6 260.07万 t 3 3 方案四根据表1收到基产量折算成含计量水分的 精煤商品量计算如下 306.02 100 - 10.62 100 - 6 290.98万 t 3 3 3 方案五根据表2收到基产量折算成含计量水分 的精煤商品量计算如下 281.54 100 - 10.62 100 - 6 267.70万 t ② 表中的销售价格取自表3所列的计算值。 由表4的计算结果可以看出,方案一至方案四均以表 1的数量为依据,无论是用干基或收到基产量,也无论是 否将其折算成含计量水分的商品精煤量,其销售收入计 算结果不是偏高就是偏低,方案三与方案二年销售收入 相差近8000万元,矛盾突出。究其根源,乃是现行设计从 一开始在工艺流程数质量计算中就没有处理好入厂原煤 与其所含水分量的关系。致使设计一系列计算结果 失真。 而方案五是按本文所推荐的工艺计算方法提供的产 品数量为依据,并严格按 汇编 规定的各项原则计算,得 出的销售收入比较符合实际,避免了其它四个方案的 弊端。 近来随着市场经济的发展,有些设计在确定产品销 售价格时,不是按 汇编 的有关规定计算选取,而是按业 主提供的市场参考价格为基价,但是不论产品价格如何 确定,其计算销售收入的方法和思路仍然与本文所论述 的核心问题有关连,对本文所涉及的有关论题并无妨碍。 希望设计同行通过相互研讨,各抒己见以求得出一 种比较符合实际、 比较合理、 前后一致较少矛盾的工艺计 算原则,为今后 设计规范 修改或 设计手册 再版提供 有益的参考意见。 责任编辑 严民杰 03煤 矿 设 计 2000年第10期