选煤厂选煤工艺设计探讨.pdf

收稿日期 2006 - 01 - 16 选煤厂选煤工艺设计探讨 张 鹏,陈建中,沈丽娟,杨泽坤 中国矿业大学 化工学院,江苏 徐州 221008 摘 要文章介绍了我国目前常见的六种典型工艺原则流程,强调了选煤工艺设计的重要 性,深入分析了影响工艺设计的因素,引出了选煤厂工艺设计的思想,探讨了选煤工艺设计的发 展方向,希望对从事选煤厂设计及管理的技术人员有所借鉴。 关键词选煤工艺;产品定位;煤质分析;优化设计 中图分类号TD94 文献标识码 B 文章编号 1671 - 0959 2006 1220025203 选煤工艺设计是选煤厂设计的灵魂。一个选煤厂设计 做得水平高低、成功与否,首先取决于工艺设计是否先进, 其次才谈得上设备的性能和厂房布局的合理性。近年来中 国选煤工业处于快速发展的时期,涌现出一批新技术、新 设备,如何优化配置、进行合理的工艺设计将是煤炭洗选 加工的关键。笔者就目前我国选煤工艺设计进行了深入的 分析,引出选煤厂工艺设计的思想,希望能起到抛砖引玉 的作用。 1 我国典型的工艺流程 20世纪90年代以前,跳汰选在我国一直占主导地位, 跳汰工艺和跳汰机的结构性能都较为成熟,在生产管理上 也积累了丰富的经验。随后,随着重介质旋流器技术、特 别是两产品末煤重介质旋流器的逐步成熟,跳汰主洗中 煤或粗精煤重介再洗浮选工艺成为了我国当时较为流行 的选煤工艺。2000年以后,我国选煤工业迎来了一个发展 的高峰期。一方面,一些新设备如大直径重介旋流器、大 直径无压给料三产品重介质旋流器等主选设备研制成功; 另一方面,用户对产品要求的提高和煤炭过度开采使得原 煤可选性急剧变难。这些原因促使我国逐步形成了目前许 多新建或改扩建选煤厂采用的大直径重介旋流器浮选的 原则选煤工艺为了实现全粒级分选,本文在流程设计时均 考虑了煤泥分选,在具体工艺设计时可根据煤种、煤质性 质选择是否设浮选问题,下同 , 也成就了重介质选煤在我 国不可逆转的发展态势。 图1～ 图6是我国目前常用的6种典型工艺原则流程。 各图虚线框内的浮选工艺可根据煤质情况选择。 特别值得一提的是,目前我国的选煤工艺流程基本上 是两段粗粒用重选,细粒用浮选或两段半粗粒用重选, 粗煤泥只回收,细粒用浮选选煤模式,国内大型选煤设计 企业和国外则大多数采用三段选煤模式,即增加粗煤泥分 选。而我国的煤层赋存条件差,断层多,顶底板比较破碎, 原煤性质差异大,随着采煤机械化程度及原煤入选比例的 提高,煤泥的产量将会大量增加。因此,在我国发展三段 分选更加合理,最佳工艺为大直径重介旋流器粗煤泥分 选 浮选 , 流程见图6。 2 选煤厂选煤工艺流程的确定 211 合理的产品定位是前提 工业设计的目的无非是建厂出产品,产品的合格与否 是衡量工艺设计合理性的必要条件,而选后产品能够畅销 对路、适应市场要求,才是厂家真正关心的,所以合理的 产品定位有其重要意义。 近年来,煤炭市场红火,产品紧俏,但竞争也日趋加 52 2006年第12期 煤 炭 工 程 设计技术 剧,选煤厂作为市场的上游企业,更应以市场为导向,注 重市场调研。不同的用户对煤质的要求是不一样的。比如 动力煤,有的用户对粒度、块煤限下率要求较严,有的用 户对产品灰分和发热量要求比较苛刻,因此,选煤厂的设 计建设要注意市场调研和市场预测。在此基础上若生产系 统具备灵活性,就能够根据市场的要求及时调整产品结构, 生产适销对路的产品,做到市场需要什么产品,在不进行 大的改造的情况下就能生产什么产品,拓宽用户要求范围, 增强煤炭产品的市场适用性,用有限的资源创造出更多的 效益。 212 依据煤质资料确定选煤方法是核心 如果说工艺是选煤厂设计的灵魂,那么选煤方法就是 装载灵魂的实体。选煤厂各种大小设备种类较多,但核心 设备只有一种,那就是主洗设备,即选煤方法的确定。确 定了选煤方法就意味着基本流程和其它辅助设备的相应确 定,因此,选煤方法对选煤厂的重要性不言而喻。 合理选择选煤方法,最根本最基础的工作就是对入选 原煤煤质的分析。煤质分析得是否透彻,原煤特性把握得 是否准确,直接关系到整个设计的合理性,是衡量一个设 计好坏的重要标准。众所周知,中国煤田、矿区的煤质千 差万别,甚至同一矿井不同煤层,其煤质也有明显变化和 区别。有的选煤厂在设计时,在煤质资料的获取和分析方 面深度不够,很多情况是用矿区相近煤层的资料代替或煤 质资料代表性差,这就很容易造成设计和实际生产有所差 异。因此,一定要尽力提高煤质资料的完整性、准确性和 代表性,在条件许可时设计部门可根据工艺要求亲自做浮 沉及泥化沉降等试验,避免设计的盲目。 做好煤质分析还应特别重视两点。首先要重视了解开 采煤层的结构特征、赋存特点和井下采煤方法、井下运输 等生产环节。煤层的顶、底板及夹矸层的煤岩组成和井下 各生产环节会对混入毛煤中的矸石量等煤质因素产生重大 的影响,只有充分地了解这些环节,才能够进一步的调整 试验资料,更深一步的分析煤质资料。还有一点就是要重 视有机的结合其它因素来分析煤质资料。在做煤质分析时, 切忌就资料本身死板地罗列数据,孤立地就事论事,把煤 质分析与工艺设计分割开来。煤质分析毕竟是为进一步工 艺设计做铺垫,其合理的方法应是把资料的数据规律和分 析内容与选煤方法的选择、工艺环节的制定、产品的定向 定位、甚至和设备的选择有机地联系起来。这才使煤质分 析工作有了更为广阔的含义。 目前我国重介选煤技术日趋完善,备受用户青睐,被 广泛采用。然而一味地以不变应万变,以一种选煤方法应 对不同的煤质、不同的产品要求,也是不科学、不经济的。 跳汰选煤在成本上有相当的优势,其几十年来的发展更是 沉淀下了许多宝贵的技术成果和生产管理经验,表1为 2001年统计地各种选煤方法成本 [1]。可以看到 ,对于易选 煤和中等可选煤,跳汰选依然有优越的可取性。 213 合理简洁的工艺流程是设计的必然要求 目前先进选煤厂的发展方向,无疑是继续向着系统简 化、设备大型化、高度自动化方向发展。一个选煤厂工艺 62 设计技术 煤 炭 工 程 2006年第12期 流程设计的合理性、简洁性体现着设计者水平的高低。一 个选煤厂入选原煤有其特点,工艺流程设计上也应该有其 特点。选煤方法确定后,很多环节还需要综合各种因素进 行细化,如原煤的排矸环节、煤泥的分级分选环节、煤泥 水处理环节等。这些生产环节往往直接影响一个厂的管理 状况、经济效益,也直接体现出选煤厂的工艺特点和设计 者的设计功底。因此,对于一些细小的工艺环节一定要充 分重视,切忌一成不变地套用。即使选煤厂建成投产后, 对于部分工艺环节的改造也是不可避免的。这时作为设计 者应充分与现场工作技术人员交流探讨,吸取优秀建议, 积累经验知识,进一步优化设计。 表1 各种选煤工艺吨原煤加工成本统计结果 选煤工艺加工成本/元 t- 1 跳汰浮选12158 跳汰初选粗精煤重介浮选15110 三产品重介浮选13178 块煤重介末煤跳汰浮选15187 块煤重介末煤重介浮选16161 在我国,对于煤泥处理及煤泥水系统的设计是选煤厂 设计的一个重点,也是一个难点,合理的煤泥水处理工艺 不仅节省投资,而且还可提高精煤产率。据统计,若选煤 厂处理的煤泥量占入选量的20 ,但用于煤泥处理的基建 投资却占总投资的40 ,用于处理煤泥水的设备量占选煤 厂的总设备量的40～60 ,煤泥加工费相当于除去煤泥 量后80原煤加工费的215倍 [2]。以某选煤厂为例 ,煤泥 环节原工艺为传统的粗煤泥回收、细煤泥浮选工艺,主要 存在的问题是精煤产率低,粗煤泥回收出中煤产品,大 量低灰精煤泥得不到回收,影响精煤产率;煤泥产品水分 高,严重影响全厂经济效益。改造工艺方案增加粗煤泥 分选,粗细煤泥分别精选;粗、细精煤泥一起过滤。和原 工艺相比较,土建投资、设备造价和生产成本并没有太多 的增加,而精煤产率和数量效率均提高10以上,煤泥产 品质量也大大提高 [3]。 3 设备与设计的关系 从选煤厂设计发展的历程来看,设备与设计是相互影 响的。选煤工艺的先进性需要通过性能优越的分选设备来 体现,设备的发展为提高选煤厂设计水平创造了条件,而 选煤厂设计的发展又不断对设备的研制提出更高、更新的 要求,为选煤设备的更新和发展提供了广阔的空间。 例如压滤机的开发,我国在20世纪的几十年里一直致 力于取消煤泥沉淀池,但几十年里却一直没有很好得到解 决,直至煤泥水澄清过滤设备一代又一代发展到出现箱式 压滤机的时候,煤泥不出厂和煤泥水闭路才得以实现,煤 泥水系统才根本改观,选煤厂设计上才获得主动,才有可 能灵活地选择和设计工艺系统。 工艺流程设计实质上就是对设备的优化组合,抛开设 备谈流程只是空谈,只有充分地了解设备的性能,才能更 好地设计和完善工艺。为了更好的组合设备,应着重注意 以下几点 1 充分理解设备的基本性能,包括适用条件、处理量 及相应的设计选型方法、运行工况、工作效率和操控情况 等等。 2 注意设备的附属装置及流程前后相衔接的设备工 况。任何设备就选煤厂的大整体而言都只是一个小的环节, 这就要求设备本身要能融入到整个流程中去,有机的组合 要流畅。 3 选择设备应注意投资状况、服务年限、技术发展情 况及工人操控能力等。总之,一切要服务于为企业创造最 大经济效益的最终目的上。 4 选煤工艺设计的技术发展方向 自2000年以来,我国的选煤工业迎来了一个建设与改 造的发展高潮。据不完全统计,煤炭产量2000年为9199 亿t, 2004年增长到19156亿t;2003年末,全国原煤入洗 能力为615亿t以上,原煤入洗量为510亿t左右。在巨大 市场的刺激下,选煤技术发展的很快,大量的国外先进技 术也在我国迅速推广。 目前选煤厂工艺设计的发展已经趋于工艺系统简单化、 经济效益最大化。就整个选煤厂设计而言,厂房单层小型 化、基建投资最小化、设备大型化、高度自动化是主要的 发展趋势。在大量大型、高效、配套、可靠的选煤设备研 制成功的同时,充分结合新技术、新设备研制新的选煤工 艺将是技术发展的主要课题之一。 另一方面,除了传统的煤炭洗选加工方法和煤炭产品 外,新的深度加工煤炭的方法一直在研究之中。煤矸石发 电技术、煤泥成型及煤泥发电技术等都是选煤技术研究的 外延。未来的选煤厂将成为煤炭深加工及综合利用的综合 性工厂。这无疑对工艺设计提出了更高的要求。 5 结 语 目前我国常规选煤工艺已较成熟,也部分引进了国外的 优秀选煤工艺,但没有任何的工艺是通用的。一个合理优秀 的设计思想应该注重产品定位,深入分析煤质资料,了解设 备性能,充分考虑各环节与各系统的有机结合,使工艺做到 既能适应煤质与市场的变化,又要有经济合理的投资,只有 这样才能为企业创造最大的经济效益和社会效益。 参考文献 [1] 杨建国,欧泽深,张守军.重介质旋流器选煤工艺的探讨 [J ].煤炭加工与综合利用, 2002, 1. [2] 闫世春.煤泥处置[M ].北京煤炭工业出版社, 200118. [3] 陈建中,沈丽娟,等.煤泥水系统技术改造分析及其思考 [J ].煤炭工程, 2004, 2. 责任编辑 李振涛 72 2006年第12期 煤 炭 工 程 设计技术