天云选煤厂分选工艺设计研究

仇恒建

(中煤西安设计工程有限责任公司，陕西 西安 710054)

天云选煤厂隶属于横山县天云煤矿有限公司，为矿井型选煤厂，与矿井位于同一个工业广场。天云煤矿建设规模为0.90 Mt/a，配套入洗量0.90 Mt/a的选煤厂，实际入洗能力可达1.80 Mt/a，服务年限39.0 a。

1 煤质分析

1.1 煤质特征

天云选煤厂的入洗原煤全部来自天云矿井，井田主采煤层为4-1煤和4-2煤。4-1煤平均厚度1.84 m，4-2煤平均厚度1.03 m，煤层顶、底板岩性主要为泥岩。根据现有井田钻孔资料，煤层以长焰煤为主，存在少量气煤。井田主采长焰煤具有低灰、低硫、高挥发分、高发热量、抗碎强度高、化学反应性强、热稳定性好等特点，是良好的气化和动力用煤；井田内的部分气煤具有强粘结性，是良好的炼焦用煤。

1.2 原煤可选性

天云选煤厂设计时矿井处于停产状态，没有原煤筛分浮沉资料，因此采用临近矿井焦家沟煤矿生产大样作为设计依据，并根据天云煤矿钻孔资料对生产大样进行校正。

1.2.1 筛分资料分析

原煤筛分试验结果见表1。

从表1可以看出，随着粒级由大到小，各粒级灰分有所降低；主导粒级为50～25 mm，产率占22.72%；各粒级灰分以100～50 mm粒级最高为48.22%；大于50 mm以上块煤平均灰分较高，为43.16%，说明块煤中含矸量较高，块煤需进行排矸；0.5～0 mm粒级灰分为31.15%，低于原煤灰分35.22%。

表1 原煤筛分试验综合

1.2.2 浮沉资料分析

浮沉试验结果见表2。

从表2可知，原煤各粒级中，小于1.4 g/cm3密度物含量较高，随着粒度降低，灰分逐渐下降；1.5～1.8 g/cm3密度物含量较少，大于2.0 g/cm3密度物含量高。说明两头产物多、中间产物较少，属于易选～中等可选煤。

1.2.3 可选性分析

根据表2绘制300～50 mm、50～1 mm、1～0.25 mm可选性曲线，见图1。

表2 浮沉试验结果

分析图1可知：

图1 原煤可选性曲线

(1)对于300～50 mm原煤，主导密度级为大于2.0 g/cm3密度级，占本级39.68%，灰分为81.69%。小于1.3 g/cm3为次主导密度级，占本级20.01%，灰分为5.83%。当分选密度为1.50 g/cm3时，浮物产率达47.91%，浮物累计灰分为10.60%，δ±0.1含量为21.43%，属于较难选煤；当分选密度为1.60～1.90 g/cm3时，δ±0.1含量小于10%，属易选煤。

(2)对于50～1 mm原煤，主导密度级为小于1.30 g/cm3密度级，占本级29.09%，灰分为5.56%。大于2.0 g/cm3为次主导密度级，占本级22.99%，灰分为82.53%。当分选密度为1.50 g/cm3时，浮物产率达56.40%，浮物累计灰分为9.72%，δ±0.1含量为23.41%，属于较难选煤；当分选密度为1.60 g/cm3时，浮物产率达64.29%，浮物累计灰分为12.13%，δ±0.1含量为16.63%，属于中等可选煤。

(3)对于1～0.25 mm原煤，主导密度级为小于1.30 g/cm3密度级，占本级34.34%，灰分为4.01%。大于2.0 g/cm3为次主导密度级，占本级19.04%，灰分为82.50%。当分选密度为1.50 g/cm3时，浮物产率达51.51%，浮物累计灰分为7.28%，δ±0.1含量为14.31%，属于中等可选煤；当分选密度为1.60 g/cm3时，浮物产率达56.83%，浮物累计灰分为9.23%，δ±0.1含量为13.44%，属于中等可选煤。

2 产品用户

2.1 气煤

原煤经过洗选加工后，精煤作炼焦配煤，中煤供电厂作为燃料用煤。

2.2 长焰煤

原煤经过洗选加工后，块精煤作气化用煤，洗后末精煤及末原煤则主要供电厂作为燃料用煤。

3 洗选工艺设计

3.1 分选上下限

(1)当矿井生产的煤种为气煤时，该煤是良好的炼焦配煤，应进行保护性开发利用。为保证精煤最大回收率，原煤需全部入洗。

(2)当矿井生产原煤为长焰煤时，主要作为化工和动力用煤。因此，设计时留有调整入洗上下限和小于3 mm或小于6 mm末煤不入洗的可能性。

3.2 分选方法

3.2.1 300～50 mm块煤

块煤选煤方法采用智能选矸系统预排矸。智能选矸系统是目前先进的排矸分选方法，具有工艺简单、分选精度高、对煤质变化适应性强等显著特点。

与跳汰、浅槽重介等传统块煤洗选方法相比较，优点是原煤不见水，不需要设置煤泥回收系统及介质回收系统，并且工艺简单、自动化程度高、生产易操作、后期运营成本低。

3.2.2 50～1 mm末原煤

目前国内外使用成熟、适合于50～1 mm粒度级的主流选煤方法是重介旋流器分选工艺。而重介旋流器分选工艺又分多种类型，有两产品和三产品之分、有无压入料和有压入料之分。

洗选原煤顶底板岩性以泥岩为主，易泥化，因此设计选用无压入料三产品重介旋流器分选工艺，这是国内外最成熟的选煤方法之一，最大特点是有较宽的粒度调节范围，生产成本低；与有压旋流器相比，能耗低，泥化量少；结构简单，生产易操作。

3.2.3 1.0～0.25 mm粗煤泥

目前1.0～0.25 mm粗煤泥分选工艺有螺旋分选机、小直径重介旋流器和干扰床3种工艺，设计推荐采用干扰床(TBS)分选粗煤泥工艺，其具有以下优点。

(1)干扰床的分选精度为Ep=0.038～0.16，螺旋分选机的分选精度I=0.2～0.25，显然干扰床的分选精度要好于螺旋分选机，可以提高精煤回收率；螺旋分选机的分选密度一般在1.7 kg/m3以上，而干扰床的有效分选密度在1.4～1.6 kg/m3，因此螺旋分选机分选出的精煤灰分必然要高于干扰床，不利于保证总精煤质量。

(2)干扰床的入料只需要提供一个稳定的上升水流，其系统较为简单，而螺旋分选机则需要复杂的入料分配系统。

(3)干扰床的另一大特点是体积小，处理能力大。

3.3 工艺流程

根据所确定的产品结构、选煤方法、分选上下限，确定选煤工艺为：300～50 mm块煤采用智能选矸系统，50～1 mm末煤无压三产品重介旋流器分选，1.0～0.25 mm粗煤泥采用TBS分选，0.25～0 mm细煤泥采用快开隔膜压滤机进行回收。原则工艺流程如图2。

图2 原则工艺流程

工艺流程简述如下。

(1)原煤仓的小于300 mm原煤经50 mm分级，大于50 mm块煤进入智能选矸系统进行排矸，排矸后的块煤进入块煤破碎机破碎至小于50 mm，与筛下50～0 mm末原煤混合，再通过带式输送机运至主厂房进行洗选(也可作为最终产品)，块矸石进入矸石转载带式输送机。

(2)50～0 mm原煤进入无压三产品重介质旋流器，分选出精煤、中煤和矸石。产品先由弧形筛预先脱介脱水，然后进入脱介筛上喷水脱介，精煤、中煤分别由离心机进行二次脱水后作为最终产品，经带式输送机运至产品仓；矸石经过脱介脱水后进入矸石带式输送机运至矸石仓。

(3)1.0～0.25 mm粗煤泥分选。精煤磁选尾矿和中矸磁选尾矿分别进入各自的粗煤泥回收系统，精煤磁选尾矿依次通过浓缩分级旋流器、TBS分选机、煤泥弧形筛和煤泥离心机回收粗精煤掺入精煤，TBS分选机底流进入高频筛进行脱水，脱水后的产品进入矸石带式输送机。中矸磁选尾矿依次通过浓缩分级旋流器、高频筛回收粗煤泥，掺入中煤。精煤泥浓缩分级旋流器溢流、中矸煤泥浓缩分级旋流器溢流及中矸煤泥高频筛下水进入浓缩机。弧形筛筛下水和煤泥离心机离心液进入精煤磁选尾矿桶。

(4)细煤泥回收。精煤泥浓缩分级旋流器溢流、中矸煤泥浓缩分级旋流器溢流及中矸煤泥高频筛下水进入浓缩机。2台φ28 m高效浓缩机，1用1备。浓缩机溢流作为循环水由循环水泵打回主厂房循环使用。浓缩机底流经底流泵送到压滤机入料搅拌桶，再经压滤机脱水回收。压滤机回收的煤泥经带式输送机运至煤泥落载场地晾干，再装车外运。

(5)介质循环系统。重介旋流器精煤稀介质进入精煤磁选机，旋流器中煤和矸石稀介质进入中矸磁选机，选出的磁选精矿返回合介桶，磁选尾矿进入各自的磁选尾矿桶。厂内跑、冒、滴、漏的介质收集后，由扫地泵打入稀介系统进行回收处理。

根据工艺流程，确定主要设备选型，见表3。

表3 主要工艺设备选型

4 工艺布置

结合工业场地地形，充分利用现有场地，将选煤厂布置在矿井厂区东南侧，原煤仓布置在主井驱动机房东侧，主厂房、产品仓及浓缩车间呈南北布置。总平面沿工业场地南部及东部边侧布置，无折返环节，煤流顺畅，各单位工程衔接合理，整体美观、整齐。工艺总布置见图3。

图3 工艺总布置

5 设计特点

(1)块煤排矸采用智能选矸系统，将块煤中的矸石预先排除，减少泥化现象，减轻煤泥水系统负荷。

(2)50～1 mm原煤采用无压三产品重介旋流器分选，与有压三产品相比，减少次生煤泥量。

(3)筛分破碎车间与主厂房采用联合建筑，包括原煤分级、块煤排矸、末煤洗选、煤泥分选与压滤，紧凑合理，分区明确，减少占地，节约投资。

(4)筛分破碎车间采用双层弛张筛进行分级作业，弛张筛上层筛孔50 mm，下层为预留弛张筛，筛孔为3 mm(6 mm)，增加了整个选煤厂入洗系统的灵活性，分级筛前布置1台块煤智能选矸系统进行排矸作业。

(5)设计考虑预留末煤不入洗的可能性。

6 结 语

按照不同煤种，选择不同分选上、下限，使各分选系统达到最佳效能。设计最终采用工艺：300～0 mm粒级原煤采用双层弛张筛进行50/3 mm分级，300～50 mm粒级块煤采用智能干选分选机分选，50～1 mm采用无压三产品重介质旋流器分选，1～0.25 mm粗煤泥采用TBS分选机分选，0.25～0 mm细煤泥采用浓缩压滤回收的选煤方法。工艺设计灵活，对不同煤质适应能力强，设备选型先进，智能化程度高，工艺布置紧凑合理，分区明确。