我國選煤廠設計及建設水平較以往雖然有了很大提高，但設計水平及工程質量良莠不齊，一些選煤廠建成運行后數質量達不到設計要求，剛投入運行即大規模改造，甚至還有一些建完后處于關停狀態。這其中有設計方面的原因，也有決策方面的原因，本文結合設計工作經驗，談談選煤廠設計建設過程中常出現的問題。


1、選煤廠建設規模


一般而言，礦井型選煤廠的建設規模應與所服務礦井能力一致，中央型選煤廠應綜合考慮周邊煤礦煤源來確定合適的建廠規模。但在設計中常出現“批小建大”或“批大建小”的情況。


(1)陜西彬長礦區某選煤廠，礦井設計規模為5.00Mt/a，最大提升能力1500t/h，選煤可研批復為5.00Mt/a，但實際設備處理能力按礦井最大提升能力1500t/h設計，相當于8.00Mt/a選煤廠。


(2)內蒙古鄂爾多斯某中央型選煤廠，可研批復8.00Mt/a，但實際輸運系統按8.00Mt/a設計，選煤廠洗選能力按5.00Mt/a設計。


以上選煤廠建設不僅浪費投資，而且建成后系統冗余度大，生產經營成本高。


2、選煤廠工程設計順序


選煤廠設計一般分為方案設計、可行性研究、初步設計、施工圖設計4個階段，每個階段的側重點都不盡相同。


方案設計屬項目前期設計，是在充分了解業主的需求后做出的方案，一般會反復數次；可行性研究是項目申請要求立項的基礎文件，主要對項目建設的必要性、技術可行性、經濟可行性、風險因素及對策進行研究；初步設計的主要目的是指導施工圖設計、指導選煤廠合理建設、保證選煤廠建設技術方案順利實施和合理控制建設投資；施工圖設計為項目施工用的設計，指導施工進行項目建設。


目前我國的選煤廠建設設計過程不太規范，存在選煤廠建設完成后再重新補充可研、初步設計的情況。初設滯后于施工圖將發揮不出初設指導施工圖、控制投資的作用。經常發生初設評審時雖然專家提出了一些重要問題，如工藝流程、設備選型等，但現場設備已經采購，土建基本完成，這些重要意見得不到落實，其后果不但對選煤廠的投資建設進度產生影響，甚至影響到選煤廠建成后的使用情況。


3、設計資料的收集


選煤廠設計要收集煤質資料、廠區資料、建廠條件資料、經濟資料以及用戶的要求，但由于某些用戶不夠重視，不能夠及時提供這些資料，往往會造成設計返工，影響工期和工程質量。


3.1地勘及地勘資料


地勘為建筑物設計的基本依據。地勘一般為設計院確定好布置后，由設計院直接（或轉給甲方）向地勘單位提出地勘要求，但實際上由于地勘需要一定的時間，大多數都是邊做地勘，邊做設計優化，造成的結果是有時部分建筑物沒有地勘，只能參照臨近點做設計。更有部分企業不做地勘或者只做初勘不做詳勘。


(1)內蒙古鄂爾多斯某選煤廠設計時只參照臨近場地地勘，而在建設時西邊加油站路面塌陷，這時才緊急對主廠房周邊進行勘探，所幸廠區主要建筑未在采空區上，但前后耽誤了建設時間約半個月。


(2)內蒙古鄂爾多斯某選煤廠原先設計為選煤廠+裝車站于一體，在可研立項通過后，設計院與甲方反復溝通約半年之久。先是主廠房區域位于神華神東采空區；待避開采空區重新規劃設計后，主要建筑又位于神華神東公司煤田上；最后只能將煤炭洗選功能去掉，僅保留裝車功能，這不僅耽誤了時間，也改變了原先的設計規劃。


(3)陜西某選煤廠的設計是根據第一版初設勘探，之后施工圖設計改動量較大，最典型的屬濃縮池，設計按地勘報告屬濕陷性黃土，采用灰土擠密樁，總長10.7m，樁數4854根，現場打樁時發現為橡皮土，由于已開始打樁，為了保證施工周期，只能按設計進行，增加了投資。


以上為不重視地勘所引發的成本增加、工程延長的實例。在選煤廠實際設計過程中應重視地勘，也應重視與地勘單位的溝通。


3.2煤質資料


選煤試驗資料主要有原煤（自然級）篩分浮沉試驗，大塊破碎后（破碎級）篩分浮沉試驗，煤粉篩分浮沉試驗，煤泥浮選試驗，煤和矸石泥化試驗，煤泥水沉降試驗。選煤試驗資料是選煤工藝設計的基礎依據，也是選后產品結構定位的主要依據之一。試驗資料的代表性直接關系到工藝設計的好壞。工藝設計所用煤質資料應與選煤廠投產后的煤質資料一致或接近，否則可能導致選煤廠處理能力不達標，甚至無法正常生產。


由于多數選煤廠為新建選煤廠，設計時礦井還未出煤，設計時可參照臨近選煤廠生產大樣，并應充分考慮塊末煤的比例和煤泥量。


內蒙古鄂爾多斯東勝煤田某礦主要可采煤層為2－2層、4－1層；礦井前期主要入洗2－2層煤、后期主要入洗4－1層煤。由于4－1層煤沒有詳細的篩分浮沉資料，設計采用2－2層可選性試驗報告作為設計依據。其中大于13mm塊煤產率約為45%，設計只對灰分進行了校正，未對產率進行校正。實際洗選4－1煤層煤樣時大于13mm塊煤產率僅為35%，造成選煤廠末煤系統處理能力不夠，煤泥水系統嚴重不足。


3.3原料煤與產品煤的價格


煤價是核定選煤廠有無經濟效益的重要指標，尤其是對中心型選煤廠來說，相比較于礦井型選煤廠，原煤的采購價格與產品煤的銷售價格對選煤廠的經濟效益影響較大。


內蒙古鄂爾多斯某中央型動力煤選煤廠，設計規模為5.00Mt/a，主要生產150～80mm、80～30mm塊煤，30～0mm末煤選煤廠建成后，由于本集團內部煤礦產量有限，原煤主要以采購外來煤為主。由于優質原煤價格高，而劣質原煤洗選后精煤回收率又有限，項目試運行期間，曾分別入洗過150～0mm、50～0mm原煤，但都沒有經濟效益。目前主要利用外圍系統為周邊煤礦煤火車外運提供裝車服務。整個選煤系統（投資約1億元）處于關停狀態。究其原因主要是對原煤市場及洗選精煤產品市場調研不充分，產品定位不準確。


4、產品結構定位


產品定位是根據煤的牌號、物理和化學性質、煤巖特性、工藝性能指標確定產品的用途，再結合當地市場需求進行目標市場定位。產品準確定位后需根據當地市場價格等情況，依據最大經濟效益原則進一步優化。


陜西彬長礦區某井田煤炭的煤質特征及工藝性能和用途歸納如下：區內各煤層為低內水(Mad=4.35%)、低灰～中灰(Ad=15.21%)、低硫(St，d=0.98%)、低磷(Pt，d=0.021%)、富油、中高揮發分(Vdaf=32.25%)，中等軟化溫度(ST=1273℃)，高熱值(Qgr，d=27.49MJ/kg)、不粘煤31號(BN31)，可磨性為難磨煤(HGI=59)。產品結構定位為塊煤氣化用煤，末煤高爐噴吹煤。但末煤作為噴吹煤存在以下問題：一是該礦煤質是良好的動力發電用煤，雖可作為高爐噴吹煤，但揮發分較高，可磨性較差，市場競爭力不強，在高爐噴吹煤需求有限的情況下銷路難以打開；二是高爐噴吹煤對煤質有嚴格要求，目前常用的是無煙煤及無煙煤與貧瘦煤或長焰煤配比。用不粘煤做高爐噴吹煤，在市場推廣上從實驗到應用還需一段時間。


實際上該選煤廠建成后，因高爐噴吹煤市場推不開，末煤產品銷路不暢，致使其末煤重介分選系統和干擾床煤泥分選系統長時間閑置不用，閑置設備費用達1800多萬元。


5、工藝設計


5.1原煤是否需要全入洗


選煤廠設計時不應盲目追求動力煤全入洗。電廠末煤是否需要全部入洗，要認真分析末煤質量和電廠對煤質的要求，合理確定分選下限。國內不少動力煤選煤廠按塊末煤分別入洗設計，投產后末煤系統基本不開，造成設備閑置和投資浪費。末煤全入洗，一方面產生更多的煤泥、矸石，精煤質量有所提高，但產率下降，降低選煤廠的整體效益；另一方面在煤炭富集的陜北、內蒙古等地，不少選煤廠將煤泥隨矸石一起排掉，造成資源的浪費。


5.2工藝選擇


國內常見的動力煤選煤廠采用塊煤入洗，末煤旁路工藝。塊煤分選常用的為重介質淺槽、跳汰工藝，兩種選煤方法都各有其優缺點，各有其適用范圍，設計時需根據煤質、分選密度、產品結構等條件綜合考慮。


重介質淺槽分選工藝的優點為：分選效率高；分選密度調節范圍寬、控制精度高；分選粒度范圍寬，對入洗原煤質量適應性強。缺點為：增加了重介質的凈化回收工序，工藝流程相對復雜；介質對設備管道磨損比較嚴重；當要求循環介質密度大于1.8kg/L時，高密度懸浮液難以配置。


跳汰分選工藝的優點為：工藝技術成熟，工藝流程相對簡單，維護管理方便，加工成本低；可以不受分選密度的限制。缺點為：在分選難選和較難選煤時，跳汰選煤的分選效率明顯低于重介質選煤的分選效率；當分選密度低于1.4kg/L時，跳汰機難以操控，不能保證正常分選；循環水耗量大，煤泥水系統負荷大。


6、施工組織


一座大型選煤廠建設工程一般分包給多個施工單位，如土建施工單位、設備安裝單位、配電及控制單位、管道安裝單位等，各施工單位之間不可避免地存在交叉。此時應注意以下問題。


(1)土建單位與安裝單位的配合。一般情況土建具備了安裝條件，安裝單位進場安裝，但也發生過土建單位為了趕進度，將主廠房本應該留出的安裝墻砌上，造成設備安裝只能通過主廠房頂部吊進去，大大增加了設備的安裝難度。


(2)管道安裝與電纜敷設的配合。現場經常發生電纜敷設先于管道安裝的情況，造成管道與電纜相互干擾，部分電纜需修改敷設路徑。因此，在施工時應先安裝管道后敷設電纜。同時，在設計電纜橋架或走線時要與管道的布置相結合，設計中避免管道與主要橋架的干擾。


7、結束語


結合近幾年的設計實踐，筆者認為，要做好選煤廠設計，必須要重視資料的準確性，前期工作需從多角度、多層次發現問題；在施工圖階段，應從大處著眼，小處著手，多注意細節設計。施工時應重視施工單位間的協調配合。