论文

前言
屯兰矿选煤厂为年设计入洗能里500万吨的特大型炼焦煤选煤厂，1997年10月试生产，2002年10月正式投产。

入洗原煤全部来自屯兰矿井。

屯兰矿的原煤通过封闭式皮带运到选煤厂，经过洗选后，其精煤产品通过铁路畅销国内重点钢铁、焦化企业，走俏日本、韩国、印度等国家和地区，原销德国、巴西等国家；其洗煤附产品中煤、煤泥全部通过封闭式皮带运往配煤厂，经过均质配比后，供古交发电厂发电。

屯兰矿选煤厂的洗选工艺，采用世界上最先进的无压重介三产品旋流器---浮选联合流程。

新工艺投入使用后，综合回收率在原有基础上提高5%，每年按入洗500万吨原煤计算即可回收25万吨精煤和混煤。

煤泥是洗选出精煤与混煤后的末端产品。

正常情况下，煤泥属于废弃物，运送到排矸山上掩盖，既浪费了资源有造成可污染。

现在，屯兰矿选煤厂将煤泥干燥处理后，掺合到混煤中全部运往电厂成为电厂的燃料。

同时，屯兰矿选煤厂狠抓废水循环利用，洗煤用水全部来自屯兰矿井下经过水厂处理后的废水，采用闭路循环利用后回收，回收后再利用。

屯兰矿选煤厂已先后通过了IS09002质量体系认证和ISO14001环境管理体系认证，步入了规范化运行轨道。

产品以国家十级、九级治炼焦精煤为主，产品粒度均匀，灰份、水份粘接指数稳定，是山西省的名牌产品。

关键词
重介；浮选；煤泥
选煤厂操作工艺的改进与优化（跳汰机、浮选机、重介旋流器）
一、选煤厂设计应包括以下四方面：
1、制定一个合理的工艺流程，必须全面细致地对煤质资料进行审查和分析，掌握各种选煤方法的适应范围及优缺点，并在兼顾地区条件和用户要求的基础上，方可制定既合理又适应的工艺流程。

藉一取得预期的选煤工艺指标和良好的经济效益。

2、为了预测选煤产品的实际工艺指标和优化产品结构，知道选煤厂各岗位司机的设备操作，实现选煤厂的洗水闭路循环，杜绝外排煤泥水，防止污染环境事件的发生，就必须对选煤厂各工艺环节进行数质量和水量的详细计算。

3、为了完成选煤各工艺指标，选出既高效率、又低消耗的设备，充分体现技术先进、经济合理，就必须掌握各种设备的工作原理、工作性能及适用范围，从而提高选煤厂机械化、自动化水平。

4、为了积极开展标准设计，节约人力、物力，加快建设速度，就必须掌握各种不同类型设备的布置原则要求，同时，了解选煤厂概算编制方法，了解土建知识等
二、选煤厂设计内容具体包括以下七点：
1、设计的依据、要求和目的
本课程设计要求学生学会综合、校正煤质资料的方法、并且对煤质资料进行分析；掌握工艺流程的计算原理和方法，掌握工艺设备选型和计算方法；初步掌握车间设备布置方法和培养绘制工艺图纸的能力。

2、原料煤基地概况；
3、选煤厂的类型及厂型；
4、选后产品的用途及要求；
5、煤质特征、选煤方法、分选上下限及设计过程中的特点；
6、供水、供电、地面运输及地面建筑物概况；
7、待解决的问题。

因此，根据本科学生的培养目标，通过本设计的学习，让学生侧重掌握选煤厂主厂房(跳汰、浮选车间)的设计方法和步骤。

深入了解选煤厂原煤受贮车间、浓缩车间、产品装车车间的工艺布置，能阅读选煤厂总平面布置图，了解概算书的编制等。

第一章原料煤基地概况
第一节厂区概况
一、屯兰选煤厂基本情况
屯兰矿选煤厂为年设计入洗能里500万吨的特大型炼焦煤选煤厂，1997年10月试生产，2002年10月正式投产。

入洗原煤全部来自屯兰矿井。

屯兰矿的原煤通过封闭式皮带运到选煤厂，经过洗选后，其精煤产品通过铁路畅销国内重点钢铁、焦化企业，走俏日本、韩国、印度等国家和地区，原销德国、巴西等国家；其洗煤附产品中煤、煤泥全部通过封闭式皮带运往配煤厂，经过均质配比后，供古交发电厂发电。

二、屯兰矿地理位置及概况
山西省古交市以南6KM.井田面积73.33平方千米，工业储量10.28亿吨，可采储量6.28亿吨。

矿井煤炭资源丰富，煤质优良，主要煤种有焦煤、肥煤和少量瘦煤，其中焦、肥煤为世界稀缺资源，具有低硫、低磷、粘结性强、结焦性好等特点，是冶金、电力等行业的优质原料，也是理想的环保用煤。

三、厂区其它企业及矿产
入洗煤种以焦煤为主，全部来自屯兰矿井。

洗选工艺采用重介—浮选联合流程，选别深度50-0mm。

煤泥水处理为一级洗水闭路循环。

产品以国家十级冶炼
焦精煤为主。

副产品以优质混煤为主，产品粒度均匀，灰份、水份、粘接指数稳定，硫份低，其产品畅销国内重点钢铁、焦化企业，出口日本、韩国、印度、德国、巴西等。

精煤产品大部分通过铁路外销国内外大型钢铁、焦化企业,少部分在销售总公司的统一安排下地销，随销随落，一般不储存。

中煤通过专用运输系统直接进入古交配煤厂，作为发电之用。

第二节原料煤基地
一、煤层描述
屯兰矿选煤厂入洗原煤全部来源于屯兰矿井，屯兰井田面积约273.33平方千米目前主采煤层为2号、8号煤层。

矿井开拓方式为主斜、副斜、副立井联合开拓
二、原煤仓和产品仓储能力
（表1）
第二章选煤厂类型、厂型
第一节投产时间、设计能力、核定能力
1997年10月试生产，2002年10月正式投产。

设计能力：500万吨。

核定能力：500万吨。

第二节选煤厂的类型
选煤厂由于处理的原煤性质和用途的不同，以及所处矿井与焦化工业未知的不同而分为不同的类型。

由于不同类型的选煤厂各有不同特点，应根据不同情况，采取不同的技术措施。

选煤厂的类型按精煤用途分类可分为两种：炼焦煤选煤厂和动力煤选煤厂所设计的屯兰选煤厂是位于屯兰矿井的南边，单独服务于东青矿井的选煤厂。

它的处理能力，工作日数，日工作时数等工作制度一般与矿井相同，选煤厂的附属设施如机修、供电、供水、供暖以及行政管理和职工生活福利设施尽可能与矿井共用。

所以属于矿井选煤厂。

第三节产品质量要求
用户对产品的要求是设计的依据之一，因此设计工作者了解用户对产品质量的要求显得十分必要。

a、原煤系统
按照我厂选煤工艺要求，为重介质旋流器准备合格的入洗原煤，必须对矿井毛煤进行预处理，即原煤准备作业。

准备作业包括：原煤预先筛分、超限粒度破碎、检查筛分（除去原煤中的铁器、木块等杂物）。

矿井原煤升坑后，直接进入经201皮带机头除铁器除铁后，进入204分级筛
进行分级，≤45MM进入207、224皮带，＞45MM粒级部分进入205手选矸石皮带，大块矸石经人工手选后进入258、211皮带，其余部分进入255机械动筛排矸所排矸石经258、211矸石皮带入211机头矸石仓，再经705、708皮带转载入矸石山。

剩余部分进行脱水破碎后，进入224皮带与≤45MM粒级产物会合，再经225、226、227皮带进入1、2、3、4号原煤仓。

b、重介分选系统
原煤仓下原煤经244、245、246、249、四条皮带和253、254两条刮板多次转载后进入1#、2#、3#缓冲仓，作为入洗前临时储存仓。

1#缓冲仓对应重介A 系统，2#缓冲仓对应重介B、C系统，3#缓冲仓对应跳汰系统。

三个重介系统工艺流程是一致的。

1#缓冲仓原煤经301皮带进入303三产品重介旋流器进行分选，选出三种产品（精煤、中煤、矸石），精煤从303溢流口排出，中煤矸石从旋流器一段底流口排出进入二段旋流器再次分选，选出中煤、矸石两种产品。

排出的精煤经集料箱进入弧形筛、304、305脱介脱水筛进行脱介脱水，精煤经307、308离心机再次脱水后，由336、501皮带和503刮板转载至精煤仓。

二段旋流器排出的中煤、矸石分别进入306脱介脱水筛（注：中矸共用306脱介脱水筛，中间用档板隔开）进行脱介、脱水，中煤产品进入310离心机脱水后，经340、502皮带进入中煤仓。

经306脱介、脱水后的矸石，进入701皮带，经702、704、705、708皮带转载后，作为废弃物排入矸石山。

悬浮液的净化和介质回收系统：
随精、中、矸产品所排出的悬浮液，经弧形筛、脱介脱水筛一段脱介脱介水后，作为合格介质进入合介桶循环使用。

为保证循环悬浮液的稳定性，降低悬浮液中的煤泥含量，304脱介脱水筛合介段的合格介质经309分流箱一部分进入313合格介质桶，另一部分进入311煤泥分级旋流器进行分级，溢流与304、305精煤脱介脱水筛稀介段的稀介质进入314精煤稀介桶。

精煤稀介中的磁性物由322精煤磁选机进行回收作为精矿返回313合介桶，磁选尾矿进入325精煤磁尾桶后，由326泵打入327煤泥浓缩旋流器，底流经振动弧形筛脱水后进329煤泥离心机，最后成为精煤产品，溢流与振动弧形筛的筛下水进入601煤泥浓缩机。

311煤泥分级旋流器的底流与306中矸脱介脱水筛稀介段的稀介质进入315中矸
稀介桶，中矸稀介中的磁性物由323中矸磁选机回收后作为精矿返回合介桶，磁选尾矿直接进入607一段尾煤浓缩机。

一、分流控制
1、PLC模拟量输入模块通过采集现场煤泥含量计仪表的4～20mA，由下
位程序计算得系统的煤泥含量，在上位机上显示，并由模拟量输出模块将煤泥含量（4～20mA）传送到现场显示仪表，这样就实现现场仪表和厂调度同步显示系统的煤泥含量的百分数。

2、煤泥含量计算公式：Ｇ＝Ａ（Ｐ－１０００）ＢＦ式中，
Ｇ为煤泥含量，ｋｇ/ｍ３
Ｆ为磁性物含量，ｋｇ/ｍ３
Ｐ为悬浮液密度，ｋｇ/ｍ３
Ａ为与煤泥有关的系数，Ａ＝δ煤泥/（δ煤泥－１０００）
Ｂ为与磁性物有关的系数，Ｂ＝δ磁/（δ磁－１０００）
δ煤泥＝１４５０ｋｇ/ｍ３
δ磁＝４５００ｋｇ/ｍ３
计算得出Ａ＝３．２２Ｂ＝１．２９
煤泥含量计算公式为：Ｇ＝３．２２（Ｐ－１０００）１．２９Ｆ
3、通过PLC的PID可实现自动分流，通过集控室上位画面的输入值可实
现“远控”操作，通过现手操器可实现“就地”操作。

4、PLC模块----现场手操器------分流阀电动执行机构-----现场煤泥
含量显示仪表接线附图，为了现场观察方便将各系统的现场手操器和煤泥含量显示仪合放在同一现场箱。

5、主要设备选型：
A、唐山大禹科技发展有限公司生产的管道式铁磁物浓度计FT2007（镇选），或唐山师达管道式铁磁物含量计SDC—8（太选、马选）都是专门用于测量重介选煤工艺中磁铁矿粉含量的仪表。

技术规格：1）测量范围：0～1000g/l
2）测量精度：±1%
3）最小感量度：3g/l
4）输出信号：4～20mA（隔离）
B、上海电动分流阀选用上海大禹生产的口径DN200，阀芯采用内衬陶瓷的V型球阀，阀体硬密封含电动执行机构，阀体外带手动操作机构，球阀比刀阀调节线性好。

二、液位控制
选煤厂三个重介系统共计17个桶，其中合介桶3个，煤介桶3个，精煤磁尾桶3个，中矸磁尾桶3个，精煤稀介桶3个，中矸稀介桶2个(其中B、C系统共用1个)。

根据系统要求，合介桶选用德国E+H公司的超声波液位计FUM41，
该液位计测量范围0-8米，适用于选煤厂合介桶液位的测量。

技术特性
菜单引导功能，轻松进行现场操作四行字符显示
●用于现场诊断的包络线显示
●操作程序方便地进行操作、诊断及测量点的文件编制
●适用于爆炸危险区
●可选择远程显示和操作最大距离
●可用螺纹安装或
●内置的温度传感器用来进行温度校正，即使温度变化，也可以满足测量精度●通过线性化功能个点可将输出测量值的单位转换为长度、体积或流速
●非接触式测量，减少维护工作量
煤介桶，精煤磁尾桶，中矸磁尾桶，精煤稀介桶，中矸稀介桶均选用德国E+H公司的液位变送器PMC71，该液位计安装在桶的底部，通过测量水的压力来显示水的液位。

三、密度控制
重介选煤密度控制的目的就是使测量密度值跟踪、趋近直至等于设定值。

由于选煤工艺决定了在正常生产过程中合格介质的密度呈上升趋势，故控制系统是通过控制清水阀阀门的开度补加清水来实现合格介质密度的稳定。

当测量密度大于设定密度时，控制系统将清水阀开度增大，使合格介质密度逐渐下降，趋近直至等于给定值；当测量密度等于给定密度时，电动阀门不动作；当测量密度小于设定密度时，电动阀门开度自动减小，稀释水量也相应缩小，使合格介质密度逐渐上升，趋近直至等于给定值。

控制系统采用PID控制算法，使合格介质密度控制稳定、且控制精度高。

c、跳汰分选系统
原煤进入3#缓冲仓后，经322、323皮带运输机给入324跳汰机，跳汰洗选后的中煤经326斗式提升机提升至328中煤脱水筛，脱水后由365、502皮带输送机输送至中煤仓（1×4700t）。

矸石由325斗式提升机提升至矸石脱水筛327脱水后，经矸石系统皮带转载输送至矸石山。

精煤经脱水分级筛329分级后，筛上物（+13mm）块精煤直接输送到精煤仓（3×3350t），筛下物（-13mm）末精煤
进入精煤捞坑经330斗式提升机提升至331脱泥筛、337离心机脱水后与块精煤、浮精混合进入精煤仓。

⑴、跳汰洗煤的原理：
当入洗原煤进入跳汰机后，在风水的作用下跳跃前进；在不断地跳跃前进过程中，轻物料（精煤）上浮，而重物料（矸石）下沉，实现了按密度分层，待物料运动到矸石段和中煤段的排料口处，通过排料装置及时地将矸石排出。

要想取得好的跳汰洗煤效果，保证重物料层（第一段是矸石层，第二段是中煤层）厚度稳定，轻物料溢流而出，上述过程有两个内容必须保持最佳状态：第一是物料在跳汰机筛板上必须保持最佳的跳动状态，以使物料有最佳的松散度，有利于物料很好地实现按密度分层。

如果物料跳不起来，床层太紧，既不能实现很好地按密度分层，也会影响前进速度和处理量；如果物料跳动幅度过大，物料前进速度过快，床层变薄，透筛损失严重，就会造成矸石中末煤量大。

第二是排料要及时、准确，保持重物料床层有一个符合要求的稳定厚度，这样就能保证产品质量合格，精煤损失最少
⑵、跳汰机的操作工艺制度
跳汰机的操作技术就是根据跳汰选煤的基本原理和影响选煤的因素，创造有利于跳汰分选的工艺技术条件，获得尽可能良好的分选效果，以获得较高的经济效益。

跳汰机是选煤厂的主要和核心设备，它工作的好坏，对于选煤厂的工艺技术水平和经济效益，起着举足轻重的作用。

因为，在有浮选的选煤厂中，跳汰产出的精煤量要占总精煤量的80%左右，在无浮选的选煤厂中，它的精煤量就是全厂精煤的100%了。

所以，搞好跳汰机的操作技术，获得良好的选煤效果是非常重要的。

搞高跳汰机的操作，主要是要有丰富、准确的基本知识和熟练的操作技术、两方面缺一不可。

⑶、跳汰机操作的原则
跳汰机操作中，应当遵循的原则应当是少用水，多用风，处理量要在可能的条件下尽量地大一些，到现在为止，我们的跳汰机的处理量都不够大，加上操作技术的问题。

产品的指标都不够好，我国的生产实践中已出现了主洗机25-33吨/
平方米.时，再洗机10吨/平方米.时的生产长期记录，而且效果都很好，为什么还要维持在主洗机10吨/平方米.时左右的定额不放呢？另外，重床侧层要适当的薄一些，因为这样有利与提高跳汰机的处理量，保证床层合理松散，对于保证获得良好的分选效果也是有利的。

除了这些之外，跳汰机的水平能否上的去，能否得到良好的分选效果，前曾言及，对现有各种类型的跳汰机来说主要地不在于机械结构和形式，很大的潜力在于操作技术当中，所以，必须精心操作，提高技术水平。

⑷、操作跳汰机应创造的条件
矛盾都是在一定条件下转化的，不具备一定的条件，任何矛盾都是不会转化的。

我们操作跳汰机的目标就是要将杂乱无章的原煤在跳汰机中按密度分层清楚并分选成不同的产品。

它的首要条件就是床层要适当地松散。

也就是说，床层适当松散是按密度分层清楚的条件，所以操作跳汰机时，就是用风、水配合起来，使床层达到适当的松散。

床层松散的条件就是床层必须能够跳动起来，使各段都能够有规律地跳动起来，既不要过激的跳动，因为过激的跳动会导致分选效果变坏，又不要跳动不足，跳动不足时，床层松散不开，物料也不能有效地按密度分层，仍无法获得良好的分选效果，所以操作所需创造的条件就是床层的适当松散。

⑸、床层状态
跳汰机工作过程中床层状态，决定其按密度分选的效果。

所以，如何使床层处于有利于分选的工作状态，是跳汰机操作工艺制度的核心。

例如在跳汰机自动
化程度较低的一些选煤厂，跳汰机岗位操作司机除了根据快速浮沉和快速灰分所提供的数据判断桃汁机工作情况外；手执探杆还需不时地插入床层测试床层厚薄与松紧，甚至根据探杆所触及的床层松散类型，需对水量及风量配比关系作出判断，进而调节水门和风门的大小。

其目的，即使床层维持在最适宜的工作状态。

床层状态主要是指床层的厚薄与松紧。

⑹、控制给料
跳汰机入料性质的波动及给料量的变化，对跳汰机的工艺效果都有直接的影响。

因此，所调控制给料，是指人料性质变化的波动尽量小，即给人跳汰机的原料应均质化；再有，给料速度也需均匀，不可忽多忽少。

最后，应注意伴随物料给入的冲水，一定要使原煤预先润湿。

尤其不分级入选，粉煤含量较多时更为重要。

否则，物料进入跳汰室后，出现结团现象，在水层上呈小群体漂移，将使精煤质量降低。

入洗原煤量不足。

原煤量不足，造成入洗原煤单位时间流量不稳定，跳汰机入料不均衡，从而导致跳汰机床层不稳定，影响煤质。

按照跳汰机入洗要求，入料粒度应在100mm以下，如果原煤有大量超粒度煤、矸石进入跳汰机，导致卡矸、塌矸现象，影响跳汰机床层效果，影响煤质。

⑺、跳汰频率和跳淡振幅
跳汰频率是指分选介质每分钟的脉动次数；跳汰振幅是指分选介质在跳汰室内脉动一次的最高和最低位置差。

两者组合直接影响于床层的松散方式和松散度，这是跳汰机操作工艺制度的基本参数。

⑻、风量和水量
对于空气脉动跳汰机，风、水配合的共同作用直接影响跳汰周期及床层的松散状况。

所以应根据所要求的床层松散度调节风量。

跳汰室第一段的风量比第二
段大。

各段各分室的风量自入料到溢流堰依次减少，但有时为了加强第二段（中煤段）中间分室的吸啜作用，强化细粒矸石的透筛过程，相比其它各分室，用风量可适当加大。

给入跳汰机的水来自两个方面，一是随物料一起给入的冲水（给矿水），二是从筛下连续或间断补加的筛下水（顶水）。

这两部分水对于空气脉动跳汰机，最后都是通过溢流堰随轻产物排出。

冲水（给矿水）主要是用来预先润湿煤炭或矿石便于均匀而又连续的给科。

该水用量一般不宜过大，其用量以能将给料口的原料全部润湿为限。

对于煤用跳汰机，冲水量约占总水量的20％～30％；对于矿用跳汰机，给矿水按浓度计算一般不超过20％～25％。

筛下水对空气脉动跳汰机，其作用主要是补充筛下水量的短缺，减小跳汰室和空气室之间在工作时的液位差，从而增加空气室内压缩空气的有效压力。

筛下顶水所形成的上升流速很小，约在0．5～1．scm／s的范围内，不会明显地变脉动水流上升和下降的最大流速。

但由于它减小了跳汰室和空气室之间的液位差，增大了压缩空气的压力效应，故使脉动水流上升时提早开始，下降时又提前结束，因而加大了上升水流的作用，减弱了下降水流的作用。

加大筛下预水的用量，提高床层松散度，减弱吸啜作用和细粒物料的透筛。

空气脉动跳汰机的分选用水均循环使用，其损失量应由清水补加。

在筛下顶水用量的分配上，第一段（矸石段）比第二段（中煤段）为各段的各分室通常也是由给料端到轻产物溢流堰依次减少。

选煤用空气脉动跳汰机操作时，风量和水量的正确配合使用，对分选工艺指标的好坏极为重要。

虽然在一定范围内，加大风量和增加顶水都能使床层的松散
度提高，但风量加大能强化下降期的吸啜作用，而加大顶水使吸啜作用减弱。

因此，在实际操作中只能根据工作经验和具体情况灵活运用。

有人认为“宁多用风，不多用水”，这是由于加大项水可以减少精煤在矸石中的损失，但顶水过大给全厂煤泥水系统造成沉重负担，使煤泥在厂内回收的工作加重。

⑼、重产物的排放
当床层按密度分层结束，应及时，连续而又合理地将高密度物和低密度物排出机外。

对分选煤炭的空气脉动跳汰机，尤以重产物的排放为操作中的一个重要环节。

一定要使重产物的排放速度与床层分层速度及矸石（或中煤）层的水平移动速度相适应，若重产物排放过慢出现堆积，不但影响整个床层的松散状况，使得正常分层难以进行，而且污染精煤，影响精煤质量；加重产物排放过快，又导致矸石（或中煤）层过薄，甚至排空的情况，整个床层使处干过度松散的不稳定状态，使得原已分选的床层，遭到破坏，使重产物中精煤损失加大。

⑽、跳汰机的处理量
跳汰机的处理能力与给料性质密切相关。

例如分选金属矿石，当处理粗粒、易选（密度差大、中等密度的矿粒或连生体少、含泥量低）的物料，而且对精矿质量要求不高（如粗选）时，处理量可以加大；反之则应减小进入跳汰机的水来自两个方面，一是随矿石进入的给矿水，二是筛下补加水。

给矿水不宜过大，按浓度计算一般不超过20-25%。

筛下水可补充调整床层的松散度，处理窄级别原料时可以适当增加筛下水，以提
高分层速度。

处理宽级别原料时，减少筛下水，以加强吸入作用。

一般筛下水上升水速在0.2-0.6cm/s范围内，压力在0.1-0.2Mpa。

跳汰选矿的工艺因素包括冲程，冲次，给矿水，筛下补加水的影响，床层及人工床层的组成，筛板落差的作用，以及给矿性质，单位生产率等问题。

1. 跳汰机的冲程和冲次一般用机械冲程和冲次表示，直接影响的床层的松散度和松散方式，是跳汰机操作的基本参数。

（1）床层厚，给矿量大，相应的需要较大的冲程。

随着冲程的增大，为使床层有足够的拓展时间，冲次要相应的减少。

（2）给矿粒度粗或者矿石密度大，则举升床层所需要的上升水速也大，此时需要较大的冲程。

在实践中，总是采用大冲程，低冲次或者小冲程，高冲次配合工作，是目的就是既不要使床层过于紧密，也不要过于松散。