我国选煤厂设计及建设水平较以往虽然有了很大提高，但设计水平及工程质量良莠不齐，一些选煤厂建成运行后数质量达不到设计要求，刚投入运行即大规模改造，甚至还有一些建完后处于关停状态。这其中有设计方面的原因，也有决策方面的原因，本文结合设计工作经验，谈谈选煤厂设计建设过程中常出现的问题。


1、选煤厂建设规模


一般而言，矿井型选煤厂的建设规模应与所服务矿井能力一致，中央型选煤厂应综合考虑周边煤矿煤源来确定合适的建厂规模。但在设计中常出现“批小建大”或“批大建小”的情况。


(1)陕西彬长矿区某选煤厂，矿井设计规模为5.00Mt/a，最大提升能力1500t/h，选煤可研批复为5.00Mt/a，但实际设备处理能力按矿井最大提升能力1500t/h设计，相当于8.00Mt/a选煤厂。


(2)内蒙古鄂尔多斯某中央型选煤厂，可研批复8.00Mt/a，但实际输运系统按8.00Mt/a设计，选煤厂洗选能力按5.00Mt/a设计。


以上选煤厂建设不仅浪费投资，而且建成后系统冗余度大，生产经营成本高。


2、选煤厂工程设计顺序


选煤厂设计一般分为方案设计、可行性研究、初步设计、施工图设计4个阶段，每个阶段的侧重点都不尽相同。


方案设计属项目前期设计，是在充分了解业主的需求后做出的方案，一般会反复数次；可行性研究是项目申请要求立项的基础文件，主要对项目建设的必要性、技术可行性、经济可行性、风险因素及对策进行研究；初步设计的主要目的是指导施工图设计、指导选煤厂合理建设、保证选煤厂建设技术方案顺利实施和合理控制建设投资；施工图设计为项目施工用的设计，指导施工进行项目建设。


目前我国的选煤厂建设设计过程不太规范，存在选煤厂建设完成后再重新补充可研、初步设计的情况。初设滞后于施工图将发挥不出初设指导施工图、控制投资的作用。经常发生初设评审时虽然专家提出了一些重要问题，如工艺流程、设备选型等，但现场设备已经采购，土建基本完成，这些重要意见得不到落实，其后果不但对选煤厂的投资建设进度产生影响，甚至影响到选煤厂建成后的使用情况。


3、设计资料的收集


选煤厂设计要收集煤质资料、厂区资料、建厂条件资料、经济资料以及用户的要求，但由于某些用户不够重视，不能够及时提供这些资料，往往会造成设计返工，影响工期和工程质量。


3.1地勘及地勘资料


地勘为建筑物设计的基本依据。地勘一般为设计院确定好布置后，由设计院直接（或转给甲方）向地勘单位提出地勘要求，但实际上由于地勘需要一定的时间，大多数都是边做地勘，边做设计优化，造成的结果是有时部分建筑物没有地勘，只能参照临近点做设计。更有部分企业不做地勘或者只做初勘不做详勘。


(1)内蒙古鄂尔多斯某选煤厂设计时只参照临近场地地勘，而在建设时西边加油站路面塌陷，这时才紧急对主厂房周边进行勘探，所幸厂区主要建筑未在采空区上，但前后耽误了建设时间约半个月。


(2)内蒙古鄂尔多斯某选煤厂原先设计为选煤厂+装车站于一体，在可研立项通过后，设计院与甲方反复沟通约半年之久。先是主厂房区域位于神华神东采空区；待避开采空区重新规划设计后，主要建筑又位于神华神东公司煤田上；最后只能将煤炭洗选功能去掉，仅保留装车功能，这不仅耽误了时间，也改变了原先的设计规划。


(3)陕西某选煤厂的设计是根据第一版初设勘探，之后施工图设计改动量较大，最典型的属浓缩池，设计按地勘报告属湿陷性黄土，采用灰土挤密桩，总长10.7m，桩数4854根，现场打桩时发现为橡皮土，由于已开始打桩，为了保证施工周期，只能按设计进行，增加了投资。


以上为不重视地勘所引发的成本增加、工程延长的实例。在选煤厂实际设计过程中应重视地勘，也应重视与地勘单位的沟通。


3.2煤质资料


选煤试验资料主要有原煤（自然级）筛分浮沉试验，大块破碎后（破碎级）筛分浮沉试验，煤粉筛分浮沉试验，煤泥浮选试验，煤和矸石泥化试验，煤泥水沉降试验。选煤试验资料是选煤工艺设计的基础依据，也是选后产品结构定位的主要依据之一。试验资料的代表性直接关系到工艺设计的好坏。工艺设计所用煤质资料应与选煤厂投产后的煤质资料一致或接近，否则可能导致选煤厂处理能力不达标，甚至无法正常生产。


由于多数选煤厂为新建选煤厂，设计时矿井还未出煤，设计时可参照临近选煤厂生产大样，并应充分考虑块末煤的比例和煤泥量。


内蒙古鄂尔多斯东胜煤田某矿主要可采煤层为2－2层、4－1层；矿井前期主要入洗2－2层煤、后期主要入洗4－1层煤。由于4－1层煤没有详细的筛分浮沉资料，设计采用2－2层可选性试验报告作为设计依据。其中大于13mm块煤产率约为45%，设计只对灰分进行了校正，未对产率进行校正。实际洗选4－1煤层煤样时大于13mm块煤产率仅为35%，造成选煤厂末煤系统处理能力不够，煤泥水系统严重不足。


3.3原料煤与产品煤的价格


煤价是核定选煤厂有无经济效益的重要指标，尤其是对中心型选煤厂来说，相比较于矿井型选煤厂，原煤的采购价格与产品煤的销售价格对选煤厂的经济效益影响较大。


内蒙古鄂尔多斯某中央型动力煤选煤厂，设计规模为5.00Mt/a，主要生产150～80mm、80～30mm块煤，30～0mm末煤选煤厂建成后，由于本集团内部煤矿产量有限，原煤主要以采购外来煤为主。由于优质原煤价格高，而劣质原煤洗选后精煤回收率又有限，项目试运行期间，曾分别入洗过150～0mm、50～0mm原煤，但都没有经济效益。目前主要利用外围系统为周边煤矿煤火车外运提供装车服务。整个选煤系统（投资约1亿元）处于关停状态。究其原因主要是对原煤市场及洗选精煤产品市场调研不充分，产品定位不准确。


4、产品结构定位


产品定位是根据煤的牌号、物理和化学性质、煤岩特性、工艺性能指标确定产品的用途，再结合当地市场需求进行目标市场定位。产品准确定位后需根据当地市场价格等情况，依据最大经济效益原则进一步优化。


陕西彬长矿区某井田煤炭的煤质特征及工艺性能和用途归纳如下：区内各煤层为低内水(Mad=4.35%)、低灰～中灰(Ad=15.21%)、低硫(St，d=0.98%)、低磷(Pt，d=0.021%)、富油、中高挥发分(Vdaf=32.25%)，中等软化温度(ST=1273℃)，高热值(Qgr，d=27.49MJ/kg)、不粘煤31号(BN31)，可磨性为难磨煤(HGI=59)。产品结构定位为块煤气化用煤，末煤高炉喷吹煤。但末煤作为喷吹煤存在以下问题：一是该矿煤质是良好的动力发电用煤，虽可作为高炉喷吹煤，但挥发分较高，可磨性较差，市场竞争力不强，在高炉喷吹煤需求有限的情况下销路难以打开；二是高炉喷吹煤对煤质有严格要求，目前常用的是无烟煤及无烟煤与贫瘦煤或长焰煤配比。用不粘煤做高炉喷吹煤，在市场推广上从实验到应用还需一段时间。


实际上该选煤厂建成后，因高炉喷吹煤市场推不开，末煤产品销路不畅，致使其末煤重介分选系统和干扰床煤泥分选系统长时间闲置不用，闲置设备费用达1800多万元。


5、工艺设计


5.1原煤是否需要全入洗


选煤厂设计时不应盲目追求动力煤全入洗。电厂末煤是否需要全部入洗，要认真分析末煤质量和电厂对煤质的要求，合理确定分选下限。国内不少动力煤选煤厂按块末煤分别入洗设计，投产后末煤系统基本不开，造成设备闲置和投资浪费。末煤全入洗，一方面产生更多的煤泥、矸石，精煤质量有所提高，但产率下降，降低选煤厂的整体效益；另一方面在煤炭富集的陕北、内蒙古等地，不少选煤厂将煤泥随矸石一起排掉，造成资源的浪费。


5.2工艺选择


国内常见的动力煤选煤厂采用块煤入洗，末煤旁路工艺。块煤分选常用的为重介质浅槽、跳汰工艺，两种选煤方法都各有其优缺点，各有其适用范围，设计时需根据煤质、分选密度、产品结构等条件综合考虑。


重介质浅槽分选工艺的优点为：分选效率高；分选密度调节范围宽、控制精度高；分选粒度范围宽，对入洗原煤质量适应性强。缺点为：增加了重介质的净化回收工序，工艺流程相对复杂；介质对设备管道磨损比较严重；当要求循环介质密度大于1.8kg/L时，高密度悬浮液难以配置。


跳汰分选工艺的优点为：工艺技术成熟，工艺流程相对简单，维护管理方便，加工成本低；可以不受分选密度的限制。缺点为：在分选难选和较难选煤时，跳汰选煤的分选效率明显低于重介质选煤的分选效率；当分选密度低于1.4kg/L时，跳汰机难以操控，不能保证正常分选；循环水耗量大，煤泥水系统负荷大。


6、施工组织


一座大型选煤厂建设工程一般分包给多个施工单位，如土建施工单位、设备安装单位、配电及控制单位、管道安装单位等，各施工单位之间不可避免地存在交叉。此时应注意以下问题。


(1)土建单位与安装单位的配合。一般情况土建具备了安装条件，安装单位进场安装，但也发生过土建单位为了赶进度，将主厂房本应该留出的安装墙砌上，造成设备安装只能通过主厂房顶部吊进去，大大增加了设备的安装难度。


(2)管道安装与电缆敷设的配合。现场经常发生电缆敷设先于管道安装的情况，造成管道与电缆相互干扰，部分电缆需修改敷设路径。因此，在施工时应先安装管道后敷设电缆。同时，在设计电缆桥架或走线时要与管道的布置相结合，设计中避免管道与主要桥架的干扰。


7、结束语


结合近几年的设计实践，笔者认为，要做好选煤厂设计，必须要重视资料的准确性，前期工作需从多角度、多层次发现问题；在施工图阶段，应从大处着眼，小处着手，多注意细节设计。施工时应重视施工单位间的协调配合。