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选煤工艺设计课程设计摘要本设计是洪洞县南村2.4Mt/a矿井型选煤厂初步设计。入洗原煤来自矿区矿井，煤种为肥气煤。设计要求精煤产品满足灰分Ad<10.00%，水分Mt<10.00%。选煤厂工作制度为每年生产330天，每天16小时，两班生产，一班检修。设计先对煤质资料进行审查、分析、校正、计算，然后分析原煤的可选性,确定原煤是否分级入选。在此基础上，通过对比几个可能的选煤工艺流程，对其进行产品预测和技术、经济比较，选出最佳方案：<50mm无压不脱泥三产品重介旋流器+<0.5mm直接浮选。方案确定后，进行水量、介质及数质量平衡计算。依据计算结果，进行设备选型。最后画出设备联系图，对各个车间进行布置，并对总的工业场地进行总体规划。另外，本设计还对生产辅助设施、环保等方面进行了简单阐述。关键词：选煤；无压三产品重介旋流器；直接浮选目录目录2第一章 概述11. 设计任务与要求11.1. 设计任务11.1. 设计要求12. 厂区概况1第二章 选煤工艺31. 原煤供应情况32. 煤质资料的分析32.1. 煤质资料的可靠性分析32.2. 煤样的工业分析42.3. 原料煤的筛分资料分析42.4. 浮沉资料分析及可选性判定73. 中煤灰分确定144. 实际分选密度计算164.1. 工艺简述194.1.1.无压三产品重介主洗系统194.1.2. 煤泥水处理系统194.1.3. 装车系统19第三章 流程计算223. 选煤工艺流程的计算目的224. 数质量流程计算224.1. 水量及介质流程的计算234.2. 给料中的煤泥及水的计算234.3. 补加浓介质性质的计算234.4. 工作介质的性质的计算244.5. 工作介质总量的计算254.6. 循环悬浮液的其它参数的计算254.7. 分选作业的计算254.8. 精煤脱介作业的计算284.9. 中煤脱介作业的计算324.10. 矸石脱介作业的计算354.11. 所需分流量、补充水量及补加浓介质量的计算374.12. 磁选作业的计算394.13. 磁选尾煤的计算424.14. 浮选的计算45第四章 设备选型501. 选型与计算的原则和规定501.1. 设备选型原则501.2. 不均匀系数502. 主要设备选型与计算502.1. 筛分设备502.2. 破碎设备522.3. 分选设备522.4. 磁选机532.5. 分级和浓缩设备542.6. 脱水设备552.6.6. 尾煤浓缩机56第一章 概述1. 设计任务与要求1.1. 设计任务在南村选煤厂煤质资料的基础上，设计一座入洗能力为2.40Mt/a的矿井型选煤厂，按煤炭洗选工程设计规范GB50359-2005的规定，选煤厂的工作制度与矿井生产一致。1.1. 设计要求对原煤资料进行综合分析，绘制可选性曲线，确定选煤方法、选煤工艺流程，进行流程的计算，主要设备的选型计算，编写设计说明书，绘制主要车间的布置图和厂区的总平面布置图。2. 厂区概况矿井位于霍东矿区西南部，东临京沪铁路和大运高速南同蒲铁路、大运二级公路、霍侯一级公路、309国道、洪广公路、洪古公路、洪乔公路、赵克公路横穿东西。，矿区公路四通八达，区内交通十分方便。图2-1井田位置交通示意图Fig.2-1 The scheme of transporation of mine location井田位置交通示意图见图2-1。区内地形平坦，地面标高+63+40m，自东向西逐渐降低。本区属于温带季风区的海洋大陆性气候，四季分明。历年来平均气温17.9，日最高气温40.3，日最低气温18.3，最大冻土深度0.27m，最大积雪厚度0.24m。年平均降雨量708.14mm，年最大降雨量1263.8mm，年最小降雨量268.5mm。降雨多集中在7至8月份，风向频率多为南风及东南风，最大风速16m/s。地震烈度7度。第二章 选煤工艺1. 原煤供应情况入选原煤来自于洪洞县南村矿井单一煤层所开采出来的煤。2. 煤质资料的分析选煤厂设计的关键是采用既适合原煤实际特性，又满足用户需求的工艺方法。原煤的煤质资料是确定煤的种类、可选性、确定选煤工艺流程和设备选型及产品种类的基本依据。煤质资料的可靠性取决于煤样的来源及试验的精确性。2.1. 煤质资料的可靠性分析对原煤资料的分析，首先要特别重视煤质资料的代表性。用不具代表性或代表性差的筛分、浮沉资料提供设计，是对设计的误导，后果是严重的。因此，对煤质资料的代表性问题应该引起高度重视。煤质资料审查情况如下：原煤矿样是该厂设计入洗的建井煤质资料，没有用相邻矿井和其它地质资料作代表资料，故该矿样具有高度的代表性。该矿样是经过采样，试验，制样，化验，计算等工序完成的，各工序都可能产生误差。如果误差超过一定限度，不仅影响资料的准确性和可靠性，甚至判定该资料不能使用，所以筛分、浮沉试验都要按国家标准GB/T477-1998煤炭筛分试验方法、GB478-87煤炭浮沉试验方法和行业标准MT-93煤粉筛分试验方法、MT57-93煤粉浮沉试验方法进行审查。 2.1.1 大筛分资料的审查煤样筛分前质量为8426.437kg，灰分为25.68%，筛分后煤样总质量为8414.836kg，灰分不变，质量绝对差值为0.14%<1%,且灰分没有变化，符合要求。 2.1.2 浮沉资料的审查自然级煤样灰分：25.14%，浮沉后各粒级（500.5mm）综合灰分为26.15 %，由于灰分大于20%，最大粒度为50mm，其灰分绝对差值为1.01%<2%，符合要求。破碎级煤样灰分：18.31 %，浮沉后各粒级（500.5mm）综合灰分为18.46 %，由于灰分小于20%，最大粒度为50mm，其灰分相对差值为0.15%<2%，符合要求。自然级（0.50mm）灰分为16.96 %,浮沉后灰分为17.02%，灰分小于20%，其灰分相对差值为0.06<10%，符合要求。破碎级（0.50mm）灰分为15.24浮沉后灰分为15.25灰分小于20%，其灰分相对差值为0.01<10%，符合要求。2.2. 煤样的工业分析煤样的工业分析结果如表3-1所示。表3-1煤样的工业分析Table 3-1 Proximate analysis of coal samples化验项目MadAdVdafSt,dQgr,d胶质层粘结性系数煤样%Mj/KgX,mmY,mm毛煤 1.9726.0330.840.1693.712006净煤 0.638.5635.330.39037125由表3-1可知：毛煤灰分为26.03%>10.0%，应当依据减灰后的工业分析数据确定煤种。挥发分含量为30.84%，胶质层最大厚度为37mm，此煤灰分为26.03%，属于中灰分煤；硫分为0.16%，属于特低硫煤。2.3. 原料煤的筛分资料分析2.3.1 原煤筛分试验校正与分析表3-2原煤筛分试验报告表Table 3-2 Size analysis report of raw coal fractions粒级 mm产品产率Ad%重量占全样筛上累计>150 煤 00.00 0.00 0夹矸煤00.00 0.00 0矸石 00.00 0.00 0硫铁矿00.00 0.00 0150100煤 289.033.43 3.43 15.48夹矸煤24.0170.29 3.72 35.34矸石 57.2970.68 3.72 81.75硫铁矿00.00 3.72 010050 煤 437.435.20 8.92 17.53夹矸煤32.0040.38 9.30 40.47矸石 170.2882.02 9.30 82.02硫铁矿00.00 9.30 05025 煤 1076.37712.79 22.09 33.42513 煤 1097.51713.04 35.13 33.25136 煤 1251.08814.87 50.00 27.7163 煤 1117.82413.28 63.28 21.7930.5 煤 2069.59424.59 87.88 19.920.50 煤 792.379.42 97.30 17.02合计8414.836100.0023.82 筛分资料分析：>50mm粒级情况：矸石含量为2.70%，根据选煤工艺设计与管理P42页表3-5，知含矸等级为中矸，无需采用机械排矸。各粒级含量分析：503mm粒级的质量百分数比较接近，粒度分布比较均匀，小于13mm以下的末煤含量为62.16%，且3mm以下含量为34.01%，说明原煤易碎。各粒级质量分析：随着粒度的减小，各粒级的灰分逐渐降低，说明煤质较脆，矸石较硬且不易泥化。同时也说明，随着粒度的减小，夹矸煤的解离更加充分。00.5mm粒度级的煤占全样的量为9.42%，灰分值为17.02%，低于30.5mm级煤的灰分值，说明矸石不易泥化。>50mm破碎级筛分试验分析>50mm级煤与夹矸煤破碎筛分资料后灰分应该与破碎前的灰分相同，如果不同，需要校正。校正方法如下=A0A式中：灰分校正系数，此值可正可负，%；A0筛分前>50mm级煤与夹矸煤总灰分，%；A破碎筛分后各粒级综合灰分，%。将灰分差值与各粒级的灰分相加，既得各粒级校正后的灰分。>50mm级煤与夹矸煤破碎后筛分试验表校正结果如表3-1所示。表3-3破碎级筛分试验报告表Table 3-3 Size analysis report of crushed coal fractions粒级 mmM kg占本级%占全样%Ad%校正5025 302.70 38.68 3.60 21.14 21.09 2513 200.62 25.64 2.38 18.12 18.07 136 121.35 15.51 1.44 17.35 17.30 63 63.52 8.12 0.75 14.61 14.56 30.5 75.02 9.59 0.89 12.89 12.84 0.50 19.28 2.46 0.23 15.28 15.23 合计782.48 100.00 9.30 18.31 18.26<0.5mm煤粉筛分试验结果报告表<0.5mm煤粉筛分试验结果报告表如表3-4所示。表3-4<0.5mm煤粉筛分试验报告表Table 3-4 Size analysis report of <0.5mm coal fractions粒级 mm自然级破碎级综合M /kg占本级/%占全样/%Ad/%M/ kg占本级/%占全样/%Ad/%占本级/%占全样/%Ad/%校正>0.500 14.5741.84 0.17 16.730.3591.86 0.00 12.17 1.84 0.18 16.62 16.66 0.5000.250209.09926.39 2.48 16.515.21427.04 0.06 13.48 26.40 2.55 16.44 16.48 0.2500.125211.54726.70 2.51 17.645.33227.66 0.06 14.13 26.72 2.58 17.55 17.60 0.1250.07518.2582.30 0.22 19.280.7984.14 0.01 17.41 2.35 0.23 19.20 19.28 0.0750.04582.63410.43 0.98 17.061.97610.25 0.02 14.99 10.42 1.01 17.01 17.05 <0.045 256.26132.34 3.05 16.585.629.05 0.07 17.90 32.26 3.11 16.61 16.65 合计792.373100.00 9.42 16.96 19.279100.00 0.23 15.24 100.00 9.65 16.92 16.96 对表3-4分析可知：<0.045mm级的煤泥量占全样为32.26%，约占煤泥总量的1/3，其灰分值为16.61%，低于煤泥的平均灰分，灰分并不高。随着粒度的增大，灰分值先增加后减小。总体来看，各粒级的灰分值变化并不大，煤泥平均灰分为16.96%，说明矸石泥化现象并不严重。500mm自然级与破碎级筛分综合表表3-5 500mm综合筛分报告表Table 3-5 Comprehensive report of 500mm size analysis粒级mmM kgAd%占全样筛上累计5025 1379.1 30.70 16.84 16.84 2513 1298.1 30.90 15.86 32.70 136 1372.4 26.79 16.76 49.46 63 1181.3 21.40 14.43 63.89 30.5 2144.6 19.67 26.19 90.09 小计7375.6 25.31 90.09 0.50 811.6 16.98 9.91 100.00 合计8187.2 24.49 100.00 2.4. 浮沉资料分析及可选性判定2.4.1 各粒级筛分浮沉表500mm自然级、破碎级浮沉报告表、0.550mm和00.5mm级破碎级与自然级综合表、0.550mm和00.5mm级原煤浮沉试验综合表分别如表3-6、表3-7、表3-8、表3-9、表3-10、表3-11浮沉资料的校正通常有两种方法，采用哪种方法取决于灰分校正值的大小。=A筛A浮式中：灰分校正系数，此值可正可负，%；A0筛分表中参加浮沉各粒级的综合校正灰分，减去浮沉综合表中浮沉煤泥的灰分，%；A浮沉综合表中各密度计累计（去泥）灰分，%。为简便计算，对自然级和破碎级综合后再进行校正。由于=A筛A浮=25.07%25.02%=0.04%<0.2%。其校正方法与筛分校正方法相似。将灰分差值与综合表中各密度级的灰分相加（煤泥不校正），既得各密度级的校正灰分。对表3-8分析可知，0.550mm粒级破碎级与自然级的主导密度级为1.31.4kg/L，占全样的44.05%对表3-9分析知，00.5mm级的主导密度级也是1.31.4kg/L，占全样的4.82%，占00.5mm的48.64%。由表3-10知，当分选密度为1.4kg/L时，可得到精煤产率为59.95%，平均灰分为8.47%，可以生产低灰精煤。中间密度级（1.41.8kg/L）的含量为24.04%，属于难选煤。表3-6自然级500mm浮沉报告表Table 3-6 Float-and-sink analysis report of 500mmraw coal fractions50-25mm25-13mm13-6mm6-3mm3-0.5mm0.5-0mm密度级重量kg占全样%Ad%重量kg占全样%Ad%重量kg占全样%Ad%重量kg占全样%Ad%重量kg占全样%Ad%重量kg占全样%Ad%<1.3 129.18 1.58 6.38 106.69 1.30 5.79 178.61 2.18 3.20 250.05 3.05 2.69 458.09 5.60 2.57 83.95 1.03 3.78 1.3-1.4 422.28 5.16 12.53 444.54 5.43 12.24 527.61 6.44 11.21 421.24 5.15 10.53 780.41 9.53 8.56 387.49 4.73 7.49 1.4-1.5 177.72 2.17 24.45 167.81 2.05 24.80 202.71 2.48 23.87 176.89 2.16 22.70 299.18 3.65 20.61 119.25 1.46 18.45 1.5-1.6 35.44 0.43 35.87 42.07 0.51 34.91 49.65 0.61 36.31 44.22 0.54 35.13 81.43 0.99 32.86 81.58 1.00 27.65 1.6-1.8 29.06 0.35 47.60 28.65 0.35 46.84 29.53 0.36 46.49 27.30 0.33 45.99 41.98 0.51 43.73 35.81 0.44 38.26 >1.8 262.29 3.20 84.18 273.10 3.34 82.85 235.80 2.88 81.29 134.27 1.64 78.86 217.24 2.65 75.29 84.30 1.03 52.66 小计1055.97 12.90 33.33 1062.86 12.98 33.55 1223.92 14.95 27.51 1053.97 12.87 21.37 1878.31 22.94 18.58 792.37 9.68 17.02 浮沉煤泥20.41 0.25 37.28 34.66 0.42 32.59 27.17 0.33 35.12 63.85 0.78 27.78 191.28 2.34 33.13 合计1076.38 13.15 33.40 1097.52 13.41 33.52 1251.09 15.28 27.67 1117.82 13.65 21.73 2069.59 25.28 19.92 792.37 9.68 17.02 表3-7 500mm破碎级浮沉报告表Table 3-7 Float-and-sink analysis report of coal crushed to 500mm fractions50-25mm25-13mm13-6mm6-3mm3-0.5mm0.5-0mm密度级重量占全样Ad%重量占全样Ad%重量占全样Ad%重量占全样Ad%重量占全样Ad%重量占全样Ad%12345678910111213141516171819<1.3 8.0120.10 5.624.290.05 3.817.7110.09 3.217.1120.09 3.228.390.10 4.424.9830.06 3.431.3-1.4 172.6092.11 11.77127.6881.56 11.4774.6770.91 10.3940.0850.49 8.749.3540.60 6.177.1380.09 7.271.4-1.5 73.0550.89 23.1644.5340.54 22.5423.3240.28 22.47.5030.09 21.948.8390.11 21.572.8220.03 17.641.5-1.6 11.8750.15 35.218.3830.10 36.324.3480.05 35.231.7230.02 34.582.1840.03 32.791.1380.01 25.091.6-1.8 13.7990.17 48.75.6670.07 47.532.9870.04 48.031.2660.02 46.631.2670.02 44.90.9130.01 36.15>1.8 22.290.27 62.859.1110.11 69.457.7340.09 70.63.2670.04 71.493.8990.05 71.42.2870.03 49.69小计301.64 3.68 20.75 199.67 2.44 18.49 120.78 1.48 17.93 60.96 0.74 14.57 73.93 0.90 12.70 19.28 0.24 15.25 浮沉煤泥1.06 0.01 28.62 0.79 0.01 23.20 0.56 0.01 26.09 0.23 0.00 34.91 1.08 0.01 23.38 合计302.70 3.70 20.78 200.46 2.45 18.51 121.34 1.48 17.97 61.19 0.75 14.65 75.01 0.92 12.86 19.28 0.24 15.25 表3-8 500.5mm级浮沉试验综合报告表Table 3-8 Comprehensive float-and-sink analysis report of 0.550mm coal fractions密度级M kg占本级产率/%Ad%浮物累计沉物累计分选密度 ±0.1/g.cm-3产率/%灰分/%产率/%灰分/%密度级/g.cm-3产率/%12345678910<1.3 1247.07 15.90 3.45 15.90 3.45 100.00 24.15 1.30 59.95 1.3-1.4 3455.11 44.05 10.28 59.95 8.47 84.10 28.06 1.40 60.67 1.4-1.5 1303.64 16.62 22.48 76.57 11.51 40.05 47.61 1.50 21.26 1.5-1.6 364.04 4.64 33.11 81.21 12.75 23.43 65.44 1.60 7.42 1.6-1.8 218.23 2.78 44.85 83.99 13.81 18.79 73.42 1.70 18.79 >1.8 1255.58 16.01 78.38 100.00 24.15 16.01 78.38 1.80 16.01 小计（去煤泥）7843.67 100.00 24.15 浮沉煤泥341.09 4.17 32.40 总计8184.76 100.00 24.49 表3-9 0.50mm级浮沉试验综合报告表Table 3-9 Comprehensive float-and-sink analysis report of 00.5mm coal fractions自然级破碎级综合密度级重量占全样Ad%重量占全样Ad%重量占全样Ad%校正<1.3 83.95 1.03 3.78 4.98 0.06 3.43 88.93 1.09 3.76 3.80 1.3-1.4 387.49 4.73 7.49 7.14 0.09 7.27 394.63 4.82 7.49 7.53 1.4-1.5 119.25 1.46 18.45 2.82 0.03 17.64 122.07 1.49 18.43 18.48 1.5-1.6 81.58 1.00 27.65 1.14 0.01 25.09 82.72 1.01 27.61 27.66 1.6-1.8 35.81 0.44 38.26 0.91 0.01 36.15 36.72 0.45 38.21 38.25 >1.8 84.30 1.03 52.66 2.29 0.03 49.69 86.58 1.06 52.58 52.63 小计792.37 9.68 17.02 19.28 0.24 15.25 811.65 9.91 16.98 17.02 浮沉煤泥合计792.37 9.68 17.02 19.28 0.24 15.25 811.65 9.91 16.98 17.02 表3-10 0.550mm级原煤浮沉试验表Table 3- 10 Float-and sink analysis of 0.550mm raw coal密度级M kg占本级产率/%Ad%浮物累计沉物累计分选密度 ±0.1/g.cm-3产率/%灰分/%产率/%灰分/%密度级/g.cm-3产率/%12345678910<1.3 1247.07 15.90 3.45 15.90 3.45 100.00 24.15 1.30 59.95 1.3-1.4 3455.11 44.05 10.28 59.95 8.47 84.10 28.06 1.40 60.67 1.4-1.5 1303.64 16.62 22.48 76.57 11.51 40.05 47.61 1.50 21.26 1.5-1.6 364.04 4.64 33.11 81.21 12.75 23.43 65.44 1.60 7.42 1.6-1.8 218.23 2.78 44.85 83.99 13.81 18.79 73.42 1.70 18.79 >1.8 1255.58 16.01 78.38 100.00 24.15 16.01 78.38 1.80 16.01 小计（去煤泥）7843.67 100.00 24.15 浮沉煤泥341.09 4.17 32.40 总计8184.76 100.00 24.49 表3-11 00.5mm级原煤浮沉试验表Table 3-11 Float-and sink analysis of 00.5mm raw coal密度级M kg占本级产率/%Ad%浮物累计沉物累计分选密度 ±0.1/g.cm-3产率/%灰分/%产率/%灰分/%密度级/g.cm-3产率/%12345678910<1.3 88.93 10.96 3.80 10.96 3.80 100.00 17.02 1.30 59.58 1.3-1.4 394.63 48.62 7.53 59.58 6.85 89.04 18.65 1.40 63.66 1.4-1.5 122.07 15.04 18.48 74.62 9.19 40.42 32.02 1.50 25.23 1.5-1.6 82.72 10.19 27.66 84.81 11.41 25.38 40.04 1.60 14.72 1.6-1.8 36.72 4.52 38.25 89.33 12.77 15.19 48.35 1.70 15.19 >1.8 86.58 10.67 52.63 100.00 17.02 10.67 52.63 1.80 10.67 小计（去煤泥）811.65 100.00 17.02 浮沉煤泥0.00 0.00 0.00 总计811.65 100.00 17.02 2.4.2 可选性曲线分析根据表3-10绘制500.5mm级原煤的可选性曲线如图3-1所示。当要求精煤的灰分为10.0%时，可得到精煤的产率为68.94%，理论分选密度为1.45kg/L，±0.1含量为39.71%。属于难选煤。根据表3-11画出00.5mm的可选性曲线如图3-2所示。图3-12 0.550mm级原煤可选性曲线Fig.3-1 The washability curve of 0.550mm raw coal当要求精煤灰分为10.0%时，分选密度为1.54g/cm3，可得到产率为78.64%，且煤泥的平均灰分为17.02%，剩下的尾煤可掺入中煤中提高中煤产量。图3-13 00.5mm级原煤可选性曲线Fig.3-2 The washability curve of 00.5 raw coal3. 中煤灰分确定图3-14 500.5mm级原煤可选性曲线（密度1.8）Fig.3-2 The washability curve of 500.5 raw coal根据上图计算可得：精煤产率%中煤产率%尾煤产率%精煤灰分%中煤灰分%尾煤灰分%68.9415.0516.0110.0031.2678.38计算方法：二段密度确定二段分选数据，得到二段分选浮物与沉物资料。二段分选浮物产率为精煤+中煤产率，灰分为精煤+中煤灰分的总灰分二段分选沉物产率为尾煤产率中煤的产率=二段分选浮物产率 一段分选浮物产率中煤灰分=（二段分选浮物产率*二段分选浮物灰分 一段分选浮物产率*一段浮物灰分）/中煤产率尾煤产率=二段分选沉物产率尾煤灰分=二段分选沉物灰分所以中煤灰分=31.26% 。根据选煤厂设计中煤就地供发电站的要求，按课本匡亚莉主编选煤工艺设计与管理·设计篇第 10 页发电用煤的质量要求中对灰分的要求，取中煤灰分不大于 46%即可。所以中煤灰分取31.12%合格，适合坑口发电需要。表3-15 选煤产品理论平衡表产品名称理论分选密度1.45kg/L产率/%灰分/%精煤68.9410.00中煤15.0531.26矸石16.0178.38合计10024.154. 实际分选密度计算根据课本 104 页表 4-5，可知实际与理论分选密度差值表如下 表3-16 实际与理论分选密度差值表±0.1含量/%10.010.1-20.020.1-30.030.1-40.040.0可选性等级易选中等可选稍难选难选极难选密度差值范围/g·cm³0-0.040-0.050-0.060.02-0.08