我国选煤设备的现状及发展趋势

1、大同煤炭职业技术学院 毕业设计任务书 题 目 我国选煤设备的现状及发展趋势 专业年级 采矿工程系 08 级选煤技术 1 班 学 号 0802111042 姓 名 王艺霖 指导老师 蔡淑君 2011 年 5 月 大同煤炭职业技术学院毕业设计 摘要 介绍了我国外选煤各种专用设备的特点,使用现状,我国外选煤技术及发展趋 势,指出了国内选煤设备存在的主要问题,提出了我国选煤机械设备的发展方向。 介绍了我国外选煤技术与装备的现状，对我国选煤技术的发展趋势进行了评述， 并对我国目前选煤工业存在的问题进行了分析。 随着科技进步和信息时代的到来，各选煤厂在技术改造、生产管理信息化 方面有了巨大的进步。鉴于生产

2、的连续性，选煤厂设备管理的重要性尤为突出。 设备管理的优劣直接关系到分选效果、生产能力的大小、能源消耗的多少及企 业经济效益的高低。同时，设备又是固定资产的重要组成部分，因此，加强对 设备的管理是选煤厂的一项非常重要的任务。 选煤厂设备种类、型号繁多，所以，利用计算机技术实现对设备的科学有 效的科学管理非常重要。 从重介选煤生产方面阐述了影响介耗的主要因素有：磁铁矿粉质量，重介 悬浮液的粘度和固相体积浓度，合格悬浮液的循环量，弧形筛、脱介筛的脱介 效果，进入磁选机的分流量，磁选机的分选效率，磁铁矿粉的添加方式，从重 介系统中向外排放的介质量等，同时提出了降低介耗应注意的主要环节和措施。 细煤离

3、心机的结构原理及使用效果, 分析了细煤离心机应用范围、条件及 应用前景。 关键词：选煤专用设备,选煤技术,现状与发展 大同煤炭职业技术学院毕业设计 目录目录 第一章 绪论.1 第二章 中国选煤设备发展概述.3 第一节 选煤设备技术发展概况.3 第二节 中国选煤设备技术进步回顾.4 第三章 选煤方法、常用工艺设备现状.27 第一节 常用选煤方法.27 第二节 常用选煤工艺.27 第三节 我国分选设备的现状及发展.28 第四章 选煤厂设备管理存在的普通性问题.35 第一节 选煤厂的设备管理普遍存在的问题.35 第二节 设备管理系统基本框架.35 第三节 系统各模块的实现.35 第五章 中国选煤设备

4、的发展趋势.38 第一节 选煤设备大型化.38 第二节 重介技术设备技术占主要市场.38 第三节 装配式成为选煤厂建设的新模式.39 第四节 选煤过程自动控制和全厂自动化.39 结论与建议.40 参考文献.42 致谢.43 大同煤炭职业技术学院毕业设计 1 第一章第一章 绪论绪论 煤炭是我国最主要的能源，在已探明的化石能源资源总量中，煤炭占 94.3%， 石油和天然气仅占 5.7%。我国又是煤炭生产和消费大国，在一次能源消费结构 中，煤炭约占 70%。2003 年我国煤炭产量达 17.36 亿吨，今年前 3 季度产煤已 达到 13 亿吨，全年预计将达到 19 亿吨，新能源技术开发和产业建设短期

5、内不 足以形成规模化供应。长期以来，国内 70%的燃料和工业动力、60%的化工原 料和 60%的民用商品能源，都是由煤炭提供的。随着国民经济和社会的发展， 能源需求不断增加，对煤炭的需求量也将越来越大，在今后 50 年内我国以煤炭 作为主要能源的格局不会有根本性变化。因此，保障煤炭有效供给和洁净煤利 用是我国能源安全重要的实际问题。 煤炭作为我国的主要能源，在为国民经济发展做出巨大贡献的同时，也带 来了严重的环境污染。大量的原煤直接燃烧造成的煤烟型为主的大气污染，严 重制约了我国国民经济的持续健康发展。2002 年我国烟尘排放量为 1012mt，so2排放量为 1926mt，酸雨面积已超过国土

6、面积的 30%，而燃煤造成 的烟尘和 so2排放量分别占到 70%和 85%。为了减少环境污染，提高煤炭的转 化燃烧率，国家和用户对煤炭质量和品种的要求日趋严格，使围绕煤炭洁净加 工与利用的洁净煤技术形成蓬勃发展的态势。 选煤是使用物理、物理化学方法，将原煤分成不同质量、规格产品的加工 过程。选煤可以出去煤中的杂质，包括矸石和 50%70%的硫，提高煤炭产品的 质量、增加煤炭品种、减少无效运输、提高热效率、节约能源、减少 so2、nox和烟尘的排放量。选煤还是综合利用资源，提高煤炭企业经济效益的 重要手段。因此，选煤已成为煤炭工业现代化生产中不可缺少的重要环节和洁 净煤技术中的源头技术，是煤炭

7、深加工的基础和前提。发展煤炭洗选加工既可 满足国民经济快速、健康发展，对煤炭的需求又能使煤炭污染在总量上有所减 少，改变生态环境恶化状况，实现经济与环境的协调发展。我国选煤工业起步 较晚，20 世纪 50 年代才开始建立起自己的选煤工业，经历了两次快速发展时 期。20 世纪 70 年代以“洗煤保钢”为主要内容的选煤大发展，是原煤入选比例 由 1970 年的 10%增长到 1980 年的 17%，基本满足了我国钢铁工业对炼焦煤质 大同煤炭职业技术学院毕业设计 2 的要求;2000 年以来，选煤工业进入新的快速发展时期。到 2005 年，我国煤炭 产量大 21.3 亿吨，原煤入选量 7.04 亿吨

8、，原煤入选比例达到 33%。 1949 年初，中国只有生产选煤厂 9 座，设计能力为 700 万吨年，工艺流 程简单，方法落后。30 多年来洗选加工能力有很大发展。截至 1981 年底，全 国共有选煤厂 99 处，设计能力为 11395 万吨年,实际处理量已达 11700 万吨/ 年。技术装备水平不断提高。废除了落后的选煤方法和设备,发展了重介质选煤, 应用重介质排矸和碎选机代替了部分选煤厂的人工选矸；筛下空气室跳汰机已 得到广泛应用；直接浮选新工艺、大型浮选机、真空过滤机、压滤机等也已得 到广泛应用；解决细粒级筛分的概率筛和等厚筛也已研制成功，并已推广应用; 自行设计、施工建成了年处理能力为

9、 350 万吨的全部重介质选、煤泥浮选流程 的田庄选煤厂和一些应用直接浮选新工艺的跳汰浮选选煤厂；从美国和联邦德 国引进近代选煤技术的范各庄选煤厂和兴隆庄选煤厂，已建成投产。槽宽 4m 的斜轮重介质分选机研制成功，并已在年处理量为 600 万吨的抚顺西露天选煤 厂中使用。 过去的 20 年是我国选煤稳健大发展的时期。80 年代初期，选煤厂设计入 选能力仅有 11042 万 ta，入选煤量 11698 万 ta 占原煤入选比例 1895， 到 2001 年底选煤厂设计入选能力已达 52500 万 ta，入选煤量达到了 38600 万 ta，原煤入选比例达到 35。选煤厂设计能力和人选煤量均位居世

10、界前列。 我国的选煤技术有了很大进步。20 年前主要选煤方法是跳汰选，重介质旋 流器选煤刚刚起步，选煤厂装备水平很差，筛子只有 12m2，跳汰机只有 14m2。在 80、90 年代先后引进了开滦范各庄、兖州兴隆庄、平朔安太堡、太 原晋阳、开滦钱家营以及晋城成庄、大同马脊梁等一些技术和装备先进的选煤 厂，我国自行研制的大型重介质旋流器选煤技术已经比较成熟并推广应用，国 产的大型选煤设备，如 36x60m2 振动筛、3540的筛下空气室跳汰机已 在实际生产中应用。我国选煤技术的研究和开发已经步人世界先进行列。现在 全国共有选煤厂近 110 座,选煤工艺指标和经济效益正在不断地提高到新的水平； 环境

11、保护、防止污染日益得到重视，已有一批选煤厂实现了煤泥水闭路循环； 大同煤炭职业技术学院毕业设计 3 选煤生产技术不断提高,工艺效果和经济效益不断改善,环境保护工作正在不断地 完善和提高。 第二章第二章中国选煤设备发展概述中国选煤设备发展概述 第一节 选煤设备技术发展概况 全世界原煤平均入选比例在 50%左右，一些发达国家则明显高于这一比例。 我国选煤入选比例只占 30%，有 70%的原煤未洗选。因此商品煤灰分高。2003 年商品煤灰分为 20.31%，而发达国家小于 16%。国外原煤入选比例在 50%-95%之 间，冶金的炼焦精煤灰分在 5.0%-8.0%之间，而相应地我国平均在 9.3%，我

12、国 平均灰分为 25%左右。 我国的选煤厂数目不断减少，厂型大型化，原煤处理能力不断扩大。据不 完全统计，2003 年全国共有年入洗原煤能力 15 万吨以上的选煤厂 1618 座，其 中国有重点煤矿选煤厂 254 座，核定能力 45222 万吨；地方煤矿选煤厂约 140 座，入选能力 7000 万吨；乡镇和民营煤矿的选煤厂 1166 座，入选能力约 9200 万吨。254 座国有重点煤矿选煤厂中炼焦煤选煤厂 147 座，入选能力 21713 万 吨；动力煤选煤厂 107 座，入选能力 23509。 选煤厂规模大型化依赖于选煤装备的大型化。近年来，注重研发机电一体 化、自动化和智能化的大型选煤装

13、备。如 36m2振动筛、单槽容积为 20m3的浮 选机、150m2圆盘加压过滤机和直径为 1500mm 的卧式振动离心脱水机、直径 为 1500mm 的三产品重介质旋流器等。 煤炭清洁洗选加工技术是资源综合利用的基础, 是提高煤炭热效率的有效 途径,也是保障国民经济可持续发展和环境保护的需要 ,煤炭洗选加工业在政策 扶持、科技进步、市场拉动、投资增加和环保要求的推动下,呈现出快速发展、 总体推进、扩量提质、增效降污的可喜局面,原煤入洗 比例不断提高。到 2004 年末,全国共有年入洗 3 万吨及以上的选煤厂 2000 余座,设 计能力 7.5 亿吨以上, 原煤入洗量为 5 亿吨左右。2005

14、年,全国原煤入洗能力将突 破 8 亿吨,入洗量将 达到 6 亿吨,入洗比例达 40%,根据煤炭工业规划,到 2010 年原煤入洗率达 50%, 原煤入洗量提高到 11 亿吨,炼焦煤全部入洗,动力煤入洗率达到 40%以上。据此 大同煤炭职业技术学院毕业设计 4 计算,每年将新增 8000-10000 万吨原煤入洗,按 400 万吨规模洗选原煤,每年将新 增 25 座大型洗选煤厂,加上现有洗选煤厂的技术改造每年约需洗选煤设备 250 套左右,洗选煤设备的发展潜力很大。 第二节 中国选煤设备技术进步回顾 中国煤炭洗选和深加工技术的发展已经和国际同步，选煤厂应用的工艺技 术已达到国际先进水平。 195

15、6 年以前，中国选煤厂大多是英国、日本、前苏联、波兰设计或合作设 计建设的，如林西、滴道、双鸭山、马头、株洲、太原等选煤厂。1956 年中国 成立了选煤专业设计院选煤设计研究院(现与北京煤炭设计院合并、更名为 北京华宇工程有限公司)，部分煤矿设计院也设立了选煤专业。同时还陆续成立 了专门的选煤科研单位。 （1）1959 年 12 月 26 日，建成投产了我国第 1 座自己设计、自己施工的 大型选煤厂邯郸选煤厂，结束了我国不能自已设计选煤厂的历史。该厂设 计能力为 1.5mta，采用跳汰、浮选工艺。 （2）1970 年 10 月投产的田庄选煤厂是我国第 1 座大型重介质选煤厂，设 计能力 3.5

16、mta。选煤工艺采用分级入选，分级粒度 13mm，+13mm 块煤采用 2.6m 重介斜轮分选，130.5mm 末煤采用500mm 重介旋流器分选，0.5mm 煤泥采用 4m3 浮选机分选。该选煤厂机械电气设备全部国产，研制采用了 36 种新设备，如 30m2 共振筛、30m 浓缩机、wlc 一 800 离心机等，其中大部 分经生产实践证明是成功的，对改变我国选煤技术的落后面貌起了积极的推动 作用。 （3）1987 年投产的西曲选煤厂，是引进美国、日本等国设备的现代化大 型选煤厂，设计能力 3.5mta。该厂采用跳汰粗选，重介旋流精选、煤泥浮选 工艺，并采用了当时国内最大的选煤设备，如永田 2

17、7m2 侧鼓式跳汰机、神户 27m2 筛分机、维姆科 14m3 浮选机、伯德 1418 沉降过滤式离心机、艾姆科 200m2 过滤机、丹佛 2424 螺旋干燥机、750m2 压滤机等设备。与其它引进成套 选煤技术装备的选煤厂不同，西曲选煤厂采用了“点菜”的方式进行国际采购， 从不同的国家引进先进设备，由我国自己设计建成。西曲选煤厂和兴隆庄、范 各庄、钱家营等选煤厂的建设，使当时中国选煤厂无论从工艺还是设备水平都 大同煤炭职业技术学院毕业设计 5 向前迈进了一大步，大大缩短了我国与国际选煤技术及其装备之间的差距。这 种自行设计、国际采购的建厂方式，标志着我国选煤设计及其应用技术已跨入 国际先进行

18、列。 （4）1991 年 8 月，我国第 1 座以三产品重介旋流器为主导工艺的大型选 煤厂铁东选煤厂建成投产。采用分级入选技术，+13mm 块煤跳汰选、 130.5mm 重介选、-0.5mm 浮选，设计能力 1.2mta，设备全部国产。铁东选 煤厂技术先进、设计合理、自动化水平高、经济效益好，被评为国家优秀工程 设计金质奖。该厂的示范效应，大大推动了我国三产品重介旋流器和重介选煤 技术的发展。目前，我国三产品重介旋流器分选技术及其设备已日趋成熟，已 形成系列化产品，并得到普及应用，其技术居世界先进水平。 （5）2000 年 8 月，第 1 座国产高效装配式选煤厂伯方选煤厂投产。 这是实施设计总

19、承包建设、全部设备国产化的高效装配式选煤厂，整个工程建 设周期 10 个月，该厂设计能力 0.60mta，分选粒度 250mm，选煤工艺采用 有压三产品重介旋流器、煤泥浮选、尾煤压滤联合流程。 在伯方选煤厂建成之后，又陆续投产了神华准格尔、邢台东庞、晋城寺河 等一批采购国际先进工艺设备、适合中国国情的高效装配式选煤厂，受到广泛 好评。 （6）我国新落成的第 l 座特大型现代化选煤厂安家岭选煤厂是国际上 屈指可数的特大型选煤厂之一。其设计能力 15.00mta，2000 年投产，现已扩 建为 21.oomta。该厂采用分级重介选煤工艺，+13mm 块煤采用重介刮板分 选机、130.15mm 末煤

20、采用重介旋流器分选。机电设备国际招标采购，国内外 设备都性能可靠、指标先进。该厂设计中有多项技术创新，工艺系统、土建结 构、机电安装、自动控制等各方面都采用了新技术、新工艺、新材料。生产实 践证明，该厂各项指标均达到或超过设计水平，全员效率高达每日 260t。 重介质选煤比例迅速上升，重介质旋流器选煤已成为发展重点在主要产煤 国家，重介质选煤已上升为主导地位。目前美国的重介质选煤比重已占 66%， 法国占 60%，加拿大占 56%，澳大利亚和南非跳汰选煤已基本淘汰。1999 年， 我国选煤方法基本以跳汰选为主，占 59%，而先进的重介质选煤仅占 23%。到 2005 年，重介质选煤比重已达到

21、39.5%，而跳汰选减到 45%。值得注意的是由 大同煤炭职业技术学院毕业设计 6 于大直径重介质旋流器、有压给料和无压给料三产品重介质旋流器和煤泥重介 质旋流器的出现，重介质旋流器选煤已成为首选技术。我国新设计、建设的选 煤厂和老厂技术改造也大都采用直径 1000mm 以上的重介质旋流器或三产品重 介质旋流器。 有了降低投资和加工成本，国际上主要采用设备和厂型大型化及三产品重 介质旋流器简化工艺如英国把主选设备 larcodem-s 型两产品重介质旋流器的直 径有 700mm 增至 1350mm 以及前苏联研制三产品重介质旋流器等。我国从上 个世纪 80 年代开始研制有压和无压给料三产品重介

22、质旋流器，到 1995 年时具 有代表性的产品使 nwxs710/500 型三产品重介质旋流器，并推广应用于中小 厂 16 座，选煤厂生产纯矸石的需要。改进后的 700/500a 型，单台设备处理能 力偏小，工艺系统不够完善，也没有能在大型选煤厂中推广应用。 为了加快重介质选煤技术的发展，1995 年、1996 年原国家科委和国家计委 分别下达了国家“九五”科技攻关课题“高硫炼焦煤全重介洗选脱除无机硫成套工 艺与设备”和“大型高效全重介选煤简化流程新工艺及设备”，对重介质选煤技术 进行集中攻关。通过煤炭科学研究总院唐山分院科研人员和现场工程技术人员 的共同努力，“九五”期间重介质选煤技术取得了

23、突破性的进展，以具有我国自 主知识产权的大型无压给料三场品重介质旋流器为主选设备的简化重介质旋流 器为主选设备的简化重介质选煤工艺已经研究成功，经受了生产考验，在贵州 盘江煤电（集团）公司老屋基选煤厂建成了分选95%。中国产机械驱动式动筛跳汰机 i 值为 0.095。液压驱 动式的动筛运动特性可能在线无极调节，机械驱动式则需停机改变机械参数来 实现。据分析，中国国产液压驱动式跳汰机的价格为引进的 1/10 左右，吨煤投 资为国产机械驱动式的 3/4 左右，从性能价格上考虑，液压驱动式较为经济合 理。 （二）浮游选煤方面 浮选技术近年来发展很快，多应用于炼焦煤选煤厂和生产高炉喷吹用无烟 煤粉的选

24、煤厂。我国研制的浮选柱有效分选下限可达 10m，使细粒精煤产率平 均提高 13 个百分点；大型机械搅拌式浮选机单槽容积已达 20m3；“十五”国家 科技攻关课题“带有矿浆预矿化器的机械搅拌式浮选机”已大面积推广应用。微 细煤泥浮选及提高没你浮选选择性，始终是国内外研究的技术难点和重点。 为了提高细粒级难浮煤和氧化煤的浮选效果，何洁从表面化学基本理论出 发，分析了没的本征表面性质与润湿性间的关系，探讨了表面活性物质的性质、 浓度以及溶液的 ph 值等因素对润湿性的影响。林玉清等分析了煤泥氧化后对 大同煤炭职业技术学院毕业设计 11 可浮性的影响及加添加剂可改变氧化煤泥的疏水性，并对潞安煤泥氧化后

25、添加 oc-01 添加剂进行复选试验，证明其对改善煤的可浮性和选择性有一定效果。 湖南省煤炭科学研究所合成了兼具选择性和分散性的 fo 系列药剂，试验证明 可取得节油和提高精煤产率的效果。程双武等研发出高效煤泥浮选促进剂，也 取得同样的结果。 为了降低浮选精煤被细泥的污染，程宏志等利用设置于浮选槽分离区的振 荡分离器的机械振动，激励其周围介质振荡，当多个波动源之间最小局部振幅 大于能够产生机械夹带的旗袍表面间最大距离时，被气泡夹带的亲水性颗粒有 力为自由颗粒，落回矿浆，从而减轻了夹带污染。工业生产时间证明，可有效 降低浮选精煤灰分 12 个百分点，提高浮选完善指标 3 个百分点以上，突破了 以

26、往用冲洗水降灰的传统方法，为降低浮选精煤灰分提供了新的途径。 为了提高浮选效果，许多学者在改进和创新浮选工艺上做了大量研究工作。 李建中等针对细泥对浮选精煤污染的问题，提出了伏击浮选的流程。王怀法等 对高灰极难浮煤泥进行了絮凝浮选的研究，考擦了团聚剂用量及种类、搅拌调 浆浓度、分散剂用量等工艺因素对浮选的影响，获得优于常规浮选的分选效果。 杨宏丽等开展了煤泥反浮选的研究探索，考擦了捕收剂种类和用量对煤泥反浮 选效果的影响。结果表明，基本达到了正浮选的指标，但药剂耗量较大，有待 进一步研究。郭德等以杏花选煤厂为例，分析了干事易泥化、黏土含量大、水 质软等存在的问题，通过煤泥浮选最佳粒度组成的确定

27、，采用脱泥浮选流程， 全面改善了浮选、过滤、澄清等效果，并提出耙式浓缩机式原煤脱泥的理想设 备。罗道成等针对褐煤可浮性差，传统浮选法不能分选的问题，提出了在 25 时，用 naoh 溶液对其进行预处理，用甲基二乙醇酰胺对其表面进行改性，然 后用 c 重油进行造粒，再用少量仲庚醇对造粒褐煤进行浮选的新方法。试验效 果表明，可以很好地浮选回收细粒褐煤。 对浮选设备的研发工作，不少学者取得了卓有成效的结果。黑龙江科技学 院研发了浮选旋流器，并在杏花、南山和东海等选煤厂进行了工业性试验，受 到理想效果，并取得专利。随后又研制成功基于离心力场和重力场共同作用的 1500mm、2500mm 和 3000m

28、m 等型号的系列圆形离心浮选机，工业性试 验结果表明，微泡和旋流力场强化了煤泥的选择性，降低了浮选颗粒粒度下限； 大同煤炭职业技术学院毕业设计 12 浮选时间由常规浮选的十几分钟减少到 12 分钟，提高了浮选效率和处理能力， 且具有投资少、运行费用低的优点。 为了实现浮选机的大型化，程宏志等滚据机械搅拌式浮选机的工作原理、 结构特点和工艺要求，运用相似理论，制定了适用于选煤用浮选模拟放大设计 的几何相似、动力相似和运动相似准则，应用于相似转换后，具有吓你公司的 搅拌强度、重启速率和克里悬浮条件，为浮选机的科学设计提供了理论依据。 在浮选设备研制方面特别应该提到的是，为了强化细粒级煤的浮选效果，

29、继 20 世纪 60 年代以后，浮选柱再次成为研究热点。在工业上当采用冲洗水喷淋泡沫 时，浮选柱的精煤灰分可比机械搅拌式降低 12 个百分点。我国开发的主要为 fcmc 型旋流-静态微泡式和 fxz 型浮选柱，目前在工业上应用的主要是旋流- 静态微泡浮选柱和静态浮选柱，已达 50 多台，刘炯天介绍了研究及应用情况。 其主要技术特点是底部旋流场的作用，在较高离心场重力分离作用下，成泡与 矿化过程突出了“垂直”的特点，并形成了微细物料分选的综合力场的优势。当 前对浮选柱研究的侧重点重要是柱体高度和旗袍发生器。大量研究工作表明， 浮选柱总的发展趋势式气泡发生器由内部充气型向外部充气型发展，柱体由高

30、柱型向低柱型发展。 旋流静态微泡浮选柱主体结构（图 6）包括浮选柱分选段（柱分离装置） 、旋流力场分离段（旋流分离装置）和管浮选装置的三部分。整个设备为柱体， 柱分选段位于整个柱体上部；旋流分离段位于柱分选段下部，与柱分选段直接 连接；管浮选装置布置在设备柱外，其出流沿切线方向与旋流分离段柱体相连。 柱分选段相当于放大了旋流分离段的溢流管，管浮选装置相当于旋流分离段的 切线给料管。 大同煤炭职业技术学院毕业设计 13 图 6 旋流静态微泡浮选柱分选设备示意图 管复选装置包括气泡产生器与浮选管段两部分，气泡发生器是浮选柱的关 键部件，它采用类似于射流泵的内部结构，具有依靠射流负压自身引入气体并

31、把气体粉碎成气泡的双重作用。气泡产生器的工作介质为循环中矿，经过加压 的循环矿浆进入气泡发生器，引入气体并形成含有大量微细气泡的气固液 三相体系，含有气泡的三相体系的复选管段内高度紊流矿化，然后以较高能量 状态沿切向高速进入旋流分离段。这样，管浮选装置在完成浮选充气与高度紊 流矿化功能的同时，又以切向入料的方式在浮选柱底部形成了旋流力场，它是 整个浮选柱分选的能量来源。 大量气泡沿切向进入旋流分离段，由于离心力和浮力的共同作用，迅速以 旋转方式旋流分离段中心汇集，进入柱分选段并在柱体断面上的到分离，与此 同时，由上部给入的原矿浆连同煤粒呈整体向下塞式流动，与呈整体向上升浮 的气泡产生逆向运行与

32、碰撞；气泡在上升过程中不断矿化，形成柱分选的持续 矿化过程。更重要的是，柱分选段对来自底部的旋流力场及管浮选段回收的中 大同煤炭职业技术学院毕业设计 14 矿进行精选，从而保证了整个设备的精矿产品质量。该浮选柱的主要技术特征 见表 6。 表 6 浮选柱的主要技术特征 指标数值指标数值 入料粒度/mm00.5喷水量/m3h-1020 干煤泥处理量/th- 1 1520设备自重/t24 矿浆处理量/m3h-1200250设备容积/m34042 电机功率/kw55设备外形/mm40007000 （三）干法选煤方法 干法选煤包括流化床选煤和风力选煤，主要应用于寒冷、水资源短缺地区 的煤炭分选以及易泥化

33、煤种的分选，在众多选煤方法中应用比例相对较小，应 用较多的为风力选煤。为了提高干法选煤的分选效果，日本、加拿大和我国先 后开展了空气重介质流化床干法选煤技术的研究。日本煤炭利用中心(ccuj) 用流化床分选13mm 的块煤，用振动风力摇床分选 130.5mm 粒级煤，完成了 煤炭干选性试验项目。世界上用于处理 506mm 级煤炭、处理能力为 50t/h 的 空气重介质流化床干法选煤技术首先由中国矿业大学完成并通过工业性试验。 目前中国矿业大学为实现全粒级(300omm)煤炭干法选煤，正开展50mm 块煤深床型空气重介质流化床选 煤技术、三产品双密度层空气重介质流化床选煤技术和1mm 煤粉摩擦电

34、选技 术的研究。 干法选煤由于不用水、工艺系统简单、投资少、建设周期短、运行费用低 和粉尘污染问题已得到解决，近年来研究和应用方面又有上升的趋势。在世界 上，前苏联式干法选煤生产规模最大、经验较丰富的国家。我国由于西部大开 发战略的实施，西部又处于高寒、缺水地区，因此干法选煤技术的硬功得到迅 速推广。据不完全统计，从 1998 年以来，唐山分院研发的 fgx 型系列复合式 干法选煤机和 fx 型干法分选机在全国应用了 264 套，入选煤量达 32mt，占总 大同煤炭职业技术学院毕业设计 15 入选原煤的 4.5%。fx 型风选机亦在继续扩大应用范围。今后的发展方向是提 高设备的可靠性，并继续向

35、大型化发展。 为了提高干法选煤的分选效果，日本、加拿大和中国都先后开展了空气重 介质硫化床干法选煤技术的研究。世界上首先由中国矿业大学完成的处理能力 为 50t/h、用于处理 506mm 级煤炭的空气中介硫化床干法选煤技术完成工业性 试验后，处理能力为 70 万 t/a 的干法选煤厂也投入试生产。工业实验结果表明， 该法具有分选精度高（ep=0.05）、投资省（为湿法选煤厂的 1/2）、无环境污 染和分选密度调节范围宽（在高密度和较高密度分选时，采用磁铁矿粉和煤粉 混合加重质，其最高密度可达 2.2g/cm3;在低密度和较低密度分选时，采用磁珠 和煤粉混合加重质，最低密度可降至 1.3g/cm

36、3）的优点，可适应不同煤质、不 同产品质量要求情况吓的分选，既可排矸也可用于低密度分选。目前，中国矿 业大学为实现全粒级（3000mm）煤炭干法选煤，正开展50mm 大块煤深床型空气重介质流化床选煤技术、 三产品双密度层空气重介质硫化床和1mm 煤粉摩擦电选技术的研究。 复合式干法选煤设备分选褐煤应用实例： （1） 2000 年 4 季度，内蒙平庄煤业（集团）公司六家矿 1 套处理能力为 60t/h 的 fgx-6 型复合式干选设备投产使用。经过干选，可将原煤中的矸石有 效排出，选后块煤产品发热量提高了 2.093.34mj/kg，年创效益 200 万元，产 品供不应求，成为平庄煤业（集团）公

37、司的拳头产品。 （2） 2008 年内蒙平庄煤业（集团）公司风水沟矿 1 套生产能力为 240t/h 的 fgx-24a 型复合式干法选煤设备投产使用，入选物料为 800mm 混煤，原 煤发热量为 11.70mj/kg，提高了 2.93mj/kg，灰分为 30.6%，降低了 13 个百分 点。由于该厂使用了 fgx 干法选煤设备，使煤质得到了大幅度提高，从而使该 厂煤炭由滞销转为畅销，大大提高了企业的经济效益。 （3） 2007 年 9 月，宝发煤业公司投产使用了 1 套 fgx-12 型复合式干法 选煤设备来分选露天矿褐煤，大块破碎入选，分选粒度为 500mm，生产能力 为 120t/h，原

38、煤发热量为 12.54mj/kg，选后的商品煤发热量为 14.21mj/kg，发 热量提高了 1.67mj/kg，取得了明显经济效益。2008 年 5 月，该公司有增加了 1 套生产能力为 240t/h 的 fgx-24a 型复合式干选设备，从而较好地满足了公司 大同煤炭职业技术学院毕业设计 16 对褐煤分选加工的需求。 (四)辅助工艺及设备方面 （1）分级破碎设备。 分级破碎机的出现，使选煤厂原煤准备系统的简化成为可能。其特点是集 破碎和筛分于一体，能严格控制岁后产品的粒度，过分对率低，可省却传统的 用检查筛构成的闭路系统，因而大大简化了工艺环节。近年来，国际上分级破 碎机产品种类众多，主要

39、的有澳大利亚爱邦机械工程公司的齿轮型碎煤机、美 国 mclanahan 公司的 ddc-sizer 型破碎机和英国矿山机械发展集团公司 （mmd）的破碎筛分机等。其中尤以 mmd 德破碎筛分机最为突出。该机在整 机的结构型式、破碎机理、破碎齿型的设计、齿的布置方式、安装形式及破碎 齿材料的选择等多方面均处于世界前列，其最大出力能力可达 1400t/h。中国几 座选煤厂已引进了几台使用，效果良好。我国煤炭科学研究总院唐山分院吸取 国内外各种破碎筛分机的特点，已研发成功系列破碎筛分机，并已推广应用， 成为替代进口设备的首选，目前正向大型化方向发展。 如 plf(x)系列、 ssc(x)系列新齿型分

40、级破碎机。其主要用于煤炭、焦炭、矸石等中硬以下物料 的粗碎、中碎、细碎作业，还可广泛应用于建材、冶金、化工、环保等行业。 具有破碎、分级的双重功效，过粉碎极低，严格保证产品粒度，结构简单、配 有先进的过载保护装置，中心距可调，实用性自动化程度提高，自清洗功能。 （2）筛分设备。 国内外在筛分设备的研究方面，除了提高可靠性外，其发展的趋势规格大 型化、品种多样化和制造材料多元化。在大型化方面，我国已生产除面积为 36m2的大型筛分机；在品种上，应用机械振动力、离心力、电磁振动力设计成 功多种振动筛分机；在制造材料方面，采用了复合材料塑料及橡胶等。我国学 者对筛分机也进行了许多研究工作。如园运动梯

41、流棒条筛的研究、复频振动筛 的研究、离心振动筛的研究、弹性振杆筛的研究，以及难筛物料堵塞筛孔原因 和防堵措施的研究等，取得了不少成果，对推动我国煤用筛分技术的进步发挥 了重要作用。如 zk 直线振动筛适用于煤炭或类似密度矿物的脱水、脱泥、脱 介及预筛分或最终筛分，工艺性能良好，设备可靠性高；szk 型高效脱介筛再 入料粒度小于 80mm 情况下，处理能力分别达到：精煤筛 7095t/h，中煤筛 大同煤炭职业技术学院毕业设计 17 70100t/h，矸石筛 80110t/h；脱介效率 86.5%；产品水分达到 18%22%。 无故障工作时间已超过 3000h。 （3）煤泥水处理。 煤泥水处理主要

42、是指煤炭在分选加工过程中产生的介质用水的处理技术。 由于煤炭的分选加工一直主要是采用水作为分选介质的，故原先的选煤厂称为 洗煤厂。煤泥水处理和煤炭的洗选加工只不过随着对选煤产品的要求愈加珍贵 和环境保护标准的愈加苛刻，煤泥水处理已经变成了整个选煤工艺中涉及面最 广、投资最大、最复杂、最难管理的工艺环节。 对细粒煤的脱水，美国多采用超高速离心脱水技术，而欧洲则趋向于采用 加压过滤技术或隔膜挤压技术。为了进一步降低细粒煤产品的水分，已开始尝 试将压滤脱水与热力干燥构成一体的蒸汽压滤脱水技术的研究，预期将具有节 能和简化工艺系统等技术特点。我国研制并推广应用了加压过滤机、超高速离 心机和强气压穿流式

43、隔膜挤压压滤机，很大程度上降低了浮选精煤水分，改善 了煤泥水处理系统的工况。 目前煤炭分选的工艺和方法，绝大多数以水或水的混合物作为分选介质， 如重介质、跳汰选、浮选等，通常入选 1 吨原煤要使用 35m3 水。随着机械 化采煤量的增加，原煤中煤粉的含量也在增加。这些煤粉和其他杂志在分选过 程中悬浮于分选介质中成为煤泥水，其中除含有固体悬浮物外，还有因分选工 艺的需要而添加的药剂、油类等。一个每小时入选千吨原煤的选煤厂，每小时 要产生几千立方米的煤泥水。而这些煤泥水必须经过一定工艺的处理后才能够 在选煤厂循环使用，以满足选煤厂各工艺环节对循环水的要求，或在必须外排 时能满足国家环境保护法规的要

44、求。据 1995 年统计，我国选煤厂外排煤泥 2800 万吨、流失煤泥约 20 万吨。采用工业上成熟的固液分离技术，从煤泥水 中分离、回收不同品质的细粒产品和适合选煤厂循环的用水，做到洗水闭路循 环；在煤泥水必须排放时能符合环境保护的排放要求，不污染环境。 为强化煤泥水的浓缩、回收，赵志强分析了煤泥水经磁处理后容易澄清的 机理，通过实验证明，经磁处理后煤泥水悬浮颗粒的沉降速度增加，澄清谁的 清洁度提高，其固体含量可降低。尹忠彦等通过实验表明，磁处理可降低物料 大同煤炭职业技术学院毕业设计 18 表面电位，改变浆体中的粒度组成，使固体颗粒总的表面积减少，历经增大， 改变物料的过滤性能，提高脱水效

45、率。 孙冬研究了细粒煤泥的载体沉降，以粒度为-0.5mm 或 0.51mm 的矸石粉 为收捕介质，与煤泥水混合，加入凝聚剂和絮凝剂，通过改变颗粒表面性质或 桥联作用，使细颗粒粘附于收捕介质上或形成粒度大、重量重的絮团，因而提 高了其整体沉降速度，降低了澄清水固体含量。 为了充分回收、利用煤泥压滤机滤饼，唐山分院研制成功集滤饼定量破碎、 穿流干燥作业于一体的煤泥滤饼碎干工艺与设备。生产时间表明，碎干产品水 分在 13%以下，粒度为 13mm*25mm 以下，可满足商品动力煤的质量要求， 已在一些选煤厂推广应用。 模块化成为选煤厂设计和建设的新模式目前，我国早期建设的中小型选煤 厂大多呈现出工艺落

46、后、产品结构单一、效益不佳的现状。这不仅制约了企业 自身的发展，恶化了选煤厂周边环境，而且造成了资源的浪费，影响了我国选 美事业的发展近年来，国家制定了煤炭行业可持续发展战略，对提高煤炭入选 比例，优化煤炭产品结构，合理利用资源，保护环境提出了迫切要求。在这样 一个国家政策环境引导下，我国大部分中小型选煤厂面临着技术改造。如何对 这些中小型选煤厂进行改造，使其更具竞争力，并使建设资金能够更快更有效 地创造出更大、更高的价值，获得良好的经济效益和社会效益，已成为目前中 小型选煤厂技术改造急需解决的问题。要解决好这些问题，除了考虑选用选进 的工艺、可靠的设备外，还要对传统的选煤厂布置形式进行研究、

47、改进、甚至 突破。 近年来选煤厂设计的一种新思路、新理念开始进入国内外的设计领域，并 且取得了一定的成功，逐渐被业内人士所认识并关注。模块化概念的引入，为 选煤厂设计带来了两个方面的冲击。首先是设计的方式化：模块化设计过程中 将实现某一功能的设备群有机地结合起来，这一过程称为“建模”；将建好的模 块进行组装、组合，以达到最佳效果。这样的做法，无论对设计的进度还是质 量都将带来一次飞跃。其次，选煤厂设计模块化形式为选煤厂建设带来了“移动” 的概念，相对于传统选煤厂迁移难、改造难的弱点，模块化选煤厂有着较好的 大同煤炭职业技术学院毕业设计 19 发展空间，能够为今后选煤厂的改造或者扩大生产规模提供

48、更便利的条件，以 适应市场变化的需求。 中国首座模块式选煤厂山西成庄选煤厂是由朗艾道（天津）有限公司 于 1998 年建成的。1999 年又建成三汇坝选煤厂。德国 dbt 集团收购了朗艾道 公司并在澳大利亚重建 dbt 选煤公司后，截止 2002 年，又为中国建设了朔里、 马脊梁、寺河合鹊儿山选煤厂。选煤设计研究院根据中国国情并吸收国外选煤 厂设计的优点，推出了新型装配式选煤厂，其设计特点为工艺多样化、系统灵 活化、配置个性化、检修便利化、厂房底层化、控制自动化、标志可靠化和投 资最小化，已先后建成伯方、黑岱沟、祁东、辛置和东庞选煤厂。煤炭科学研 究总院唐山分院也开展了这方面的工作，已经建设的

49、范各庄、介休等选煤厂。 装配式选煤厂与同规模选煤厂相比，可降低基建投资约 20%30%，节约生产成 本约 50%60%，提高综合效率约 10%20%。 选煤厂生产过程自动控制和全厂自动化水平不断提高由于选煤厂用检测仪 表的发展，国外大多数选煤厂实现了高度自动化。我国，近年来选煤厂自动化 技术也取得可喜的进步，研发了一批适应选煤厂生产、管理需求的软硬件。 在生产过程控制方面，唐山分院研制成功跳汰机床层状态有源检测灰色预 测自动控制系统，既可稳定床层也可估测跳汰机自动控制效果。老虎台选煤厂 采用 fix 软件，通过直观方便的人机接口，实现了浮选过程计算机优化控制， 提高了浮选效率，降低了药耗。唐山

50、分院研发的浮选精煤滤饼灰分自动测量系 统，为辅选产品质量的在线测控开辟了一条新途径；研发的煤炭灰分自动分级 系统可较人工提高准确率 40%；与饱店选煤厂协作研发的应用灰分监测仪检测 的精煤灰分，利用模糊控制器为调控中心，对跳汰机床层自动控制进行回控的 系统，使产品质量稳定率提高了 7.6%，精煤产率提高了 1.7%。何京东等研制 了配煤软件，可优化配煤策略，降低配煤成本。唐山分院研发的煤炭水分在线 测量系统已用于测量3mm 煤炭的水分。鲍店煤矿与南京煤矿设计研究院协作 开发的铁路装车自动化系统，使装车速度提高 20%以上，装载误差由 0.5%降至 0.15%。 在煤炭产品质量检测仪器方面，唐山

51、分院研制成功同位素煤炭硫分测定仪， 测流速度最快为 16s，mfa-01 型光电式浮选尾矿在线测灰仪，用于测量矿浆固 大同煤炭职业技术学院毕业设计 20 体粒度0.7mm，矿浆浓度15g/l，其测量准确度为 1.8%（均方根误差）。这些 检测仪器的研发成功，为选煤生产过程自动控制提供了必要的条件，为了提高 选煤厂自动化水平奠定了选好的基础。 随着选煤技术的不断发展，选煤厂自动化、计算机技术和自动装车技术、 装配式洗煤厂的设计和建设、在线测灰技术等辅助技术也在不断更新和发展。 目前，各国选煤厂的自动化控制程度已有很大提高，集选煤厂生产过程控制、 生产设备集中控制，工艺参数、产品质量及数量、材料及

52、能源消耗等数据的实 时采集，生产及市场经营管理为一体的“管”、“控”一体化的选煤厂设计、生产 质量管理体系正被广泛采用。 （1）山西石港煤业有限责任公司选煤厂是一座设计能力 90 万 t/a 的矿井型 动力煤选煤厂。选煤厂采用了欧姆龙 plc 和 mcgs 组态软件对选煤厂生产进 行控制和监视。 一、集中控制系统 1、集中控制系统组成 全厂集中控制采用 omron 系列的 plc，该系统的控制作为负担全厂的生 产管理任务，将筛分车间、动筛车间等系统按照“逆煤溜启车，顺煤溜停车”的 原则统一工作。 2、集中控制系统设备 集控系统选用 2 台河南工控机，其上位机使用北京昆仑通态的全中文工控 组态软

53、件 mcgs，编程采用 omron cx-one 编程软件工具，cpu 采用 omorn cj1gcpu45h。 二、生产过程控制系统 石港选煤厂集中控制系统范围包括原煤筛分系统和动筛洗选系统组成的主 车间及相关的各条皮带、刮板输送机、给煤机等设备。 该控制系统所有设备均具有集中/ 就地两种控制方式，集中控制用于生产， 就地控制用于检修。并通过上位机实现无扰动切换。 在集中控制方式时，设备按逆煤流方向启车，按顺煤流方向停车原则运行。 在启动或运行过程中，各相连设备间设有电器联锁，当某台设备发生故障停止 时，其上部设备相应停止启动或运行。在非常情况下，集控室、现场都能停车。 大同煤炭职业技术学院

54、毕业设计 21 在集中控制方式时参加集控的各设备不能就地开车。集中控制时，起车前，有 控制室向现场发送起车预告信号，系统中的各设备按闭锁关系和顺序的要求自 动启车，在向现场发送预告信号和系统启车过程中，现场和集控室均能撤销预 告信号，终止启车过程，并发出声光报警信号。当设备故障时，一般事故只做 报警，对影响设备运行和人身安全的事故同时作用于停车。所有参控设备在集 控允许的情况下（就地状态），均可在就地实现单台启、停；集中运行状态时， 现场启车按钮无效，停车按钮有作用，现场死机可根据情况操纵停车按钮停车， 且生产时该台设备的来煤方向各设备均联锁停车。以上这些控制功能都是通过 plc 及其内的程序

55、逻辑来实现的。 三、软件设计 1、编程软件 采用 omron cx-one 软件对设备编程实现对生产的监视和监控。一般的设 备设有 7 个点，对设备进行信号采集：急停、启动信号、停止信号、接触器信 号、电源信号、返回信号、电铃。（跳汰机应自带 plc 控制系统，只接有启动 信号及返回信号） 2、组态的实现 通过 mcgs 组态软件对系统进行组态画面，按照煤线的方面绘制组态画面， 这样可以很直接地观看出系统的工艺流程，此即系统的主画面。通过组态 mcgs 画面还可以查看历史报表及报警信息，方便更好的了解设备运行情况和 维修系统。 四、plc 在选煤厂的应用效果 1、可靠性高，抗干扰能力强 高可靠

56、性是电气控制设备的关键性能。plc 由于采用现代大规模集成电路 技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很 高的可靠性。从 plc 的机外电路来说，使用 plc 构成控制系统，和同等规模 的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一， 故障也就大大降低。此外，plc 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及 时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程 大同煤炭职业技术学院毕业设计 22 序，使系统中除 plc 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系 统具有极高的可靠性。 洗煤厂的许多设备均是常年 24 小时运

57、转，一旦出现设备故障，会严重影 响生产。因此，在现有设备定期维护的基础上，建设洗煤厂关键设备运行健康 状况的点检制度，对设备运行故障进行早期预防性诊断，防止设备过维修或欠 维修，减少关键设备发生故障的可能性是非常必要的。但目前使用的点检系统 主要是人工点检，所需人员较多、工作量大，且人员素质和责任心严重影响系 统点检系统数据分析的可信度。 具体阐述利用低功耗收发模块结合最新的无线传感器网络技术在洗煤厂构 建一个设备运行建康状况点检自动化系统，并采用振动传感器对洗煤厂关键设 备的振动参数进行监测，通过具有自组织能力的无线传感器网络1，按点检系 统的需求，将监测量传输到监控中心。由监控中心点检自动

58、化软件对采集到的 数据进行分析，给出设备健康状况报告，指导设备的维修维护，尽可能减少人 为因素的影响，对洗煤厂设备点检工作具有示范作用。 在该点检系统中，布置在主洗车间、动筛车间及准备车间等场所的各个端 节点负责采集由振动传感器输出的振动信号。并通过具有自组织能力的无线传 感器网络将采集的数据传送至 sink 节点，sink 节点通过交换机接入地面千兆 环形以太网，用户端将在以太网上读取数据并加以分析。 纵观整个系统，振动信号的正确采集是保证整个系统能够正确运行的根本 和基础。本文详细介绍了无线传感器网络端节点对洗煤厂 86a 精煤筛、134a 给煤机、100b 矸石斗子及 286 皮带等关键

59、设备的振动参数的采集。 1、硬件设计 1.1 振动传感器选择 adxl202 是一款低成本、低功耗并且功能完善的双轴加速度传感器。它 以多晶硅为表面的微机传感器和信号控制环路进行开环测量，测量结果可以以 模拟信号形式或者将模拟信号转换为脉冲占空比的数字信号输出。adxl202 可以测量正负加速度，其绝对误差在0.005g, 而传感器的量程为 2g，输出信 号周期在 0.5 ms10 ms 范围内2。在 rset=125k，i=25a 条件下，其输 出高电平为 vs-200mv，低电平为 200mv，故其引脚可直接与微控制器 大同煤炭职业技术学院毕业设计 23 （mcu）引脚相连。adxl202

60、 可测量静态加速度，也可以作斜度测量。 1.2 无线传感器网络节点的设计 本系统中无线传感器网络的节点采用利尔达公司生产的 lsdrf433ma21_v1.0 低功耗无线收发模块。该模块是由 cc1100 无线通信模 块经过 spi 接口方式同 msp430f2132 单片相连。其各工作模式全部由 msp430 单片机控制完成，具有软件编程易实现的特点，拥有 8kb+256b 闪存 和 512b ram 的数据存储空间，且功耗很小3。该模块可配置各种数据格式 实现串口通信透明传输。实现任意长度以及不间断无线数据长度的数据发送； 防碰撞机制，实现多用户数据通信；在线设置多种速率以及不同的地址、频