干壩子廠區(qū)浮選精煤回收系統(tǒng)改造方案

張 娟，江 飛

(渝新能源有限責(zé)任公司 南桐洗選廠，重慶 400800)

南桐洗選廠干壩子廠區(qū)(原重慶南桐礦業(yè)有限責(zé)任公司干壩子洗選廠)隸屬于渝新能源公司，是一座原煤綜合加工能力為1.80 Mt/a的群礦型選煤廠，始建于1958年3月，一直是公司煤炭加工與綜合利用的中心。經(jīng)1984年、2006年、2009年、2012年四次較大規(guī)模的技術(shù)改造后，現(xiàn)逐步形成三條成熟的全自動化生產(chǎn)線：采用三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選、小直徑多功能煤泥重介質(zhì)旋流器分選和浮選相聯(lián)合的1.20 Mt/a精煤生產(chǎn)線；以配煤、篩分破碎、跳汰排矸為主的1.20 Mt/a動力煤生產(chǎn)線；以高硫煤矸石為原料，加工生產(chǎn)硫鐵礦和劣質(zhì)電煤的0.60 Mt/a全重介矸石脫硫生產(chǎn)線，且該系統(tǒng)是全國首條采用重介質(zhì)旋流器工藝的煤矸石生產(chǎn)線。該廠區(qū)選煤效率在93%以上，主導(dǎo)產(chǎn)品為冶煉精煤、乙精、選電煤、矸煤、硫精砂等。

1 浮選精煤回收系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在問題

1.1 浮選精煤回收系統(tǒng)現(xiàn)狀

南桐洗選廠干壩子廠區(qū)目前浮選系統(tǒng)采用為濃縮+浮選工藝，浮選精煤由兩臺盤式加壓過濾機(jī)回收，浮選尾礦經(jīng)濃縮機(jī)濃縮后，通過箱式壓濾機(jī)回收。2005年以前，前干壩子廠區(qū)(原干壩子洗選廠)采用跳汰+浮選工藝，入選原煤采用炮采或風(fēng)鎬落煤工藝，煤泥水系統(tǒng)截留粒度較粗，兩臺加壓過濾機(jī)一臺回收精煤，一臺回收尾煤和選硫礦泥，運(yùn)行效果良好。

2006年，干壩子廠區(qū)技術(shù)改造，將跳汰工藝升級為重介工藝，工藝改造后，截留粒度發(fā)生變化，煤泥水系統(tǒng)粒度變細(xì)，對加壓過濾系統(tǒng)處理能力和回收效果產(chǎn)生一定影響。

2010年，礦井生產(chǎn)工作面先后實(shí)現(xiàn)機(jī)械化開采，原煤粒度變細(xì)，煤泥水系統(tǒng)粒度也進(jìn)一步變細(xì)[1-2]，導(dǎo)致加壓過濾機(jī)的入料粒度越來越細(xì)，處理能力大幅下降，期間增設(shè)浮選尾煤回收設(shè)施和回收裝置維持生產(chǎn)運(yùn)行。

2014年以來，隨著硯石臺煤礦、魚田堡煤礦的關(guān)停，干壩子廠區(qū)入選煤源又發(fā)生較大變化，導(dǎo)致加壓過濾機(jī)的入料中極細(xì)粒(<0.075 mm粒級)含量增多，回收率低下，濾液水濃度高，部分精煤泥在系統(tǒng)中不斷循環(huán)，致使只能依靠延時加班來解決問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年延時多達(dá)750 h。

1.2 浮選系統(tǒng)煤泥粒度組成

在盤式加壓過濾機(jī)運(yùn)行初期，2006年干壩子廠區(qū)浮選入料、尾煤、精煤粒度組成見表1，2017年干壩子廠區(qū)浮選入料、尾煤、精煤粒度組成見表2。

表1 2006年干壩子廠區(qū)浮選入料、尾煤、精煤粒度組成

表2 2017年干壩子廠區(qū)浮選入料、尾煤、精煤粒度組成

由表1和表2對比可知，隨著礦井原煤機(jī)械化開采的普及，原煤煤泥中細(xì)粒級物料含量大幅上升，浮選入料中<0.045 mm粒級物料由2006年的45.93%增加到2017年的79.96%，增加了34.03個百分點(diǎn)；>0.075 mm粒級物料由40.70%降到10.47%，減少了30.23個百分點(diǎn)；浮選精煤中<0.075 mm粒級物料由51.87%增加到86.70%，增加了34.83個百分點(diǎn)。

由于目前干壩子廠區(qū)浮選精煤回收的盤式加壓過濾機(jī)嚴(yán)重老化，性能大幅度降低，加之其采用0.075 mm濾孔的濾布，導(dǎo)致浮選精煤中大部分超細(xì)粒級物料透過濾布隨濾液(濾液水濃度高達(dá)70 g/L)返回系統(tǒng)，造成惡性循環(huán)，降低了浮選精煤的回收率。

2 改造方案確定

核心設(shè)備的選擇是精煤泥回收系統(tǒng)技術(shù)方案關(guān)鍵環(huán)節(jié)，目前，國內(nèi)技術(shù)成熟、應(yīng)用普遍的煤泥回收設(shè)備主要有三種，分別是帶式壓濾機(jī)、加壓過濾機(jī)和箱式壓濾機(jī)。

2.1 帶式壓濾機(jī)

帶式壓濾機(jī)主要應(yīng)用在貴州六盤水地區(qū)的選煤廠，尤其是動力煤選煤廠。帶式壓濾機(jī)能耗低，煤泥粒度較好，且無需浮選加工，可直接回收，但運(yùn)行成本高(需要添加絮凝劑、清水用量大)，操作維護(hù)相對復(fù)雜。金雞巖選煤廠于上世紀(jì)90年代曾使用過，但由于使用效果和成本方面等原因停用，現(xiàn)已改造為箱式壓濾機(jī)[3]。

2.2 加壓過濾機(jī)

加壓過濾機(jī)自動化程度高，在處理粗粒級浮選精煤時，產(chǎn)品水分低，濾餅水分也能控制在18%左右，濾液固體含量低，操作簡單，但維護(hù)難度大，維修成本高，且需單獨(dú)設(shè)立壓風(fēng)系統(tǒng)，運(yùn)行成本過高。

2.3 箱式壓濾機(jī)

箱式壓濾機(jī)在國內(nèi)80%以上的選煤廠中得到廣泛應(yīng)用，設(shè)備受極細(xì)粒含量的影響較小，具有能耗低，運(yùn)行成本低，操作和維護(hù)相對簡單的特點(diǎn)[4-5]。渝新能源有限責(zé)任公司多個選煤廠均使用箱式壓濾機(jī)，且有較成熟的使用、維護(hù)經(jīng)驗(yàn)。

2.4 箱式壓濾機(jī)與加壓過濾機(jī)對比分析

對箱式壓濾機(jī)與加壓過濾機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)(表3)分析的基礎(chǔ)上，以南桐洗選廠南桐廠區(qū)與干壩子廠區(qū)現(xiàn)有精煤泥壓濾環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)例對比(表4)，最終確定干壩子廠區(qū)精煤泥回收系統(tǒng)改造核心設(shè)備選用箱式壓濾機(jī)。

表3 箱式壓濾機(jī)與加壓過濾機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)對比表

表4 箱式壓濾機(jī)與加壓過濾機(jī)實(shí)例對比結(jié)果

3 改造方案

3.1 核心設(shè)備

3.1.1 箱式壓濾機(jī)工作原理

箱式壓濾機(jī)工作時，濾板壓緊于活動頭板和固定尾板之間，相鄰濾板構(gòu)成密封濾室，礦漿由固定尾板入料孔給入；當(dāng)所有濾室充滿礦漿后，開始壓濾，礦漿借助給料泵給入壓力進(jìn)行固液分離，在濾布的阻擋作用下，固體顆粒保留在濾室內(nèi)，濾液則經(jīng)濾布沿濾板上的泄水溝槽排出；當(dāng)濾液不再流出時，停止給料，開啟反吹風(fēng)將濾板中心孔的物料反吹回流至物料罐中；之后，啟動壓榨系統(tǒng)，將清水壓入隔膜板中，從而實(shí)現(xiàn)壓榨過程；當(dāng)壓榨完畢后，頭板退回到原來位置，濾板移動裝置則將濾板相繼拉開，濾餅依靠自重脫落，完成卸料過程。箱式壓濾機(jī)工作流程如圖1所示。

圖1 箱式壓濾機(jī)工作流程示意圖

3.1.2 箱式壓濾機(jī)技術(shù)特點(diǎn)

箱式壓濾機(jī)由機(jī)架、過濾、液壓、卸料裝置、電器控制五大部分組成。隨著箱式壓濾機(jī)自動化程度的不斷提高，箱式壓濾機(jī)現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)了機(jī)、電、液一體化程控自動控制。箱式壓濾機(jī)拉板電機(jī)采用變頻電機(jī)，結(jié)構(gòu)合理且操作簡單，確保了濾板壓緊、過濾、反吹、壓榨、濾板松開、卸料等各工序的自動化控制，也能根據(jù)具體工藝要求增減各項(xiàng)功能。箱式壓濾機(jī)機(jī)頭油缸壓緊壓力為12～14 MPa，進(jìn)料壓力為0.6～0.7 MPa，給料時間為3～5 min，壓榨壓力為1.0～1.2 MPa，隔膜壓榨時間為1～3 min，濾室容積為10 m3。箱式壓濾機(jī)的濾板配置隔膜板，過濾后可通過水壓或氣壓改變?yōu)V室容積，對濾餅進(jìn)行壓榨，進(jìn)一步降低濾餅水分。廂式壓濾機(jī)工作效率較高，自動化程度較高，濾板也相對耐用，箱式壓濾機(jī)的濾室由相鄰兩塊凹陷的濾板構(gòu)成，濾布固定在濾板上，配有自動清洗濾布裝置。

3.2 工藝設(shè)計(jì)方案實(shí)例

南桐洗選廠南桐廠區(qū)入浮煤泥量和粒度組成與干壩子廠區(qū)相當(dāng)[6-7]，南桐廠區(qū)浮選環(huán)節(jié)采用2臺XAZG500/2000-U半自動箱式壓濾機(jī)(帶隔膜)回收浮選精煤，在2016年開始投入運(yùn)行，其工藝流程為：給料泵將浮選精礦從精礦池給入精煤壓濾機(jī)，然后通過壓榨泵對壓濾機(jī)的隔膜進(jìn)行壓榨，待壓濾機(jī)內(nèi)物料成型后，卸料送入刮板運(yùn)輸機(jī)，再經(jīng)刮板運(yùn)輸機(jī)轉(zhuǎn)載后，進(jìn)入精煤儲裝運(yùn)系統(tǒng)。南桐廠區(qū)精壓環(huán)節(jié)流程如圖2所示，精煤泥回收系統(tǒng)工藝流程如圖3所示。

圖2 南桐廠區(qū)精壓環(huán)節(jié)流程示意圖

圖3 精煤泥回收系統(tǒng)流程示意圖

近兩年應(yīng)用效果表明，設(shè)備維修量大幅降低，減輕了維修工的勞動強(qiáng)度；材料成本大幅下降，改造后，濾布更換費(fèi)用從改造前的60萬元/a降至7.4萬元/a，可節(jié)省濾布費(fèi)用52.6萬元/a；設(shè)備運(yùn)行后電費(fèi)也明顯降低，經(jīng)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，改造后生產(chǎn)運(yùn)行設(shè)備總功率減少240 kW，每年能節(jié)約電費(fèi)約90萬元；基本能夠?qū)崿F(xiàn)浮選系統(tǒng)和選煤主選系統(tǒng)同步啟停，有效降低了浮選系統(tǒng)加班延時；濾液水除給料初期有少許渾濁外，其余過程都能保持清亮，同時濾餅水分也控制在21%左右。

3.3 流程計(jì)算基礎(chǔ)

重介系統(tǒng)按設(shè)計(jì)處理能力1.20 Mt/a，處理量227.27 t/h計(jì)算，由原煤篩分試驗(yàn)結(jié)果可知，<0.5 mm粒級原生煤泥含量為23.47%，生產(chǎn)過程中次生煤泥為8%，入選原煤煤泥含量為31.47%，根據(jù)現(xiàn)場檢測，重介系統(tǒng)回收煤泥約占65%，浮選抽出率為85%，故可計(jì)算出浮選精煤干煤泥量為21.28 t/h[8-10]。

3.4 設(shè)備選型

按照GB 50359—2005《煤炭洗選工程設(shè)計(jì)規(guī)范》選取不均衡系數(shù)[11]，煤泥水系統(tǒng)取1.25。根據(jù)流程計(jì)算，箱式隔膜壓濾機(jī)需1.77臺，故擬選用2臺XAZG500/2000-U箱式隔膜壓濾機(jī)，其過濾面積為500 m2，濾室深度為40 mm，濾室數(shù)量72個，設(shè)備外形尺寸為11.7 m×2.9 m×2.42 m。

3.5 系統(tǒng)自動化

為達(dá)到減人增效目的，改造后精煤回收系統(tǒng)采用集控操作，全自動聯(lián)動控制設(shè)計(jì)。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

4.1 運(yùn)行費(fèi)用

新舊系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用的差異主要體現(xiàn)在設(shè)備能耗上。項(xiàng)目實(shí)施后，新系統(tǒng)裝機(jī)功率共518 kW，按有效功率60%，電費(fèi)單價0.67元/度，運(yùn)行330 d，每天生產(chǎn)16 h計(jì)算，每年電費(fèi)支出約109.95萬元。原系統(tǒng)裝機(jī)功率共1 084 kW，依此計(jì)算，每年電費(fèi)支出230.09萬元，由此可知每年可減少電費(fèi)等成本支出120萬元。

4.2 精煤產(chǎn)率

現(xiàn)有精煤泥回收系統(tǒng)濾液水濃度按60 g/L(4月平均)計(jì)算，濾液水量為120 m3/h，返回系統(tǒng)煤泥量為7.2 t/h，浮選入料量為350 m3/h，入浮濃度增加21 g/L。按照浮選實(shí)際生產(chǎn)時，入浮濃度低，浮選分選效率越高[12]，預(yù)計(jì)可提高浮選產(chǎn)率2.7個百分點(diǎn)，提高精煤產(chǎn)率0.3個百分點(diǎn)，年可創(chuàng)收249萬元。

5 結(jié)語

南桐洗選廠干壩子廠區(qū)在當(dāng)前煤質(zhì)下，將現(xiàn)有加壓過濾機(jī)更換為箱式壓濾機(jī)，不僅可有效提高浮選精煤產(chǎn)率，還能有效杜絕超細(xì)物料在系統(tǒng)中的惡性循環(huán)。采用水壓不采用風(fēng)壓后，每年可減少電費(fèi)支出120多萬元，實(shí)現(xiàn)重介系統(tǒng)與煤泥回收系統(tǒng)同步回收，人力成本減少，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。