黑龍溝選煤廠煤泥壓濾系統(tǒng)改造實(shí)踐

劉金明，孫靖彪，齊 恒，張孝松，張軍強(qiáng)

(1.中煤科工集團(tuán)開(kāi)采研究院有限公司，北京 100013；2.遼寧工程技術(shù)大學(xué) 礦業(yè)學(xué)院，遼寧 阜新 123032;3.中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；4.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心,河北 唐山 063012)

助濾劑是指在過(guò)濾物料過(guò)程中添加的能提高過(guò)濾速度或者降低濾餅水分的化學(xué)藥劑。有些助濾劑能提高過(guò)濾效率，有些則能降低濾餅水分，還有些可同時(shí)起到這兩方面的作用[1-3]。常用的助濾劑類型有：無(wú)機(jī)鹽類助濾劑、表面活性劑類助濾劑、高分子絮凝劑類助濾劑、固體顆粒型助濾劑[4-6]。近年來(lái)，隨著部分煤礦原煤中的矸石泥化問(wèn)題愈加嚴(yán)重，使選煤廠高灰細(xì)泥脫水問(wèn)題日益凸顯，促使我國(guó)的研究人員對(duì)助濾劑進(jìn)行了深入研究[7-9]。由于各選煤廠煤泥水性質(zhì)千差萬(wàn)別，因此助濾劑的應(yīng)用需要有針對(duì)性，某一選煤廠某種助濾劑的成功應(yīng)用并不一定適合在大范圍內(nèi)推廣，助濾劑的研究和應(yīng)用要結(jié)合各廠的具體情況(煤泥水的性質(zhì)、生產(chǎn)工藝和設(shè)備性能等)，通過(guò)采取綜合措施來(lái)解決高灰細(xì)泥脫水困難，煤泥壓濾設(shè)備處理能力降低等實(shí)際問(wèn)題[10-12]。

黑龍溝選煤廠為礦井型動(dòng)力煤選煤廠，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為5.0 Mt/a，選煤工藝為:塊煤(200～20 mm)采用淺槽重介分選機(jī)分選，末煤(20～1.5 mm)采用有壓兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選，粗煤泥(1.5～0.25 mm)經(jīng)分級(jí)旋流器分級(jí)后采用螺旋分選機(jī)分選，細(xì)煤泥(0.25～0 mm)經(jīng)濃縮、壓濾后烘干。該廠煤泥水處理系統(tǒng)使用的絮凝劑為陰離子型聚丙烯酰胺(分子量為1 800萬(wàn))，助濾劑為聚合氯化鋁。

1 助濾劑成本偏高的原因

1.1 助濾劑成本現(xiàn)狀

2015—2016年黑龍溝煤礦以開(kāi)采2-2煤層為主，這一時(shí)期原煤煤質(zhì)好，煤泥灰分低，壓濾機(jī)入料時(shí)間短；從2017年至今，黑龍溝煤礦以開(kāi)采3-1煤層為主，因原煤中泥巖含量增大在洗選過(guò)程中矸石泥化嚴(yán)重，導(dǎo)致煤泥在壓濾機(jī)中成餅困難，壓濾機(jī)入料時(shí)間延長(zhǎng)，需要在壓濾機(jī)入料攪拌桶中加入大量助濾劑來(lái)改善煤泥壓濾效果，從而造成助濾劑消耗量偏大。2015—2019年煤泥水藥耗指標(biāo)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 2015—2019年煤泥水藥耗指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

由表1可知：2017—2019年，黑龍溝選煤廠煤泥水處理系統(tǒng)助濾劑成本占煤泥水藥耗成本的84.55%，占總加工成本的23.02%，因此降低助濾劑成本，是降低黑龍溝選煤廠總加工成本的關(guān)鍵。

1.2 原因分析

2017—2019年黑龍溝選煤廠噸原煤的助濾劑平均耗量為512 g，針對(duì)助濾劑噸原煤耗量偏高的問(wèn)題，對(duì)黑龍溝選煤廠及其附近煤質(zhì)類似的石巖溝選煤廠的壓濾煤泥采樣進(jìn)行了小篩分試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 煤泥小篩分試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

由表2可知：黑龍溝選煤廠各粒級(jí)煤泥灰分均高于石巖溝選煤廠煤泥，黑龍溝選煤廠煤泥中各粒級(jí)的灰分均比原煤灰分(28.37%)高，煤泥中<0.045 mm粒級(jí)產(chǎn)率為68.00%，灰分高達(dá)68.52%，說(shuō)明矸石泥化現(xiàn)象非常嚴(yán)重，煤泥中泥巖成分占比較高，大量高灰細(xì)泥不僅在煤泥水中難以沉淀，更難以壓濾脫水；石巖溝選煤廠也存在煤泥壓濾困難的問(wèn)題，需要在壓濾入料中添加助濾劑(聚合氯化鋁)，當(dāng)煤泥灰分超過(guò)50%時(shí)，壓濾入料中添加的聚合氯化鋁的用量最高曾達(dá)到500 g/t。

黑龍溝選煤廠原煤哈氏可磨性指數(shù)在50～60之間，可磨性(HGI)為較難磨；煤的抗碎強(qiáng)度(SS)屬Ⅰ級(jí)高強(qiáng)度煤；由于該煤硬度大，抗碎能力強(qiáng)，煤泥中精煤含量低，因此煤泥中>0.045 mm粒級(jí)灰分偏高，即煤泥中高灰分矸石顆粒占比較大，而矸石顆粒表面屬于親水性表面，對(duì)水分子吸附作用較強(qiáng)，故會(huì)導(dǎo)致脫水相對(duì)困難[13-15]。

綜上可知，黑龍溝選煤廠藥劑成本高是因?yàn)橹鸀V劑耗量偏高，根本原因是黑龍溝選煤廠煤泥中高灰細(xì)泥含量偏大。

2 改進(jìn)措施

2.1 增設(shè)助濾劑自動(dòng)添加系統(tǒng)

黑龍溝選煤廠原設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝中無(wú)助濾劑添加系統(tǒng)，由于2017年黑龍溝煤礦開(kāi)采3-1煤層，原煤中極易泥化的矸石含量增大，導(dǎo)致煤泥中高灰細(xì)泥含量增多，煤泥濾餅透水性變差，導(dǎo)致壓濾機(jī)入料時(shí)間延長(zhǎng)，造成壓濾機(jī)處理能力降低。為保證生產(chǎn)，選煤廠采取臨時(shí)在煤泥攪拌桶內(nèi)人工添加助濾劑(聚合氯化鋁)固體粉末的方法，以改善煤泥濾餅透水效果，提高壓濾機(jī)處理能力。但該方法存在添加不均勻，添加過(guò)程中產(chǎn)生有害粉塵，以及現(xiàn)場(chǎng)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大的問(wèn)題。

針對(duì)原工藝系統(tǒng)存在的問(wèn)題，本著最大限度縮短施工周期和減少工程量，盡可能利用原有設(shè)備的改造原則，對(duì)現(xiàn)有工藝系統(tǒng)進(jìn)行改造。將主廠房三樓原絮凝劑緩沖箱隔離改造為助濾劑攪拌箱，并在攪拌箱底部加設(shè)高壓風(fēng)管，采用高壓風(fēng)對(duì)助濾劑進(jìn)行攪拌，促進(jìn)助濾劑的溶解；同時(shí)，在攪拌箱上增設(shè)管路向二樓煤泥攪拌桶入料管內(nèi)添加助濾劑溶液；此外，在加藥管路上增設(shè)手動(dòng)閥門控制加藥量的同時(shí)，還加設(shè)了一個(gè)氣動(dòng)閥門并與濃縮底流泵聯(lián)鎖，實(shí)現(xiàn)助濾劑的自動(dòng)添加。

2.2 改變煤泥帶式輸送機(jī)的傾角

黑龍溝選煤廠原設(shè)計(jì)煤泥帶式輸送機(jī)的傾角為12°，在生產(chǎn)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)煤泥在輸送帶上打滑而無(wú)法運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題，嚴(yán)重影響煤泥水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。經(jīng)研究分析，煤泥在輸送帶上打滑時(shí)的水分為29.5%(滿足甲方要求)，僅比不打滑時(shí)的煤泥水分高0.5個(gè)百分點(diǎn)，而若使煤泥降低0.5個(gè)百分點(diǎn)的水分，需要通過(guò)延長(zhǎng)壓濾機(jī)的入料時(shí)間或增加助濾劑的用量來(lái)解決。造成煤泥打滑的主要原因是煤泥濾餅夾帶的少量煤泥水落到輸送帶上起到了潤(rùn)滑劑的作用。由于煤泥中高灰細(xì)泥含量大，隨著煤泥濾餅的增厚，透水性變差，其夾帶的水分通過(guò)濾餅滲透排出的難度增大，要想進(jìn)一步降低水分，只能通過(guò)延長(zhǎng)壓濾時(shí)間或加大助濾劑的用量來(lái)解決。

針對(duì)存在的上述問(wèn)題，對(duì)煤泥帶式輸送機(jī)進(jìn)行改造，將煤泥帶式輸送機(jī)機(jī)尾抬高1.5 m，使帶式輸送機(jī)傾角由原來(lái)的12°降低到10°，達(dá)到減小煤泥下滑力的效果，實(shí)現(xiàn)了在保證煤泥不打滑的前提下可適當(dāng)提高煤泥水分，從而減少入料時(shí)間或降低助濾劑消耗的目的。

2.3 更換助濾劑

目前業(yè)內(nèi)對(duì)部分助濾劑的助濾機(jī)理研究還不夠深入，且市場(chǎng)上助濾劑的品種有限，找到適合工藝和煤質(zhì)要求的助濾劑難度較大。國(guó)內(nèi)選煤廠常用的助濾劑大多為陽(yáng)離子型助濾劑。經(jīng)市場(chǎng)調(diào)研分析，黑龍溝選煤廠選取六水氯化鎂與正在使用的聚合氯化鋁進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。兩種助濾劑的性能對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 兩種助濾劑性能對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知：在原煤煤質(zhì)不變，入料時(shí)間相等，加入助濾劑形態(tài)一致，助濾劑耗量接近時(shí)，煤泥產(chǎn)品水分十分接近。試驗(yàn)說(shuō)明六水氯化鎂與聚合氯化鋁的助濾效果相當(dāng)，但聚合氯化鋁單價(jià)為1 380元/t，六水氯化鎂單價(jià)為910元/t，六水氯化鎂單價(jià)比聚合氯化鋁低34.06%，選用六水氯化鎂可大大降低生產(chǎn)成本。

2.4 優(yōu)化煤泥粒度組成

煤泥的粒度組成決定了壓濾機(jī)壓濾時(shí)間的長(zhǎng)短，由于黑龍溝選煤廠煤泥中高灰細(xì)泥和矸石顆粒含量相對(duì)較高，壓濾機(jī)入料時(shí)間長(zhǎng)(有時(shí)入料時(shí)間高達(dá)5 000 s以上)，致使煤泥處理能力急劇下降，嚴(yán)重制約了生產(chǎn)。為不影響生產(chǎn)，在壓濾機(jī)入料煤泥中添加助濾劑，以改善壓濾機(jī)煤泥濾餅的脫水性，縮短入料時(shí)間，提高煤泥系統(tǒng)處理能力，但助濾劑的大量使用，易造成藥劑成本偏高。生產(chǎn)實(shí)踐表明，通過(guò)“摻粗”方式可優(yōu)化煤泥的粒度組成，改善因?yàn)V餅致密、透水性差而導(dǎo)致的過(guò)濾速度慢的問(wèn)題。

黑龍溝選煤廠原煤泥水工藝中粗精煤弧形篩篩下煤泥水與粗精煤離心機(jī)離心液混合后進(jìn)入稀介質(zhì)桶，由于存在未被分選的煤泥(粒度<0.25 mm)在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，因此導(dǎo)致煤泥桶液位偏高，造成脫泥、脫介工藝環(huán)節(jié)加水量受限；如果將該混合煤泥水全部或部分引入濃縮機(jī)，由于在粗精煤離心機(jī)篩籃磨損后，又會(huì)造成粗顆粒精煤進(jìn)入尾煤泥，導(dǎo)致粗精煤損失。基于上述情況，將粗煤泥弧形篩篩下煤泥水與粗精煤離心機(jī)離心液分開(kāi)，使離心液進(jìn)入稀介質(zhì)桶；將部分粗精煤弧形篩下煤泥水(粒度<0.25 mm)引入濃縮機(jī)，另一部分引入稀介質(zhì)桶，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要通過(guò)閥門調(diào)節(jié)引流量，從而實(shí)現(xiàn)在符合工藝技術(shù)指標(biāo)的前提下，改變煤泥的粒度組成，提高煤泥的透水性。通過(guò)上述調(diào)整，煤泥的粒度組成得到優(yōu)化，煤泥的透水性提高，入料時(shí)間縮短。改造前后煤泥粒度組成對(duì)比見(jiàn)表4。

表4 改造前后煤泥粒度組成對(duì)比

由表4可知：改造前后，煤泥的粒度組成發(fā)生較大變化，改造后0.25～0.125 mm粒級(jí)產(chǎn)率增加了10.21個(gè)百分點(diǎn)，灰分增加了13.20個(gè)百分點(diǎn)。因?yàn)榇置耗喾诌x設(shè)備螺旋分選機(jī)實(shí)際分選下限在0.25 mm左右，所以將粒度<0.25 mm以下不能進(jìn)行有效分選的粗煤泥弧形篩篩下煤泥水直接排入濃縮機(jī)并不會(huì)造成精煤產(chǎn)品損失。

3 改造效果

3.1 工藝系統(tǒng)更加靈活、完善

增設(shè)助濾劑自動(dòng)添加系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了助濾劑的自動(dòng)添加，使藥量添加更為均勻、穩(wěn)定、可控，不僅提高了藥劑利用率，有利于助濾劑的節(jié)約，而且減輕了崗位工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)還避免了添加干粉過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵危害。通過(guò)對(duì)煤泥水管路進(jìn)行改造，使煤泥水工藝系統(tǒng)更加靈活，對(duì)各種煤質(zhì)的適應(yīng)性增強(qiáng)。

3.2 提高壓濾機(jī)處理能力，降低助濾劑成本

改造后，在入料時(shí)間不變的情況下，可減少助濾劑耗量為180 g/t(在加藥量不變的情況下，可縮短壓濾機(jī)的入料時(shí)間900 s左右，從而提高壓濾機(jī)處理能力30%以上)，按照設(shè)計(jì)入選能力為5.0 Mt/a，助濾劑價(jià)格為1 380元/t計(jì)算，可節(jié)約成本124.20萬(wàn)元/a。而通過(guò)更換助濾劑品種,助濾劑單價(jià)降低34.06%,可節(jié)約成本120.32萬(wàn)元/a,合計(jì)每年可為企業(yè)節(jié)約加工成本240余萬(wàn)元。改造前后入料時(shí)間對(duì)比見(jiàn)表5，改造后助濾劑成本降低情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表6。

表5 改造前后壓濾機(jī)入料時(shí)間的對(duì)比

表6 改造后助濾劑成本降低情況統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)語(yǔ)

黑龍溝選煤廠通過(guò)增設(shè)助濾劑自動(dòng)添加系統(tǒng),降低煤泥轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)膠帶傾角,更換助濾劑,粗煤泥弧形篩下水“摻粗”的措施，按設(shè)計(jì)入洗能力測(cè)算，每年可為企業(yè)節(jié)約加工成本240余萬(wàn)元。關(guān)于降低助濾劑消耗成本的有益探索和實(shí)踐，希望能為存在類似情況的選煤廠提供有限的借鑒和參考，并提出以下建議：

(1)GB 50359—2016《煤炭洗選工程設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)煤泥脫水工藝中助濾劑添加系統(tǒng)未作出明確要求，由于我國(guó)各地區(qū)煤質(zhì)差異較大，對(duì)于入選原料煤中矸石含量較大且極易泥化的選煤廠設(shè)計(jì)而言，增設(shè)助濾劑自動(dòng)添加系統(tǒng)非常必要。

(2)對(duì)高灰細(xì)泥含量高，煤泥壓濾時(shí)間長(zhǎng)的選煤廠，建議煤泥轉(zhuǎn)載運(yùn)輸設(shè)備盡量選用刮板輸送機(jī)，若選用帶式輸送機(jī)則盡可能減小輸送機(jī)的傾角。

(3)各選煤廠的煤泥水性質(zhì)千差萬(wàn)別，尋找到適宜的且針對(duì)性更好的助濾劑對(duì)提高壓濾效率、降低助濾劑消耗意義重大。

(4)對(duì)于高灰細(xì)泥含量較大的煤泥水，在工藝技術(shù)條件允許且不影響經(jīng)濟(jì)效益的前提下，可通過(guò)“摻粗”方式，改善煤泥的粒度組成，提高煤泥透水性。