淮北礦業(yè)浮選精煤壓濾脫水工藝的改進(jìn)

諶 托

(淮北礦業(yè)集團(tuán) 運(yùn)銷(xiāo)分公司，安徽 淮北 235000)

淮北礦業(yè)集團(tuán)公司(下稱淮北礦業(yè))煤炭資源豐富，煤種齊全；煤炭洗選以煉焦煤為主，主要產(chǎn)品有焦煤、肥煤、瘦煤、1/3焦煤，共4個(gè)煤種6種規(guī)格，多為低中灰、特低硫、特低磷，粘結(jié)性強(qiáng)，結(jié)焦性好的“綠色環(huán)保型”煤炭，其中焦煤、肥煤和瘦煤為國(guó)家保護(hù)開(kāi)發(fā)的稀缺煤種，占礦區(qū)總儲(chǔ)量的85%以上。

淮北礦業(yè)現(xiàn)有淮北、臨渙、渦北三座礦區(qū)型煉焦煤選煤廠及一座礦井型蘆嶺煉焦煤選煤廠，年入洗總量在20 Mt以上，選煤工藝均采用較成熟的原煤全重介質(zhì)旋流器分選、煤泥濃縮浮選、尾煤壓濾聯(lián)合工藝。其中的浮選工藝主要是從煤泥中回收細(xì)粒煤，提升精煤產(chǎn)率，避免資源浪費(fèi)，但是長(zhǎng)期以來(lái)存在浮選精煤水分高而造成綜合精煤水分偏高的問(wèn)題。

1 精煤降低水分的重要性

水分高的煤會(huì)給運(yùn)輸帶來(lái)不便，特別是高寒地區(qū)濕煤冬運(yùn)過(guò)程中，煤炭的凍結(jié)會(huì)給鐵路裝卸車(chē)帶來(lái)困難；同時(shí)，水分高還增加了無(wú)效運(yùn)輸，隱形中增加了運(yùn)輸費(fèi)用。

對(duì)于下游焦化企業(yè)而言，煉焦時(shí)精煤中的水分在高溫干餾過(guò)程中大部分會(huì)形成焦化廢水。焦化廢水是一種典型的有毒、難降解有機(jī)廢水，其污染物濃度高；由于焦化廢水中氮的存在，致使生物凈化所需的氮源過(guò)剩，給處理達(dá)標(biāo)帶來(lái)較大困難。同時(shí)，精煤中水分的汽化需要吸收大量的熱量，從而增大煉焦耗熱量，如果水分過(guò)高，汽化吸收的熱量就越大，從而延長(zhǎng)結(jié)焦時(shí)間，使得焦炭產(chǎn)量降低。

隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，部分城市對(duì)焦化企業(yè)實(shí)行煤炭使用總量(運(yùn)量)控制。這就意味著精煤水分高，有效的精煤量就相對(duì)減少，焦炭產(chǎn)量就要降低。

以上因素足以說(shuō)明精煤水分對(duì)焦化企業(yè)的效益影響較大。近年來(lái)，淮北礦業(yè)不少精煤用戶紛紛提出降水要求。由此可見(jiàn)，精煤降水歸根到底是煤炭企業(yè)滿足市場(chǎng)需要、提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力、增加經(jīng)濟(jì)效益的一種需求。

2 淮北礦業(yè)煉焦精煤水分現(xiàn)狀分析

在目前的工藝條件下，淮北礦業(yè)各煉焦煤選煤廠洗后精煤產(chǎn)品由重介質(zhì)精煤、粗精煤、浮選精煤三部分構(gòu)成。受制于浮選精煤粒度組成及脫水設(shè)備性能，浮選精煤水分遠(yuǎn)高于重介質(zhì)精煤、粗精煤水分(見(jiàn)表1)。同時(shí)，因入洗原煤中煤泥含量高且易泥化，造成精煤中的浮選精煤占比高達(dá)30%以上，甚至更高(見(jiàn)表2)，因而導(dǎo)致總精煤水分偏高。

淮北、蘆嶺選煤廠受原煤性質(zhì)影響，浮選采用二次浮選工藝，一次浮選精煤采用臥式沉降離心機(jī)回收，二次浮選精煤采用壓濾機(jī)回收(見(jiàn)圖1)。其中，通過(guò)加強(qiáng)生產(chǎn)技術(shù)管理發(fā)現(xiàn)，經(jīng)臥式沉降離心機(jī)回收的浮選精煤水分控制得相對(duì)較好，但采用壓濾機(jī)回收的浮選精煤水分居高不下(見(jiàn)表1)。

圖1 二次浮選工藝流程

產(chǎn)品重介質(zhì)選精煤粗精煤浮選精煤臥式沉降離心機(jī)脫水壓濾機(jī)脫水水分Mt/%4～610～1420～2425～28

表2 某一時(shí)期蘆嶺選煤廠原煤、精煤粒度組成

3 浮選精煤壓濾機(jī)工藝的改進(jìn)

當(dāng)前國(guó)內(nèi)用于浮選精煤脫水的設(shè)備類(lèi)型較少，而且設(shè)備脫水性能未有突破性進(jìn)展，可供選煤廠選擇的生產(chǎn)廠家較少。面對(duì)精煤降水的迫切需要，淮北礦業(yè)針對(duì)浮選精煤水分高的問(wèn)題，從降低浮選精煤壓濾水分入手，聯(lián)合設(shè)備生產(chǎn)廠家，在現(xiàn)有精煤壓濾機(jī)的基礎(chǔ)上不斷進(jìn)行工藝改進(jìn)。

3.1 KZG型高效快速壓濾機(jī)

KZG型高效快速壓濾機(jī)為景津壓濾機(jī)集團(tuán)有限公司生產(chǎn)，是一種間歇性操作的加壓過(guò)濾設(shè)備，適用于各種懸浮液的固液分離，主要應(yīng)用于冶金、洗煤等領(lǐng)域。該設(shè)備適用范圍廣，分離效果良好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，安全可靠。它主要由機(jī)架、過(guò)濾、液壓、卸料機(jī)構(gòu)、電氣控制五大部分組成。

該壓濾機(jī)在淮北選煤廠、蘆嶺選煤廠使用較多。主要過(guò)濾工序?yàn)椋簤壕o(達(dá)到壓緊壓力上限)→ 入料(達(dá)到設(shè)定時(shí)間后停止進(jìn)料)→空氣壓榨(達(dá)到設(shè)定時(shí)間)→反吹風(fēng)(達(dá)到設(shè)定時(shí)間)→松開(kāi)→自動(dòng)卸料。

該壓濾機(jī)的主要工藝特點(diǎn)：

(1)入料方式為雙向中心入料，即從壓緊板、止推板入料口同時(shí)入料，壓濾壓力0.5～0.8 MPa。

(2)壓榨介質(zhì)為空氣，高壓空氣從隔膜板上邊角進(jìn)入濾腔；因高壓供風(fēng)系統(tǒng)原因，實(shí)際使用過(guò)程中壓榨壓力為0.7 MPa。

(3)隔膜板與廂式板按交替順序放置，通過(guò)向隔膜板濾腔充氣后改變其腔室的容積，使濾板變形，對(duì)濾餅進(jìn)行擠壓，進(jìn)一步降低濾餅含水率。

(4)反吹風(fēng)從壓緊板入料口進(jìn)入。這種進(jìn)風(fēng)方式存在的問(wèn)題是：現(xiàn)有工序?qū)赫ズ头创碉L(fēng)兩個(gè)環(huán)節(jié)分開(kāi)進(jìn)行，壓榨停止后隔膜板變形恢復(fù)，與濾餅之間余量過(guò)大，沒(méi)有阻力，造成風(fēng)壓的泄漏，高壓風(fēng)不能穿透濾餅孔隙把水分置換出來(lái)，反吹風(fēng)降水效果不明顯。實(shí)際使用中，反吹風(fēng)時(shí)間短，主要作用僅為將中心孔中殘余料漿吹回入料桶中。精煤壓濾水分長(zhǎng)期維持在27%左右。

3.2 KZG型高效快速壓濾機(jī)的改進(jìn)

針對(duì)KZG型高效快速壓濾機(jī)存在的問(wèn)題，淮北選煤廠在原有基礎(chǔ)上對(duì)相關(guān)工藝進(jìn)行了改進(jìn)。

一是改變?nèi)肓戏绞健Ｓ呻p向入料改為從止推板入料口單向入料，原兩端入料造成中間壓力的互沖，延長(zhǎng)了入料時(shí)間。

二是改變吹風(fēng)方式。由單側(cè)吹風(fēng)改為兩側(cè)吹風(fēng)，用管道將風(fēng)管與回料管聯(lián)通，并增加控制閥，作為止推板側(cè)吹風(fēng)管，加上原壓緊板側(cè)的吹風(fēng)管，一共兩個(gè)吹風(fēng)管。

三是改變過(guò)濾工序。將原來(lái)的先壓榨后吹風(fēng)改為吹風(fēng)、壓榨同時(shí)進(jìn)行，兩個(gè)工序合二為一。因?yàn)樵趬赫サ耐瑫r(shí)進(jìn)行吹風(fēng)，防止了風(fēng)壓的快速泄漏，通過(guò)壓榨又改變了濾餅孔隙的排列格局，再一次把濾餅中的水分置換出來(lái)。

改進(jìn)后的主要過(guò)濾工序?yàn)椋簤壕o(達(dá)到壓緊壓力上限)→入料(達(dá)到設(shè)定時(shí)間后停止進(jìn)料)→一次壓榨(達(dá)到設(shè)定時(shí)間)→壓緊板側(cè)反吹風(fēng)(達(dá)到設(shè)定時(shí)間)→二次壓榨、兩側(cè)吹風(fēng)同時(shí)進(jìn)行(達(dá)到設(shè)定時(shí)間)→松開(kāi)→自動(dòng)卸料。

工藝改進(jìn)后，精煤壓濾機(jī)脫水效果有所改善，精煤壓濾水分降低約2個(gè)百分點(diǎn)，維持在25%左右。

3.3 HMZG型角吹風(fēng)式壓濾機(jī)的改進(jìn)

蘆嶺選煤廠二次浮選精煤采用KZG型高效快速壓濾機(jī)脫水。因煤質(zhì)原因，二次浮選精煤水分約27%，且二次浮選精煤量占總精煤量的20%左右，造成精煤水分長(zhǎng)期維持在14.0%左右。2015年引進(jìn)1臺(tái)景津壓濾機(jī)集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的HMZG型角吹風(fēng)式壓濾機(jī)，其工作原理與KZG型高效快速壓濾機(jī)基本相似，主要工藝的改進(jìn)及特點(diǎn)如下。

(1)入料方式為雙向中心入料，即從壓緊板、止推板入料口同時(shí)入料，過(guò)濾壓力0.5～0.8 MPa。

(2)壓榨介質(zhì)改為清水，壓榨壓力1.0 MPa。水從隔膜板側(cè)邊進(jìn)入濾腔，每塊隔膜板通過(guò)膠管與壓榨水管連接，需單獨(dú)配置1臺(tái)水泵及水箱，壓榨結(jié)束水泵停止工作后，壓榨水自流到水箱，循環(huán)使用。

(3)隔膜板變形擠壓降水工作原理與KZG型壓濾機(jī)相似，但其壓榨壓力能達(dá)到1.0 MPa，脫水效果更好。

(4)在設(shè)備調(diào)試期間，濾液暗流管道改為了明流，濾液只能從廂式板兩側(cè)水嘴流出。

(5)增加了角吹風(fēng)管道，高壓風(fēng)從濾板左上角進(jìn)入濾室，因隔膜板與廂式板交替放置，在進(jìn)氣通道設(shè)計(jì)上，高壓風(fēng)只能從隔膜板進(jìn)入濾室，而不能從廂式板進(jìn)入，這就形成了一條在濾室內(nèi)高壓風(fēng)從隔膜板側(cè)穿透中間濾餅到廂式板側(cè)，再?gòu)乃炝鞒龅拇碉L(fēng)線路。高壓風(fēng)穿透中間濾餅將水分帶出，脫水效果更好。

主要過(guò)濾工序：壓緊(達(dá)到壓緊壓力上限)→入料(達(dá)到設(shè)定時(shí)間后停止進(jìn)料)→水壓榨(達(dá)到設(shè)定時(shí)間)→壓榨、角吹風(fēng)同時(shí)進(jìn)行(達(dá)到設(shè)定時(shí)間)→反吹風(fēng)(達(dá)到設(shè)定時(shí)間)→松開(kāi)→自動(dòng)卸料。

HMZG型角吹風(fēng)式壓濾機(jī)經(jīng)多次參數(shù)調(diào)整，目前在蘆嶺選煤廠使用效果較好，在同樣的煤質(zhì)情況下，精煤水分比KZG型壓濾機(jī)降低約10個(gè)百分點(diǎn)，維持在17.5%左右。而且脫水周期更短，比KZG型壓濾機(jī)縮短約5 min。

為進(jìn)一步降低精煤水分，2018年蘆嶺選煤廠通過(guò)管路改造及更換隔膜板，將原有4臺(tái)KZG型高效快速壓濾機(jī)改造成HMZG型角吹風(fēng)式壓濾機(jī)，脫水效果同樣較好，但因?yàn)V餅厚度原因，改造后水分維持在20%左右。

3.4 HMZG型角入料式壓濾機(jī)的改進(jìn)

2018年4月，景津壓濾機(jī)集團(tuán)有限公司與淮北選煤廠合作，在淮北選煤廠對(duì)HMZG型角入料式壓濾機(jī)進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)，這是該設(shè)備首次在煤炭脫水上運(yùn)用。

HMZG型角入料式壓濾機(jī)相關(guān)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。其主要工藝改進(jìn)及特點(diǎn)如下。

圖2 HMZG型角入料式壓濾機(jī)止推板側(cè)示意

(1)濾板取消了中心孔，降低了濾布安裝更換的難度，易于實(shí)現(xiàn)濾布快速更換。

(2)入料方式為單向邊角入料，即從止推板左上角入料口入料，通過(guò)箱式板進(jìn)入濾室，過(guò)濾壓力0.5～0.8 MPa。相比于中心孔入料，過(guò)濾壓力更集中。

(3)壓榨方式、介質(zhì)及壓力與HMZG型角吹風(fēng)式壓濾機(jī)相似。

(4)隔膜板變形擠壓降水原理與HMZG型角吹風(fēng)式壓濾機(jī)相似。

(5)取消了濾板出水嘴，采用暗流方式，在濾板左右下方分別設(shè)置濾液水通道。

(6)吹風(fēng)與濾液水共用一側(cè)管道，可通過(guò)閥門(mén)切換，起到吹風(fēng)或排濾液水作用。吹風(fēng)降水原理與HMZG型角吹風(fēng)式壓濾機(jī)相似。

(7)采用新型潑膠濾布，形成相對(duì)密閉的過(guò)濾室，減少了壓榨能量的損耗，提高了過(guò)濾效果。

(8)反吹風(fēng)管道與入料管道在壓緊板側(cè)通過(guò)管道相連，中間有閥門(mén)控制，反吹風(fēng)的作用與其他壓濾機(jī)一樣，僅為將入料管道中的殘余料漿吹回入料桶中。

主要過(guò)濾工序?yàn)椋簤壕o(達(dá)到壓緊壓力上限)→入料(達(dá)到設(shè)定時(shí)間后停止進(jìn)料)→反吹風(fēng)(達(dá)到設(shè)定時(shí)間)→水壓榨(達(dá)到設(shè)定時(shí)間)→吹風(fēng)(達(dá)到設(shè)定時(shí)間)→二次反吹風(fēng)(達(dá)到設(shè)定時(shí)間)→松開(kāi)→自動(dòng)卸料。

目前HMZG型角入料式壓濾機(jī)試驗(yàn)機(jī)已在淮北選煤廠正常使用，脫水效果好，水分大幅降低，維持在15%左右。水分降低后，濾餅易碎，經(jīng)過(guò)自由下落及刮板機(jī)擠壓，濾餅松散程度好，更利于產(chǎn)品均質(zhì)，可以減少煤泥破碎環(huán)節(jié)。

4 總結(jié)及展望

通過(guò)不斷的工藝改進(jìn)，精煤壓濾脫水系統(tǒng)取得了較好的降水效果，浮選精煤壓濾水分不斷降低(見(jiàn)表3)。其中蘆嶺選煤廠精煤水分由以前的14.0%降為現(xiàn)在的11.5%，效果十分明顯。在生產(chǎn)過(guò)程中吹風(fēng)壓力及時(shí)間對(duì)壓濾機(jī)脫水效果影響大，為保證吹風(fēng)壓力及時(shí)間，需配置相應(yīng)的高壓供風(fēng)系統(tǒng)?；幢边x煤廠、蘆嶺選煤廠吹風(fēng)壓力保持在0.6 MPa左右，入料、吹風(fēng)、壓榨等時(shí)間都可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定。

表3 不同類(lèi)型精煤壓濾機(jī)的濾餅水分

HMZG型角入料式壓濾機(jī)產(chǎn)品水分低，相對(duì)于加壓過(guò)濾機(jī)、臥式沉降離心機(jī)，該設(shè)備可靠性更高，具有較好的推廣前景。

淮北選煤廠、蘆嶺選煤廠一次浮選精煤用臥式沉降離心機(jī)脫水，水分偏高。筆者認(rèn)為在保證浮選工藝效果的情況下，可以通過(guò)浮選工藝的改造，棄用臥式沉降離心機(jī)，即一次浮選三、四室精礦去二次浮選，將一次浮選一、二室及二次浮選精煤全部用壓濾機(jī)脫水回收，但脫水效果有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

隨著環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)格，選煤廠煤泥的堆放、運(yùn)輸?shù)扔绊懎h(huán)境的問(wèn)題日益突出，煤泥減量化或無(wú)煤泥化生產(chǎn)將是未來(lái)選煤廠的發(fā)展趨勢(shì)。將HMZG型角入料式壓濾機(jī)應(yīng)用于動(dòng)力煤選煤廠煤泥的脫水回收，其濾餅松散程度好，易于產(chǎn)品均質(zhì)，再將低水分的煤泥摻入洗混煤中，作為最終產(chǎn)品銷(xiāo)售，即可實(shí)現(xiàn)無(wú)煤泥化生產(chǎn)的目的，但其經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)可行性也有待進(jìn)一步驗(yàn)證。