穿流式壓濾機(jī)對(duì)選煤廠極細(xì)煤泥脫水的可行性研究

黃健華

(山西西山晉興能源有限責(zé)任公司 斜溝煤礦選煤廠，山西 呂梁 033602)

1 選煤廠壓濾系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題分析

1.1 煤泥中微細(xì)粒級(jí)含量增加

斜溝煤礦選煤廠采用150～50 mm級(jí)塊煤重介淺槽、50～1.5 mm級(jí)重介旋流器主再選、1.5～0.2 mm級(jí)粗煤泥TCS分選的聯(lián)合工藝，剩余細(xì)粒級(jí)煤泥由沉降過(guò)濾離心機(jī)及快開(kāi)式隔膜壓濾機(jī)脫水回收。通過(guò)近年來(lái)不斷探索實(shí)施煤泥減量化技術(shù)，包括減小末原煤脫泥篩篩縫、減小TCS精礦脫水弧形篩和煤泥離心機(jī)篩縫、增大TCS入料旋流器組底流口內(nèi)徑、降低TCS分選機(jī)頂水流量等措施，截粗效果明顯。大部分大于0.074 mm粒度級(jí)煤泥在TCS分選及沉降脫水環(huán)節(jié)得到有效回收，減輕了高效濃縮機(jī)的負(fù)荷。壓濾煤泥產(chǎn)率也由原先的8.0%降至6.5%～7.0%，但其在粒度組成上則向更微細(xì)顆粒的方向富集，壓濾入料小篩分試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1所示。

表1 壓濾入料粒度組成

從表1可見(jiàn)，該廠壓濾入料中小于0.074 mm粒度級(jí)占比達(dá)到80%左右，細(xì)粒煤比表面積大，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，吸水性強(qiáng)，懸浮液粘度大，脫水變得相當(dāng)困難?？扉_(kāi)壓濾機(jī)在應(yīng)對(duì)超細(xì)粒煤泥時(shí)脫水效率明顯下降，壓濾周期變長(zhǎng)，濾餅水分高達(dá)25%～27%，并且容易粘附濾板，人工捅落濾餅易引發(fā)安全事故。

1.2 煤泥摻入洗混煤比例受限制

該廠快開(kāi)式壓濾機(jī)共12臺(tái)，其中一、二期壓濾系統(tǒng)各6臺(tái)，呈鏡像布置，一期壓濾系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)系情況見(jiàn)圖1。生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)1502煤泥轉(zhuǎn)載刮板機(jī)可將煤泥直接摻入洗混煤，作為動(dòng)力煤銷售；也可以進(jìn)入1553煤泥出廠膠帶機(jī)落地，就地晾曬后再由汽車地銷。因洗混煤水分合同指標(biāo)為小于10.0%，壓濾煤泥的水分高低直接影響其摻入洗混煤的比例。

圖1 一期壓濾系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)系

為避免裝車蓬倉(cāng)及冬季凍車事故，該廠只能嚴(yán)格控制入摻煤泥量，尤其當(dāng)兩期系統(tǒng)同時(shí)洗精煤時(shí)，往往是一半摻入一半落地。落地后的壓濾煤泥只能在本地按尾煤處置，價(jià)格較低，造成企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益大幅降低，因煤泥堆存、裝車和運(yùn)輸?shù)纫幌盗协h(huán)節(jié)造成了環(huán)境污染問(wèn)題。

1.3 原有壓濾機(jī)老化

原有壓濾機(jī)于2010年投入使用，電控及液壓系統(tǒng)不同程度出現(xiàn)老化，機(jī)架變形，故障頻發(fā)，維護(hù)費(fèi)用高。

鑒于上述問(wèn)題的存在，該廠迫切需要尋找一種新型壓濾機(jī)來(lái)替代原有快開(kāi)壓濾機(jī)，進(jìn)一步降低煤泥水分，以實(shí)現(xiàn)壓濾煤泥全部入摻洗混煤，提升煤泥品質(zhì)，增加經(jīng)濟(jì)效益。

2 穿流壓濾機(jī)設(shè)備特性

穿流式壓濾機(jī)全稱為“單室進(jìn)料空氣穿流水洗濾餅壓濾機(jī)”，是近年來(lái)在快開(kāi)式壓濾機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型壓濾脫水設(shè)備，對(duì)微細(xì)粒煤泥的脫水效果良好。2019年本集團(tuán)東曲和馬蘭選煤廠相繼完成了穿流式壓濾機(jī)的改造，濾餅水分大幅降低，達(dá)到了預(yù)期效果。

2.1 設(shè)備工作原理

濾漿在進(jìn)料泵的推動(dòng)下，由主進(jìn)料管道向每個(gè)濾室單獨(dú)分流進(jìn)料，固體顆粒在濾布上形成濾餅，濾液穿過(guò)濾布從濾液排放口集中排出。與快開(kāi)壓濾機(jī)濾板不同，穿流式壓濾機(jī)具有獨(dú)特角吹風(fēng)功能，通過(guò)壓縮空氣穿透濾餅將液態(tài)水隨空氣帶出，有效降低濾餅水分；通過(guò)隔膜濾板的鼓膜功能，由壓榨管道向隔膜濾板中注入高壓水，通過(guò)水壓改變?yōu)V室容積，對(duì)濾餅進(jìn)行壓榨，進(jìn)一步降低濾餅水分。

穿流壓濾機(jī)整個(gè)動(dòng)作過(guò)程工序依次為：壓緊→進(jìn)料→反吹→水壓榨→濾餅風(fēng)干→二次反吹→卸料。高壓水鼓膜壓榨、濾餅風(fēng)干與產(chǎn)品水分直接相關(guān)，這2個(gè)環(huán)節(jié)也正是單室進(jìn)料空氣穿流水洗濾餅壓濾機(jī)的特點(diǎn)。

2.2 設(shè)備結(jié)構(gòu)

單室進(jìn)料空氣穿流隔膜高效壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2所示。

1—止推板；2—主梁；3—壓緊板；4—自動(dòng)拉板系統(tǒng)；5—機(jī)座；6—電柜；7—油缸；8—液壓系統(tǒng)；9—進(jìn)料連接口；10—反吹連接口；11—濾液排放及洗滌進(jìn)水和濾餅風(fēng)干進(jìn)風(fēng)口；12—濾液排放和濾餅風(fēng)干出液排放口；13—壓榨連接口；14—翻板出液口；15—翻板；16—進(jìn)料防腐板；17—隔膜密封B板；18—進(jìn)料A板；19—濾布

濾板配置是穿流壓濾機(jī)的核心部件，每個(gè)濾室由進(jìn)料A板和密封B板組合成的獨(dú)立密閉空間，隔膜密封B板是洗滌和濾餅風(fēng)干的進(jìn)水進(jìn)氣板，進(jìn)料A板是洗滌和濾餅風(fēng)干的排水排氣板。入料方式為A板邊角入料，相比快開(kāi)壓濾機(jī)中心兩端入料，過(guò)濾面積增大約6%～10%，有效保證濾餅厚度均勻。濾餅風(fēng)干功能有助于卸料時(shí)濾餅與濾布分離，濾餅自動(dòng)脫落，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)隱患。

3 穿流壓濾機(jī)半工業(yè)試驗(yàn)

為驗(yàn)證壓濾煤泥降水效果，該廠使用穿流壓濾機(jī)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)半工業(yè)試驗(yàn)，與原有快開(kāi)壓濾機(jī)對(duì)濃縮機(jī)底流進(jìn)行脫水效果對(duì)比。為確保2種機(jī)型入料性質(zhì)一致，各組試驗(yàn)均選擇在同一時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 穿流式壓濾機(jī)現(xiàn)場(chǎng)半工業(yè)試驗(yàn)水分結(jié)果

從表2試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，穿流壓濾機(jī)的水分明顯降低，最高20.0%，最低18.2%，平均在19.3%，濾餅水分較現(xiàn)有的快開(kāi)壓濾機(jī)濾餅水分降低了7.0%，降水效果顯著，表明了穿流式壓濾機(jī)對(duì)該廠物料濃度及性質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，并隨著水壓榨壓力的升高而濾餅水分呈下降趨勢(shì)。

4 技術(shù)改造方案設(shè)計(jì)

針對(duì)斜溝煤礦選煤廠現(xiàn)有設(shè)備布置情況及廠房空間條件，將原有12臺(tái)快開(kāi)式壓濾機(jī)一對(duì)一替換為12臺(tái)同廠家穿流式壓濾機(jī)，單臺(tái)過(guò)濾面積不低于560 m2，地腳尺寸長(zhǎng)/寬為10 630 mm ×1 690 mm，與原設(shè)備地腳位置一致。原壓濾機(jī)入料泵可滿足新穿流式壓濾機(jī)入料要求，無(wú)須更換。需要另外購(gòu)置與壓濾機(jī)一一配套的壓榨清水箱和壓榨管道泵，水箱容積為38 m3，采用多級(jí)泵，流量65 m3/h，揚(yáng)程140～160 m。

空壓機(jī)臺(tái)數(shù)確定：穿流式壓濾機(jī)單臺(tái)循環(huán)用風(fēng)量為40～50 m3/min，為保證煤泥均勻入摻洗混煤，單期系統(tǒng)只允許2臺(tái)壓濾機(jī)同時(shí)卸料，而各壓濾機(jī)角吹與反吹工序可通過(guò)智能化控制程序交錯(cuò)執(zhí)行，2臺(tái)壓濾機(jī)同時(shí)進(jìn)入濾餅風(fēng)干與反吹環(huán)節(jié)需壓力穩(wěn)定的壓縮空氣約100 m3/min，那么3臺(tái)排氣量為40 m3/min、排氣壓力1.0 MPa的空壓機(jī)供風(fēng)可能滿足單期系統(tǒng)日常生產(chǎn)需求。

儲(chǔ)氣罐數(shù)量確定：根據(jù)壓濾機(jī)推薦儲(chǔ)氣罐搭配方案，穿流式空壓機(jī)其濾餅風(fēng)干、反吹用風(fēng)均須相對(duì)獨(dú)立，反吹風(fēng)使用原系統(tǒng)儲(chǔ)氣罐即可滿足。另外每期系統(tǒng)各配備3臺(tái)容積為40 m3儲(chǔ)氣罐為壓濾機(jī)濾餅風(fēng)干流程供風(fēng)。穿流壓濾機(jī)改造方案增加設(shè)備明細(xì)見(jiàn)表3所示。

表3 每期穿流壓濾機(jī)改造方案增加設(shè)備明細(xì)

5 投資估算及效益分析

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

本項(xiàng)工程估算總投資為3 520萬(wàn)元，其中土建工程投資為200萬(wàn)元，設(shè)備及工器具購(gòu)置投資為2 720.0萬(wàn)元，安裝工程投資為500萬(wàn)元，工程建設(shè)其他費(fèi)用投資100萬(wàn)元。

根據(jù)近期的產(chǎn)品銷售價(jià)格，氣精煤售價(jià)745元/t，洗混煤售價(jià)370元/t，煤泥售價(jià)130元/t，矸石治理費(fèi)按23.38元/t計(jì)。壓濾煤泥水分降低后可全部入摻洗混煤，并使洗混煤水分從9.9%降低至9.4%，發(fā)熱量提高了167.2 kJ/kg左右，進(jìn)而減少精煤回?fù)搅浚寒a(chǎn)率可提高1.54%，效益對(duì)比見(jiàn)表4。

表4 穿流壓濾機(jī)改造方案與原方案效益比較

由表4可知，穿流壓濾機(jī)改造后噸原煤銷售收入增加7.69元，按年入洗量15.00 Mt計(jì)算，年增加效益11 542.50萬(wàn)元。投資回收期為：3520/11542.50≈0.305a，4個(gè)月可收回成本。

5.2 社會(huì)效益

壓濾煤泥入摻洗混煤后全部通過(guò)火車銷售，杜絕煤泥落地晾干地銷，避免了因煤泥堆存、運(yùn)輸而引起的環(huán)境污染問(wèn)題。

6 結(jié) 語(yǔ)

穿流式壓濾機(jī)改造方案技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理，而且在不影響選煤廠正常生產(chǎn)的情況下即可實(shí)施，不僅增加了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，更是保護(hù)了礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境。

穿流式壓濾機(jī)為國(guó)內(nèi)先進(jìn)的細(xì)粒煤脫水設(shè)備，采用先進(jìn)的濾餅風(fēng)干和高壓水壓榨技術(shù)，細(xì)粒煤濾餅含水率遠(yuǎn)低于其他脫水設(shè)備，解決了選煤行業(yè)煤泥處置這個(gè)“老大難”問(wèn)題，是細(xì)粒煤壓濾脫水的一次技術(shù)革命。