高壓隔膜壓濾機在選煤廠中的應用

程科鋒

(彬縣煤炭有限責任公司,陜西 咸陽 713500)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的不斷快速發(fā)展,對能源的需求進一步增長,煤炭作為我國的基礎能源之一,長期在一次能源生產(chǎn)和消費結(jié)構中的占比超過60%,是國家能源供應的安全保障,起到了能源供應“壓艙石和穩(wěn)定器”的重要作用[1-5]。特別是近年來,我國煤炭需求形勢持續(xù)走高,商品煤整體銷售價格保持在較高位置,作為負責煤炭洗選業(yè)務的選煤行業(yè),是能給煤炭企業(yè)帶來效益的重要單位。在選煤廠產(chǎn)品中,除了精煤產(chǎn)品外,還有一大部分煤泥作為產(chǎn)品進行銷售。但是由于傳統(tǒng)壓濾機處理的煤泥產(chǎn)品中含水量較大,一般煤泥產(chǎn)品含水量在26Mt%～29Mt%,煤泥售價僅能達到原煤銷售價格的20%左右,給煤炭企業(yè)帶來很大的經(jīng)濟損失。而如果對傳統(tǒng)壓濾機處理的煤泥產(chǎn)品進行二次烘干或晾曬時,需要重新建設場地廠房,安裝相關配套烘干設備,增加濕煤泥運輸成本,前期一次性資金投入較大,經(jīng)濟效益也不理想[6-8]。為此,結(jié)合雅店選煤廠試生產(chǎn)期間各系統(tǒng)、各產(chǎn)品實際情況,將煤泥料漿脫水回收,應用一種新型高壓煤泥處理系統(tǒng)工藝,并分析其運行成本、產(chǎn)品結(jié)構以及經(jīng)濟效益。

1 煤泥系統(tǒng)現(xiàn)狀

雅店選煤廠于2019年9月建成投產(chǎn),為雅店煤礦配套選煤廠,設計原煤入洗能力為1 500 t/h。雅店選煤廠原設計煤泥處理系統(tǒng)為濃縮壓濾聯(lián)合回收,采用傳統(tǒng)工藝的板框式壓濾機對0～0.25 mm煤泥料漿實現(xiàn)脫水回收,整體處理效率較低,且煤泥產(chǎn)品中含水量較高,平均煤泥含水量在28Mt%,不能按照產(chǎn)品煤價格進行銷售,只能進行低價銷售。由于雅店煤礦采用的是機械化開采綜合放頂煤工藝,加之礦井下面涌水量較大,產(chǎn)出原煤中煤泥含量較高,根據(jù)礦井試生產(chǎn)期間統(tǒng)計,0～0.25 mm煤泥含量占比達到14.53%。按照雅店煤礦設計產(chǎn)能為4.0 Mt/a計算,年煤泥產(chǎn)量為58.12萬t。若將這些煤泥中含水量進行有效降低,進一步提高煤泥產(chǎn)品發(fā)熱量,按照動力煤價進行銷售,可以大大提高煤炭企業(yè)的經(jīng)濟收入。

2 新型煤泥處理系統(tǒng)工藝

計劃采用新型高壓煤泥處理系統(tǒng),系統(tǒng)主要由煤泥入料泵、高壓隔膜壓濾機、皮帶輸送機和破碎機組成。通過煤泥入料泵將煤泥料漿打入高壓隔膜壓濾機中,利用高壓隔膜壓濾機對煤泥漿進行固液分離,使煤泥實現(xiàn)深度脫水,一次將煤泥含水量降至17Mt%～20Mt%,再通過皮帶輸送機將煤泥運輸?shù)狡扑闄C中進行破碎,然后根據(jù)產(chǎn)品實際需求,摻入到其它煤種中進行銷售。而高壓隔膜壓濾機是新型高壓煤泥處理系統(tǒng)中的核心設備,主要由機架、過濾、自動拉板、液壓和電氣控制5大部分組成。其中機架部分是整套設備的主體,主要由止推座、主油缸組件、油缸座和兩側(cè)板等部件組成,主要用于支撐過濾機構,自動拉板機構和連接其它部件。高壓隔膜壓濾機濾板為鑄鐵材質(zhì),機械性能良好,化學性能穩(wěn)定,具有耐壓、耐熱、無毒、表面平整光滑、密封好等特點。

3 運行原理對比

3.1 工藝原理

高壓隔膜壓濾機與傳統(tǒng)壓濾機(雅店選煤廠現(xiàn)用景津牌壓濾機)相比較,工藝原理大致相同,即壓濾機工作運行時,液壓站給壓驅(qū)動主油缸體內(nèi)的活塞推動壓緊板使其壓緊板向止推板運動,將位于壓緊板與止推座之間的濾板、濾布及過濾介質(zhì)壓緊,使中間的濾板組形成若干個濾室,以保證帶有一定壓力的濾漿在濾室內(nèi)進行加壓過濾[9-12]。煤泥入料泵將煤泥料漿經(jīng)止料模濾板的進料口打入到壓濾機各濾室內(nèi),并借助煤泥入料泵產(chǎn)生的壓力進行初步固液分離,實現(xiàn)一次脫水,再向水模濾板通入高壓壓榨水壓榨煤泥濾餅,進行二次高壓過濾,降低煤泥含水率。最后在PLC的控制下,變頻電機轉(zhuǎn)動,通過鏈條帶動拉板小車完成取拉板動作,完成煤泥卸料。

3.2 參數(shù)對比

通過對高壓隔膜壓濾機與傳統(tǒng)壓濾機各項壓力參數(shù)(表1)和兩者配套油缸參數(shù)(圖1、圖2)對比分析發(fā)現(xiàn),高壓隔膜壓濾機的過濾壓力和油缸壓力均高于傳統(tǒng)壓濾機,通過煤泥入料泵產(chǎn)生的初步壓力可使煤泥水分降到更低。且高壓隔膜壓濾機的推力加壓裝置由φ360 mm的16根油缸排列組成,推力是傳統(tǒng)壓濾機的數(shù)倍,且推力整體受力均勻。尤其是高壓隔膜壓濾機二次壓榨壓力是傳統(tǒng)壓濾機的7～10倍,二次壓榨時煤泥料漿固液分離效果較為明顯,產(chǎn)品含水量可控制在17Mt%～20Mt%,而傳統(tǒng)壓濾機處理后的煤泥含水量為26Mt%～29Mt%。

圖1 高壓隔膜壓濾機油缸參數(shù)

圖2 傳統(tǒng)壓濾機油缸參數(shù)

表1 高壓隔膜壓濾機與傳統(tǒng)壓濾機壓力參數(shù)對照

3.3 技術優(yōu)勢

從進料方式和濾板材質(zhì)方面進行對比分析,新型高壓煤泥處理系統(tǒng)中高壓隔膜壓濾機和傳統(tǒng)壓濾機的進料方式不相同,如圖3、4所示。傳統(tǒng)壓濾機進料方式是通過φ200 mm的濾板中心孔依次逐個給壓濾機濾室進行進料;而高壓隔膜壓濾機的進料方式是從每個濾板頂部兩側(cè)利用φ19 mm高壓管同時給所有壓濾機濾室進行進料,使壓濾機濾室內(nèi)壓力和物料分布更加均勻,初步脫水效果更好。此外,傳統(tǒng)壓濾機濾板采用聚丙烯材質(zhì),整機重量較輕,高壓隔膜壓濾機濾板采用鑄鐵材質(zhì),整機重量是傳統(tǒng)壓濾機的6倍,其耐壓、耐熱和密封性能更強。

圖3 高壓隔膜壓濾機進料方式

圖4 傳統(tǒng)壓濾機進料方式

4 技術經(jīng)濟效益對比

4.1 功耗及工效對比

經(jīng)過計算單循環(huán)電耗及產(chǎn)量,對比新型高壓煤泥處理系統(tǒng)與傳統(tǒng)煤泥處理系統(tǒng)功耗及工效對照結(jié)果見表2。

表2 新型高壓煤泥處理系統(tǒng)與傳統(tǒng)煤泥處理系統(tǒng)功耗及工效對照

通過表2發(fā)現(xiàn),新型高壓煤泥處理系統(tǒng)較傳統(tǒng)煤泥處理系統(tǒng)噸煤電耗和電費略高(其中包括新增破碎機噸煤電耗1.28 kW·h,噸煤電費0.63元),但新型高壓煤泥處理系統(tǒng)每小時煤泥處理量是傳統(tǒng)煤泥處理系統(tǒng)的1.1倍。綜合上述結(jié)果,新型高壓煤泥處理系統(tǒng)和傳統(tǒng)煤泥處理系統(tǒng)綜合效率基本相同,但比傳統(tǒng)壓濾機處理的濕煤泥二次烘干工藝可節(jié)省一部分運輸及烘干成本。

4.2 經(jīng)濟效益對比

依據(jù)新型高壓煤泥處理系統(tǒng)和傳統(tǒng)煤泥處理系統(tǒng)綜合效率,以雅店煤礦設計4.0 Mt/a計算,各產(chǎn)品產(chǎn)量、水分、發(fā)熱量和雅店煤礦2020年產(chǎn)品指標及銷售價格(表3)為參照。在保證混精末煤發(fā)熱量不大幅下降,售價穩(wěn)定的前提下,將低水分的煤泥按照一定比例摻入精末煤(表4),以提升煤泥附加值。

表3 雅店煤礦2020年產(chǎn)品指標及銷售價格

表4 雅店煤礦精末煤和煤泥摻混表(32∶1)

根據(jù)雅店煤礦精末煤和煤泥摻混表(表4)相關參數(shù),計算得出傳統(tǒng)煤泥處理后雅店煤礦濕煤泥產(chǎn)品年經(jīng)濟效益見表5,新型高壓煤泥系統(tǒng)處理后雅店煤礦干煤泥產(chǎn)品年經(jīng)濟效益預期見表6。

表5 傳統(tǒng)煤泥系統(tǒng)處理后雅店煤礦濕煤泥銷售

表6 新型高壓煤泥系統(tǒng)處理后雅店煤礦干煤泥銷售預期

通過以上數(shù)據(jù)分析,可以發(fā)現(xiàn)新型高壓煤泥處理系統(tǒng)較傳統(tǒng)煤泥處理系統(tǒng)生產(chǎn)的煤泥含水量降低約8Mt%,每噸約減產(chǎn)0.08 t。若雅店煤礦混精末煤發(fā)熱量控制在5 981大卡,基本不影響混精末煤售價,則精末煤和煤泥的摻入比例為32∶1。新型高壓煤泥處理系統(tǒng)生產(chǎn)煤泥直接摻入精末煤可大幅提高煤泥附加值,較傳統(tǒng)煤泥處理系統(tǒng)生產(chǎn)的濕煤泥直接出售預期每年可以增加收入4 391.36萬元。隨著精煤市場銷售價格升高,產(chǎn)生相關效益越大。此外,若新型高壓煤泥處理系統(tǒng)生產(chǎn)的煤泥不摻入精末煤直接對外銷售,干煤泥較濕煤泥仍可增加約20%的效益。

4.3 設備需求

根據(jù)雅店洗煤廠設計生產(chǎn)能力,每小時入洗量1 515 t原煤,煤泥約占14.53%,每小時約產(chǎn)出煤泥227.25 t。高壓隔膜壓濾機單循環(huán)需45 min,單循環(huán)處理能力為26 t,每小時處理能力約為32.5 t,需7臺可滿足設計生產(chǎn)需求,當前雅店洗煤廠在用傳統(tǒng)壓濾機5臺。

5 結(jié)語

經(jīng)過計算分析及對比,該新型高壓煤泥處理系統(tǒng)中高壓隔膜壓濾機工作壓力大,處理煤泥產(chǎn)品含水量低,產(chǎn)品質(zhì)量較好。高壓隔膜壓濾機與傳統(tǒng)煤泥壓濾機綜合效率相當,較濕煤泥二次烘干可節(jié)約運輸及烘干成本。高壓隔膜壓濾機生產(chǎn)的干煤泥可直接摻入精煤或原煤中銷售,產(chǎn)品附加值大幅提升,經(jīng)濟效益更高。