干壩子廠區浮選精煤回收系統改造方案

張 娟，江 飛

(渝新能源有限責任公司 南桐洗選廠，重慶 400800)

南桐洗選廠干壩子廠區(原重慶南桐礦業有限責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1984年、2006年、2009年、2012年四次較大規模的技術改造后，現逐步形成三條成熟的全自動化生產線：采用三產品重介質旋流器分選、小直徑多功能煤泥重介質旋流器分選和浮選相聯合的1.20 Mt/a精煤生產線；以配煤、篩分破碎、跳汰排矸為主的1.20 Mt/a動力煤生產線；以高硫煤矸石為原料，加工生產硫鐵礦和劣質電煤的0.60 Mt/a全重介矸石脫硫生產線，且該系統是全國首條采用重介質旋流器工藝的煤矸石生產線。該廠區選煤效率在93%以上，主導產品為冶煉精煤、乙精、選電煤、矸煤、硫精砂等。

1 浮選精煤回收系統現狀及存在問題

1.1 浮選精煤回收系統現狀

南桐洗選廠干壩子廠區目前浮選系統采用為濃縮+浮選工藝，浮選精煤由兩臺盤式加壓過濾機回收，浮選尾礦經濃縮機濃縮后，通過箱式壓濾機回收。2005年以前，前干壩子廠區(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鎬落煤工藝，煤泥水系統截留粒度較粗，兩臺加壓過濾機一臺回收精煤，一臺回收尾煤和選硫礦泥，運行效果良好。

2006年，干壩子廠區技術改造，將跳汰工藝升級為重介工藝，工藝改造后，截留粒度發生變化，煤泥水系統粒度變細，對加壓過濾系統處理能力和回收效果產生一定影響。

2010年，礦井生產工作面先后實現機械化開采，原煤粒度變細，煤泥水系統粒度也進一步變細[1-2]，導致加壓過濾機的入料粒度越來越細，處理能力大幅下降，期間增設浮選尾煤回收設施和回收裝置維持生產運行。

2014年以來，隨著硯石臺煤礦、魚田堡煤礦的關停，干壩子廠區入選煤源又發生較大變化，導致加壓過濾機的入料中極細粒(<0.075 mm粒級)含量增多，回收率低下，濾液水濃度高，部分精煤泥在系統中不斷循環，致使只能依靠延時加班來解決問題。據統計，2017年延時多達750 h。

1.2 浮選系統煤泥粒度組成

在盤式加壓過濾機運行初期，2006年干壩子廠區浮選入料、尾煤、精煤粒度組成見表1，2017年干壩子廠區浮選入料、尾煤、精煤粒度組成見表2。

表1 2006年干壩子廠區浮選入料、尾煤、精煤粒度組成

表2 2017年干壩子廠區浮選入料、尾煤、精煤粒度組成

由表1和表2對比可知，隨著礦井原煤機械化開采的普及，原煤煤泥中細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；>0.075 mm粒級物料由40.70%降到10.47%，減少了30.23個百分點；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。

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

2 改造方案確定

核心設備的選擇是精煤泥回收系統技術方案關鍵環節，目前，國內技術成熟、應用普遍的煤泥回收設備主要有三種，分別是帶式壓濾機、加壓過濾機和箱式壓濾機。

2.1 帶式壓濾機

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

2.2 加壓過濾機

加壓過濾機自動化程度高，在處理粗粒級浮選精煤時，產品水分低，濾餅水分也能控制在18%左右，濾液固體含量低，操作簡單，但維護難度大，維修成本高，且需單獨設立壓風系統，運行成本過高。

2.3 箱式壓濾機

箱式壓濾機在國內80%以上的選煤廠中得到廣泛應用，設備受極細粒含量的影響較小，具有能耗低，運行成本低，操作和維護相對簡單的特點[4-5]。渝新能源有限責任公司多個選煤廠均使用箱式壓濾機，且有較成熟的使用、維護經驗。

2.4 箱式壓濾機與加壓過濾機對比分析

對箱式壓濾機與加壓過濾機優缺點(表3)分析的基礎上，以南桐洗選廠南桐廠區與干壩子廠區現有精煤泥壓濾環節進行實例對比(表4)，最終確定干壩子廠區精煤泥回收系統改造核心設備選用箱式壓濾機。

表3 箱式壓濾機與加壓過濾機優缺點對比表

表4 箱式壓濾機與加壓過濾機實例對比結果

3 改造方案

3.1 核心設備

3.1.1 箱式壓濾機工作原理

箱式壓濾機工作時，濾板壓緊于活動頭板和固定尾板之間，相鄰濾板構成密封濾室，礦漿由固定尾板入料孔給入；當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行固液分離，在濾布的阻擋作用下，固體顆粒保留在濾室內，濾液則經濾布沿濾板上的泄水溝槽排出；當濾液不再流出時，停止給料，開啟反吹風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，將清水壓入隔膜板中，從而實現壓榨過程；當壓榨完畢后，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。箱式壓濾機工作流程如圖1所示。

圖1 箱式壓濾機工作流程示意圖

3.1.2 箱式壓濾機技術特點

箱式壓濾機由機架、過濾、液壓、卸料裝置、電器控制五大部分組成。隨著箱式壓濾機自動化程度的不斷提高，箱式壓濾機現已實現了機、電、液一體化程控自動控制。箱式壓濾機拉板電機采用變頻電機，結構合理且操作簡單，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，也能根據具體工藝要求增減各項功能。箱式壓濾機機頭油缸壓緊壓力為12～14 MPa，進料壓力為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。箱式壓濾機的濾板配置隔膜板，過濾后可通過水壓或氣壓改變濾室容積，對濾餅進行壓榨，進一步降低濾餅水分。廂式壓濾機工作效率較高，自動化程度較高，濾板也相對耐用，箱式壓濾機的濾室由相鄰兩塊凹陷的濾板構成，濾布固定在濾板上，配有自動清洗濾布裝置。

3.2 工藝設計方案實例

南桐洗選廠南桐廠區入浮煤泥量和粒度組成與干壩子廠區相當[6-7]，南桐廠區浮選環節采用2臺XAZG500/2000-U半自動箱式壓濾機(帶隔膜)回收浮選精煤，在2016年開始投入運行，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，然后通過壓榨泵對壓濾機的隔膜進行壓榨，待壓濾機內物料成型后，卸料送入刮板運輸機，再經刮板運輸機轉載后，進入精煤儲裝運系統。南桐廠區精壓環節流程如圖2所示，精煤泥回收系統工藝流程如圖3所示。

圖2 南桐廠區精壓環節流程示意圖

圖3 精煤泥回收系統流程示意圖

近兩年應用效果表明，設備維修量大幅降低，減輕了維修工的勞動強度；材料成本大幅下降，改造后，濾布更換費用從改造前的60萬元/a降至7.4萬元/a，可節省濾布費用52.6萬元/a；設備運行后電費也明顯降低，經生產統計結果可知，改造后生產運行設備總功率減少240 kW，每年能節約電費約90萬元；基本能夠實現浮選系統和選煤主選系統同步啟停，有效降低了浮選系統加班延時；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 流程計算基礎

重介系統按設計處理能力1.20 Mt/a，處理量227.27 t/h計算，由原煤篩分試驗結果可知，<0.5 mm粒級原生煤泥含量為23.47%，生產過程中次生煤泥為8%，入選原煤煤泥含量為31.47%，根據現場檢測，重介系統回收煤泥約占65%，浮選抽出率為85%，故可計算出浮選精煤干煤泥量為21.28 t/h[8-10]。

3.4 設備選型

按照GB 50359—2005《煤炭洗選工程設計規范》選取不均衡系數[11]，煤泥水系統取1.25。根據流程計算，箱式隔膜壓濾機需1.77臺，故擬選用2臺XAZG500/2000-U箱式隔膜壓濾機，其過濾面積為500 m2，濾室深度為40 mm，濾室數量72個，設備外形尺寸為11.7 m×2.9 m×2.42 m。

3.5 系統自動化

為達到減人增效目的，改造后精煤回收系統采用集控操作，全自動聯動控制設計。

4 經濟效益分析

4.1 運行費用

新舊系統運行費用的差異主要體現在設備能耗上。項目實施后，新系統裝機功率共518 kW，按有效功率60%，電費單價0.67元/度，運行330 d，每天生產16 h計算，每年電費支出約109.95萬元。原系統裝機功率共1 084 kW，依此計算，每年電費支出230.09萬元，由此可知每年可減少電費等成本支出120萬元。

4.2 精煤產率

現有精煤泥回收系統濾液水濃度按60 g/L(4月平均)計算，濾液水量為120 m3/h，返回系統煤泥量為7.2 t/h，浮選入料量為350 m3/h，入浮濃度增加21 g/L。按照浮選實際生產時，入浮濃度低，浮選分選效率越高[12]，預計可提高浮選產率2.7個百分點，提高精煤產率0.3個百分點，年可創收249萬元。

5 結語

南桐洗選廠干壩子廠區在當前煤質下，將現有加壓過濾機更換為箱式壓濾機，不僅可有效提高浮選精煤產率，還能有效杜絕超細物料在系統中的惡性循環。采用水壓不采用風壓后，每年可減少電費支出120多萬元，實現重介系統與煤泥回收系統同步回收，人力成本減少，達到節能降耗的目的。