穿流式壓濾機對選煤廠極細煤泥脫水的可行性研究

2021-03-19 01:05:02黃健華

煤炭加工與綜合利用 2021年2期

黃健華

(山西西山晉興能源有限責任公司斜溝煤礦選煤廠，山西呂梁 033602)

1 選煤廠壓濾系統現狀及存在問題分析

1.1 煤泥中微細粒級含量增加

斜溝煤礦選煤廠采用150～50 mm級塊煤重介淺槽、50～1.5 mm級重介旋流器主再選、1.5～0.2 mm級粗煤泥TCS分選的聯合工藝，剩余細粒級煤泥由沉降過濾離心機及快開式隔膜壓濾機脫水回收。通過近年來不斷探索實施煤泥減量化技術，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篩縫、增大TCS入料旋流器組底流口內徑、降低TCS分選機頂水流量等措施，截粗效果明顯。大部分大于0.074 mm粒度級煤泥在TCS分選及沉降脫水環節得到有效回收，減輕了高效濃縮機的負荷。壓濾煤泥產率也由原先的8.0%降至6.5%～7.0%，但其在粒度組成上則向更微細顆粒的方向富集，壓濾入料小篩分試驗結果見表1所示。

表1 壓濾入料粒度組成

從表1可見，該廠壓濾入料中小于0.074 mm粒度級占比達到80%左右，細粒煤比表面積大，孔隙結構發達，吸水性強，懸浮液粘度大，脫水變得相當困難。快開壓濾機在應對超細粒煤泥時脫水效率明顯下降，壓濾周期變長，濾餅水分高達25%～27%，并且容易粘附濾板，人工捅落濾餅易引發安全事故。

1.2 煤泥摻入洗混煤比例受限制

該廠快開式壓濾機共12臺，其中一、二期壓濾系統各6臺，呈鏡像布置，一期壓濾系統設備聯系情況見圖1。生產過程中通過1502煤泥轉載刮板機可將煤泥直接摻入洗混煤，作為動力煤銷售；也可以進入1553煤泥出廠膠帶機落地，就地晾曬后再由汽車地銷。因洗混煤水分合同指標為小于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 一期壓濾系統設備聯系

為避免裝車蓬倉及冬季凍車事故，該廠只能嚴格控制入摻煤泥量，尤其當兩期系統同時洗精煤時，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，價格較低，造成企業經濟效益大幅降低，因煤泥堆存、裝車和運輸等一系列環節造成了環境污染問題。

1.3 原有壓濾機老化

原有壓濾機于2010年投入使用，電控及液壓系統不同程度出現老化，機架變形，故障頻發，維護費用高。

鑒于上述問題的存在，該廠迫切需要尋找一種新型壓濾機來替代原有快開壓濾機，進一步降低煤泥水分，以實現壓濾煤泥全部入摻洗混煤，提升煤泥品質，增加經濟效益。

2 穿流壓濾機設備特性

穿流式壓濾機全稱為“單室進料空氣穿流水洗濾餅壓濾機”，是近年來在快開式壓濾機的基礎上發展起來的一種新型壓濾脫水設備，對微細粒煤泥的脫水效果良好。2019年本集團東曲和馬蘭選煤廠相繼完成了穿流式壓濾機的改造，濾餅水分大幅降低，達到了預期效果。

2.1 設備工作原理

濾漿在進料泵的推動下，由主進料管道向每個濾室單獨分流進料，固體顆粒在濾布上形成濾餅，濾液穿過濾布從濾液排放口集中排出。與快開壓濾機濾板不同，穿流式壓濾機具有獨特角吹風功能，通過壓縮空氣穿透濾餅將液態水隨空氣帶出，有效降低濾餅水分；通過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，通過水壓改變濾室容積，對濾餅進行壓榨，進一步降低濾餅水分。

穿流壓濾機整個動作過程工序依次為：壓緊→進料→反吹→水壓榨→濾餅風干→二次反吹→卸料。高壓水鼓膜壓榨、濾餅風干與產品水分直接相關，這2個環節也正是單室進料空氣穿流水洗濾餅壓濾機的特點。

2.2 設備結構

單室進料空氣穿流隔膜高效壓濾機結構見圖2所示。

1—止推板；2—主梁；3—壓緊板；4—自動拉板系統；5—機座；6—電柜；7—油缸；8—液壓系統；9—進料連接口；10—反吹連接口；11—濾液排放及洗滌進水和濾餅風干進風口；12—濾液排放和濾餅風干出液排放口；13—壓榨連接口；14—翻板出液口；15—翻板；16—進料防腐板；17—隔膜密封B板；18—進料A板；19—濾布

濾板配置是穿流壓濾機的核心部件，每個濾室由進料A板和密封B板組合成的獨立密閉空間，隔膜密封B板是洗滌和濾餅風干的進水進氣板，進料A板是洗滌和濾餅風干的排水排氣板。入料方式為A板邊角入料，相比快開壓濾機中心兩端入料，過濾面積增大約6%～10%，有效保證濾餅厚度均勻。濾餅風干功能有助于卸料時濾餅與濾布分離，濾餅自動脫落，降低了安全風險隱患。

3 穿流壓濾機半工業試驗

為驗證壓濾煤泥降水效果，該廠使用穿流壓濾機試驗機進行了現場半工業試驗，與原有快開壓濾機對濃縮機底流進行脫水效果對比。為確保2種機型入料性質一致，各組試驗均選擇在同一時間點進行，試驗結果見表2。

表2 穿流式壓濾機現場半工業試驗水分結果

從表2試驗結果來看，穿流壓濾機的水分明顯降低，最高20.0%，最低18.2%，平均在19.3%，濾餅水分較現有的快開壓濾機濾餅水分降低了7.0%，降水效果顯著，表明了穿流式壓濾機對該廠物料濃度及性質適應性強，并隨著水壓榨壓力的升高而濾餅水分呈下降趨勢。

4 技術改造方案設計

針對斜溝煤礦選煤廠現有設備布置情況及廠房空間條件，將原有12臺快開式壓濾機一對一替換為12臺同廠家穿流式壓濾機，單臺過濾面積不低于560 m2，地腳尺寸長/寬為10 630 mm ×1 690 mm，與原設備地腳位置一致。原壓濾機入料泵可滿足新穿流式壓濾機入料要求，無須更換。需要另外購置與壓濾機一一配套的壓榨清水箱和壓榨管道泵，水箱容積為38 m3，采用多級泵，流量65 m3/h，揚程140～160 m。

空壓機臺數確定：穿流式壓濾機單臺循環用風量為40～50 m3/min，為保證煤泥均勻入摻洗混煤，單期系統只允許2臺壓濾機同時卸料，而各壓濾機角吹與反吹工序可通過智能化控制程序交錯執行，2臺壓濾機同時進入濾餅風干與反吹環節需壓力穩定的壓縮空氣約100 m3/min，那么3臺排氣量為40 m3/min、排氣壓力1.0 MPa的空壓機供風可能滿足單期系統日常生產需求。

儲氣罐數量確定：根據壓濾機推薦儲氣罐搭配方案，穿流式空壓機其濾餅風干、反吹用風均須相對獨立，反吹風使用原系統儲氣罐即可滿足。另外每期系統各配備3臺容積為40 m3儲氣罐為壓濾機濾餅風干流程供風。穿流壓濾機改造方案增加設備明細見表3所示。

表3 每期穿流壓濾機改造方案增加設備明細

5 投資估算及效益分析

5.1 經濟效益

本項工程估算總投資為3 520萬元，其中土建工程投資為200萬元，設備及工器具購置投資為2 720.0萬元，安裝工程投資為500萬元，工程建設其他費用投資100萬元。

根據近期的產品銷售價格，氣精煤售價745元/t，洗混煤售價370元/t，煤泥售價130元/t，矸石治理費按23.38元/t計。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%，發熱量提高了167.2 kJ/kg左右，進而減少精煤回摻量，精煤產率可提高1.54%，效益對比見表4。