STC2000超高壓壓濾機(jī)在煤泥水處理中的應(yīng)用研究

王 懷

(焦作煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司 煤質(zhì)中心，河南 焦作 454001)

焦煤公司中馬村礦選煤廠始建于1957年，系統(tǒng)原設(shè)計生產(chǎn)能力為0.60 Mt/a，入洗中馬村礦優(yōu)質(zhì)2號無煙煤，后經(jīng)過在1997年、2010年、2020年3次升級改造，實際洗選能力達(dá)1.20 Mt/a。選煤廠主要的洗選工藝：礦井原煤經(jīng)分級、除雜、破碎后進(jìn)入洗選系統(tǒng)，13～80 mm塊煤采用跳汰分選，其分選出的塊精煤采用重介淺槽分選機(jī)再次精選；<13 mm粒級末原煤經(jīng)1.5 mm脫泥篩分級后，1.5～13 mm采用有壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選；0.5～1.5 mm粗煤泥采用TBS分選；<0.5 mm細(xì)粒級煤泥水進(jìn)入浮選、尾煤壓濾聯(lián)合洗選工藝[1-2]。

1 存在問題

1.1 煤泥產(chǎn)率增加，煤泥水系統(tǒng)負(fù)荷增大

隨著礦井煤炭產(chǎn)量增加和煤質(zhì)變化，中馬村礦煤泥產(chǎn)率不斷提高，煤泥產(chǎn)率由6.80%增加到11.58%，煤泥粒度組成也發(fā)生了較大變化，極細(xì)顆粒逐漸增多，煤泥粒度組成見表1。煤泥產(chǎn)率的提高和結(jié)構(gòu)的變化，增加了后續(xù)煤泥水處理系統(tǒng)的負(fù)荷，由于煤泥水處理要消耗大量的藥劑，增加了洗選成本，煤泥脫水成為制約該礦選煤廠生產(chǎn)的主要問題之一。

表1 煤泥粒度組成Tab.1 Slime particle size composition

1.2 現(xiàn)有煤泥脫水設(shè)備故障率高

中馬村礦選煤廠煤泥處理主要采用2臺XAMZ750/2000-UB型廂式壓濾機(jī)，部分設(shè)備配件難以采購，設(shè)備故障率高、效率低。隨著煤泥中極細(xì)顆粒的增加，生產(chǎn)的濕煤泥水分在24%～26%，使用效果不好，2臺廂式壓濾機(jī)的煤泥處理能力和使用效果不能滿足選煤廠生產(chǎn)需要。

1.3 經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益差

中馬村礦選煤廠生產(chǎn)的煤泥質(zhì)量情況見表2，平均灰分48.80%，平均水分25.4%，主要作為副產(chǎn)品進(jìn)行地銷。煤泥水分高，易黏成塊狀，裝卸車?yán)щy；作為副產(chǎn)品售價低，性價比低，經(jīng)濟(jì)效益差，不符合洗選經(jīng)濟(jì)效益最大化的要求；煤炭企業(yè)產(chǎn)品運銷公轉(zhuǎn)鐵是發(fā)展趨勢，如采用鐵路運輸煤泥，運輸?shù)接脩舨缓眯盾嚕叶鞚衩耗嗳菀變鼋Y(jié)，給卸車帶來更大困難；煤泥儲存和運輸狀態(tài)不穩(wěn)定，遇水易流失，風(fēng)吹易揚塵，不僅造成資源的浪費，而且污染環(huán)境。

表2 煤泥質(zhì)量情況Tab.2 Slime quality

2 試驗分析與設(shè)備選擇

2.1 試驗分析

現(xiàn)以STC2000型超高壓試驗機(jī)對中馬村礦選煤廠煤泥水進(jìn)行脫水試驗，試驗機(jī)與實際設(shè)備完全一樣，區(qū)別在于試驗機(jī)為僅安裝3塊1 000 mm濾板的小型機(jī)器，能生產(chǎn)2塊濾餅。中馬村礦選煤廠煤泥水脫水試驗結(jié)果見表3。

表3 中馬村礦選煤廠煤泥水脫水試驗結(jié)果Tab.3 Dehydration test results of slime water in Zhongmacun Coal Preparation Plant

2.2 設(shè)備選擇

煤泥超高壓壓濾技術(shù)是近年發(fā)展起來的新型壓濾技術(shù)，采用超高壓水力壓榨，最大壓濾可以達(dá)到10 MPa，是常規(guī)快開隔膜壓濾高壓風(fēng)壓壓榨壓力的12倍，超高壓壓濾后煤泥的水分比常規(guī)快開隔膜壓濾后煤泥的水分再降低8%～10%，可使無煙煤煤泥含水率降至14%～18%，發(fā)熱量提升2.09～2.93 MJ/kg。該工藝技術(shù)既可以有效降低煤泥水分，又有生產(chǎn)成本低、無環(huán)保風(fēng)險等優(yōu)勢，結(jié)合中馬村礦選煤廠煤泥生產(chǎn)和試驗情況，選擇1臺STC2000超高壓壓濾機(jī)對系統(tǒng)進(jìn)行升級改造[3]。

3 STC2000型超高壓壓濾機(jī)

3.1 結(jié)構(gòu)組成與工作原理

STC2000型超高壓壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。該壓濾機(jī)集機(jī)、電、液于一體，主要由5大部分組成：機(jī)架部分、過濾部分、拉板部分、液壓部分和電氣控制部分。

圖1 STC2000型超高壓壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)示意Fig.1 STC2000 ultra-high pressure filter press structure diagram

(1)機(jī)架部分。機(jī)架部分是機(jī)器的主體，用以支撐過濾機(jī)構(gòu)，連接其他部件。主要由止推板、壓緊板、油缸體和主梁等部件組成。機(jī)器工作時，油缸體內(nèi)的活塞推動壓緊板，將位于壓緊板與止推板之間的料模濾板、水模濾板、濾布、膠皮壓緊，以保證帶有壓力的料漿在濾室內(nèi)進(jìn)行加壓過濾。

(2)過濾部分。由按一定次序排列在主梁上的水模濾板、料模濾板、夾在濾板之間的濾布、膠皮組成，料模濾板、濾布、膠皮與水模濾板的相間排列，形成了若干個獨立的過濾單元—濾室。過濾開始時，料漿在進(jìn)料泵的推動下，經(jīng)各料模上的進(jìn)料口進(jìn)入各濾室內(nèi)，并借進(jìn)料泵產(chǎn)生的壓力進(jìn)行過濾。由于濾布的作用，使固體留在濾室內(nèi)形成濾餅，濾液由水嘴排出。進(jìn)料結(jié)束后，啟動壓榨泵，打入高壓水，經(jīng)隔膜壓榨后，使濾餅里殘留的水分在壓榨壓力作用下進(jìn)一步被榨出，形成干濾餅。

(3)拉板部分。由液壓馬達(dá)、機(jī)械手、傳動機(jī)構(gòu)、暫停裝置等組成。拉板系統(tǒng)采用液壓馬達(dá)驅(qū)動，液壓馬達(dá)帶動傳動鏈條從而帶動機(jī)械手運動，將濾板分組逐一拉開。

(4)液壓部分。采用動態(tài)衡壓的方法，讓油缸的壓力并不是在合模后就達(dá)到最大，而是隨濾室里的壓力變化而變化，可以確保邊框的壓力只比濾室高1～3 MPa。

(5)控制系統(tǒng)。整機(jī)采用工控機(jī)自動控制，采用中央控制模式。單套裝置配置一套獨立的PLC控制系統(tǒng)，可以現(xiàn)場操控，也可切換至遠(yuǎn)程操控。

3.2 技術(shù)參數(shù)

中馬村礦選煤廠使用的STC2000-10型超高壓壓濾機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表4。

表4 超高壓濾機(jī)主要技術(shù)參數(shù)Tab.4 Main technical parameters of ultra-high pressure filter

4 實施方案

4.1 改造方式

將選煤廠壓濾車間西側(cè)廂式壓濾機(jī)及其輔助設(shè)施拆除，安裝超高壓壓濾機(jī)、泵類、濾餅破碎機(jī)、膠帶機(jī)等主要設(shè)備及其電氣、集控輔助設(shè)施，東臺壓濾機(jī)在建設(shè)期間使用并作為新系統(tǒng)投用后的備用設(shè)備。系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)系流程：選煤廠濃縮機(jī)底流經(jīng)泵送至壓濾機(jī)入料桶，經(jīng)壓濾機(jī)入料泵輸送進(jìn)入超高壓壓濾系統(tǒng)，進(jìn)料結(jié)束后，啟動高壓壓榨泵，在6～10 MPa 的壓榨壓力作用下，煤泥料漿內(nèi)的大部分水被擠出，實現(xiàn)深度脫水，經(jīng)深度脫水后的煤泥通過破碎機(jī)破碎后，經(jīng)膠帶機(jī)轉(zhuǎn)運至儲煤場與末煤進(jìn)行摻配，作為末煤產(chǎn)品進(jìn)行銷售，也可以單獨落地作為產(chǎn)品進(jìn)行銷售。

4.2 主要設(shè)備選型

依據(jù)《煤炭洗選工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50359—2016)的標(biāo)準(zhǔn)，煤泥水系統(tǒng)不均衡系數(shù)取1.35，主要設(shè)備選型結(jié)果見表5。

表5 主要設(shè)備選型Tab.5 Selection table of main equipment

5 應(yīng)用效果分析

STC2000-10型超高壓壓濾機(jī)在中馬村礦選煤廠安裝投用以來，完全能夠滿足選煤廠煤泥壓濾脫水的要求，實現(xiàn)了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

(1)生產(chǎn)系統(tǒng)運行穩(wěn)定，每班僅需1人巡崗，具體生產(chǎn)參數(shù)見表6，壓濾后打散的煤泥如圖2所示。

表6 煤泥超高壓壓濾脫水情況Tab.6 Slime ultra-high pressure filter dehydration

圖2 壓濾及打散后的煤泥Fig.2 Filtered and dispersed coal slime

由表6可知，STC2000-10型超高壓壓濾機(jī)完全能夠滿足中馬村礦選煤廠煤泥壓濾脫水的需要，取得了較好的效果。采用6～8 MPa的壓榨壓力，就可以滿足生產(chǎn)需要，單循環(huán)實際處理能力達(dá)到28 t左右，濾餅平均厚度54 mm，單個壓榨周期43 min左右，煤泥水分13.5%，發(fā)熱量較原生產(chǎn)的濕煤泥提高2.72 MJ/kg左右。

(2)中馬村礦選煤廠原煤含塊率僅有15%，42級末煤生產(chǎn)任務(wù)較大，技改前主要靠對原煤進(jìn)行篩分來生產(chǎn)末煤。通過首次在無煙煤煤泥壓濾中引入STC2000型超高壓壓濾機(jī)，生產(chǎn)的煤泥干度高，水分可降低至13%左右。脫水后的煤泥具有較好的可塑性，經(jīng)過破碎后與末原煤進(jìn)行摻配，完成42級末煤生產(chǎn)任務(wù)，在該廠徹底消滅了煤泥品種，實現(xiàn)了煤泥全部回收，優(yōu)化了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，最大限度地實現(xiàn)了提質(zhì)增效。

(3)通過運行期間的調(diào)試和統(tǒng)計，該系統(tǒng)實現(xiàn)了產(chǎn)能最大化，每日最大產(chǎn)能達(dá)900 t，完全能夠滿足選煤廠生產(chǎn)需要；實現(xiàn)了自動化，系統(tǒng)僅需1人巡檢；實現(xiàn)了智能化生產(chǎn)，生產(chǎn)過程自動檢測、故障報警、遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程統(tǒng)計；系統(tǒng)具有工藝簡單、無需熱源、運行成本低、無廢棄物排放、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益較好。

(4)改造前中馬村礦生產(chǎn)的煤泥灰分48.80%，水分25.4%，發(fā)熱量11.04 MJ/kg；技改后，壓濾煤泥水分為13.5%，發(fā)熱量達(dá)13.98 MJ/kg，發(fā)熱量提高后，煤泥單價可以提高163.35元/t。按照生產(chǎn)能力1.20 Mt/a、煤泥產(chǎn)率11.58%計算，則每年可以增加經(jīng)濟(jì)效益2 269.91萬元?？紤]到電耗、維修、折舊、拆除舊設(shè)備凈值等生產(chǎn)成本每年估算為156.81萬元，每年可新增效益2 113.10萬元，9個月可回收全部投資。

6 結(jié)語

針對中馬村礦選煤廠存在的煤泥產(chǎn)率增高、設(shè)備老化、經(jīng)濟(jì)效益差等問題，通過大量的煤質(zhì)試驗和市場調(diào)研，率先在焦作礦區(qū)無煙煤煤泥壓榨中引進(jìn)STC2000-10型超高壓壓濾機(jī)。系統(tǒng)安裝投運以來，運行穩(wěn)定，各項生產(chǎn)指標(biāo)達(dá)到預(yù)期效果，消滅了煤泥產(chǎn)品，實現(xiàn)了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提高了綜合售價，符合國家和企業(yè)相關(guān)政策，經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益和社會效益顯著，為選煤廠在煤泥減量方面提供了新的思路和方法，應(yīng)用前景廣泛。