亭南選煤廠新型煤泥超高壓壓濾機的應用

馬 濤，楊東紅

(1.濱海金地礦業工程技術(北京)有限公司，北京 100083；2.陜西長武亭南煤業有限責任公司，陜西 咸陽 713600)

煤泥是煤炭洗選加工過程中產生的副產物之一，普遍具有黏濕特性，水分較高，很難被資源化利用。煤泥直接外銷難度大、價格低，摻入精煤又會影響精煤的發熱量，因此只能在廠內大量堆儲，煤泥處理難題非常突出。經過調研發現，包括亭南選煤廠在內的很多動力煤選煤廠，煤泥的發熱量普遍較高，如果能大幅降低煤泥的水分，就可以顯著提高煤泥的發熱量，改善目前的困境。經過深入的調研后，亭南選煤廠確定采用超高壓壓濾技術來處理煤泥水，以期達到煤泥深度脫水的目的。

1 選煤廠現狀

亭南選煤廠每年產生煤泥50～60萬t。煤泥壓濾系統原設計4臺550 m2板框壓濾機，壓濾后煤泥水分28%～30%，發熱量12.55 MJ/kg。壓濾機目前是超負荷運轉，壓濾后煤泥成泥團狀，擠壓時易擠壓成大塊泥團。煤泥目前落地存儲，有銷路時直接裝車銷售，無法摻配至混煤產品中銷售，壓濾后煤泥現狀如圖1所示。

圖1 亭南選煤廠煤泥壓濾后狀況

2 超高壓壓濾機設備介紹

超高壓壓濾機為近2 a研發利用到煤泥處理工藝上的新型煤泥水壓濾設備，該設備前身主要用于鈦白粉的生產工藝上，由于設備價格較高，一直未在選煤工藝上使用。該設備經過針對性改造、改良后，在煤泥處理工藝上經過了工業實驗階段，取得了很好的使用效果。同時設備價格也出現較大下落，具備大規模工業生產使用的基礎。超高壓壓濾機具有可提供超高壓壓力、處理量大、產品水分低等特點，其最大的特點是二次壓榨采用超高壓水壓榨，最大壓力可以達到8～10 MPa，比目前常規的快開隔膜壓濾壓力大10倍左右。

2.1 設備原理

利用壓力設備實現煤泥脫水是現在煤泥處理的主要方式。目前普通的煤泥壓濾技術采用的壓力為1.2～1.6 MPa左右，超高壓技術將壓榨壓力提升8～10倍。針對不同的煤泥特性，可達到降低10%左右水分的效果。

經過多次試驗發現，煤泥水壓濾過程中，隨著壓力的增加，煤泥的水分持續降低，直到降到一個臨界值，之后，隨著壓力的提升，煤泥的水分基本保持不變。不同煤質的煤泥臨界值不同?；谶@點，通過多次試驗后發現壓濾的壓力在7～10 MPa區間時，煤泥可以達到這個臨界值，實現理想的壓濾效果。

2.2 設備構成介紹

亭南選煤廠采用FT2020-100型超高壓壓濾機，該設備主要由主機架、料膜板、水膜板、高壓油缸、拉板系統、高壓自動閥門等部件構成。超高壓壓濾機設備示意詳如圖2所示。

圖2 超高壓壓濾機設備示意

主機架：主機架由兩側拉板梁和設備頭尾兩端的止推座構成，由于壓榨過程中主機架拉板梁承受的拉力能達到10 MPa，主機架全部采用金屬結構。整個機架重量在100 t左右。

料膜板：該設備共設50塊料膜板，單塊料膜板尺寸為2100mm×2100mm，為濾室形成后進料所用，料膜板為金屬結構，每塊板重量1 t左右，壓榨過程中邊框最大的壓強能達到100 MPa/m2左右。料膜板進料采用濾板內部走管側邊進料的形式。料膜板外披掛濾網和濾布。

水膜板：該設備共設50塊水膜板，單塊水膜板尺寸為2100mm×2100mm，主要作用是濾室形成后二次壓榨過程中的高壓進水。料膜板為金屬結構，每塊板重量0.8 t左右，壓榨過程中邊框最大的壓強能達到100 MPa/m2左右。水膜板外披掛3～4層濾布系統，一般由底層的膠皮、中間層的濾網、表層的濾布構成，不同廠家在濾布設置上稍有差異。

高壓油缸：目前普遍采用的油缸為16缸的高壓油缸，目的是在實現高壓濾室的情況下均勻分布壓力，保證設備整體的穩定性，避免拉板梁和濾板因不均勻受力而出現變形。

拉板系統：拉板系統為自動拉板系統，實現自動卸料。

高壓自動閥：配套系統的高壓壓力，壓濾機的進料閥門均為高壓氣自動閥門。

2.3 設備參數

FT2020-100型超高壓壓濾機設備共100個濾室，單個濾室為2000 mm×2000 mm，濾室厚度600 mm。設備工作1次循環時間為45～60 min，單次循環可生產干煤餅25 t左右，小時處理能力25～30 t。

壓濾機需配套往復式入料泵和高壓壓榨泵，高壓壓榨泵最大壓榨壓力10 MPa。

2.4 壓濾后煤泥預測

經過壓濾后，煤泥形成濾餅，破碎后形成松散的粉末，可以方便的摻入混煤產品中。壓濾后煤泥效果展示如圖3所示。

圖3 壓濾后煤泥效果展示

3 工藝流程及智能化控制

FT2020-100型超高壓壓濾機配套入料泵、壓榨泵、煤泥破碎機、煤泥收集帶式輸送機等設備，形成獨立完整的超高壓壓濾系統。

3.1 工藝流程

超高壓壓濾工藝流程為：

(1)壓緊濾板：壓緊油缸工作，使動板向定板方向移動，把兩者之間的濾板壓緊。在相鄰的濾板間構成封閉的濾室。

(2)進料過程：給料泵將煤泥水輸送至濾室，濾餅逐漸行成，此時壓力達到1.8 MPa左右。濾室充滿后，給料泵繼續進行保壓，完成初次壓榨。

(3)二次壓榨過程：初壓榨后自動關閉進料閥，利用壓榨泵向濾室內通入高壓水，使得濾布膨脹變形，從而達到對濾餅的二次壓榨的作用，進一步減少水分，此過程壓力最大可達到10 MPa。

(4)松開濾板：利用拉開裝置將濾板按設定的方式拉開。

(5)濾板卸料：拉開裝置相繼拉開濾板后，濾餅借助自重脫落，由下部的帶式輸送機運走。

3.2 智能化控制

利用智能控制技術實現煤泥壓濾過程的智能化、少人化控制是選煤廠未來發展的方向。超高壓壓濾機工藝系統采用智能化設計，基于 PLC 控制技術，可實現煤泥壓濾入料過程、壓榨過程的恒壓控制，提高煤泥產品質量，實現煤泥壓濾過程智能化控制，符合選煤廠整體智能化、信息化建設的發展方向。

超高壓壓濾工藝智能控制系統可以實現選煤廠集控系統與超高壓壓濾控制系統的對接，采集超高壓壓濾系統的數據作為控制節點，通過超高壓壓濾自動控制系統，實現聯動控制，包括超高壓壓濾機與帶式輸送機、超高壓壓濾機之間、入料泵、高壓壓榨泵的聯動控制。

4 改造內容

4.1 設備選型計算

根據系統生產能力計算，需要超高壓壓濾機臺數：

N=Q×T/(60×ρ×V)

式中：N為設備臺數，臺；Q為每小時需處理濕煤泥量，t；T為單個循環時間，min；V為單臺濾室容積，m3；ρ為煤泥水密度，g/cm3。

根據選煤廠生產數據，目前每小時生產濕煤泥量為125 t左右。按FT2020-100型設備參數計算，需選用4臺。

4.2 車間布置

單臺超高壓壓濾機設備重量為250 t左右，原壓濾廠房結構不滿足，改造需要新建壓濾車間。

壓濾車間設備布置示意如圖4所示。車間共分為3層，4臺壓濾機順著車間長度方向布置在標高5 m平面，煤泥收集帶式輸送機布置在-0.5 m平面，-3.00 m平面為廠房一層平面，布置壓濾機入料泵和桶、壓濾機高壓壓濾泵和桶等設備。

圖4 壓濾車間設備布置示意

5 效益分析

(1)濕煤泥直接銷售價格180 元/t，不含稅價159.29元/t，濕煤泥年銷售收入=50萬t×159.29元/t= 7965萬元。

(2)摻配前，發熱量24.27 MJ/kg的末煤銷售價格580元/t，不含稅價517.70元/t，年銷售收入=450萬t×52%×517.70元/t=121142萬元。

以上兩項合計129 106萬元。

(3)經過計算，將壓濾后干煤泥的40%摻配進末煤后，末煤發熱量升為23.85 MJ/kg，剩余60%直接銷售。摻配后，末煤銷售價格570元/t。不含稅價508.85元/t，年銷售收入=450萬t×52%×508.85元/t+50萬t×90%×40%×247.79元=128230萬元。

(4)壓濾后干煤泥銷售價格280元/t，不含稅價247.79元/t，年銷售收入=50萬t×90%×60%×247.79元/t=6690萬元。

以上兩項合計134 920萬元。

(5)年度運營成本。按BOT運營模式計算，成本包括人工費、管理費、技術服務費、大修費用、材料服務費五項，年度總運營成本=50萬t×10.14元=507萬元。

由此可計算出新建壓濾系統后，每年可增加直接收益5 307萬元，經濟效益顯著。

6 結 語

目前，該項目已正式投產運行，設備運行良好，壓濾后干煤泥水分可降低至18%，比原有板框壓濾機壓榨后煤泥水分降低10%，達到了預期的效果?？梢灶A見，超高壓壓濾機在煤泥水處理的成功應用，將徹底解決亭南選煤廠煤泥水處理的困境。煤泥水處理工藝水平的提升，也將解放重介系統的生產壓力，打通選煤廠生產的綠色通道。通過新型超高壓壓濾機的應用，必將為選煤廠帶來良好的經濟效益，同時，一級洗水閉路循環也保證了環保方面的要求，解決以前靠露天堆放等方式對生態環境造成的破壞和影響，實現經濟效益和環境保護的雙豐收。