馬 濤，楊東紅

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

煤泥是煤炭洗選加工過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)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(fā)熱量，因此只能在廠內(nèi)大量堆儲，煤泥處理難題非常突出。經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，包括亭南選煤廠在內(nèi)的很多動力煤選煤廠，煤泥的發(fā)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(fā)熱量，改善目前的困境。經(jīng)過深入的調(diào)研后，亭南選煤廠確定采用超高壓壓濾技術(shù)來處理煤泥水，以期達到煤泥深度脫水的目的。

1 選煤廠現(xiàn)狀

亭南選煤廠每年產(chǎn)生煤泥50～60萬t。煤泥壓濾系統(tǒng)原設(shè)計4臺550 m2板框壓濾機，壓濾后煤泥水分28%～30%，發(fā)熱量12.55 MJ/kg。壓濾機目前是超負荷運轉(zhuǎn)，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(chǎn)品中銷售，壓濾后煤泥現(xiàn)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(shè)備介紹

超高壓壓濾機為近2 a研發(fā)利用到煤泥處理工藝上的新型煤泥水壓濾設(shè)備，該設(shè)備前身主要用于鈦白粉的生產(chǎn)工藝上，由于設(shè)備價格較高，一直未在選煤工藝上使用。該設(shè)備經(jīng)過針對性改造、改良后，在煤泥處理工藝上經(jīng)過了工業(yè)實驗階段，取得了很好的使用效果。同時設(shè)備價格也出現(xiàn)較大下落，具備大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)使用的基礎(chǔ)。超高壓壓濾機具有可提供超高壓壓力、處理量大、產(chǎn)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(guī)的快開隔膜壓濾壓力大10倍左右。

2.1 設(shè)備原理

利用壓力設(shè)備實現(xiàn)煤泥脫水是現(xiàn)在煤泥處理的主要方式。目前普通的煤泥壓濾技術(shù)采用的壓力為1.2～1.6 MPa左右，超高壓技術(shù)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(jīng)過多次試驗發(fā)現(xiàn)，煤泥水壓濾過程中，隨著壓力的增加，煤泥的水分持續(xù)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(zhì)的煤泥臨界值不同。基于這點，通過多次試驗后發(fā)現(xiàn)壓濾的壓力在7～10 MPa區(qū)間時，煤泥可以達到這個臨界值，實現(xiàn)理想的壓濾效果。

2.2 設(shè)備構(gòu)成介紹

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

圖2 超高壓壓濾機設(shè)備示意

主機架：主機架由兩側(cè)拉板梁和設(shè)備頭尾兩端的止推座構(gòu)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(jié)構(gòu)。整個機架重量在100 t左右。

料膜板：該設(shè)備共設(shè)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(jié)構(gòu)，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(nèi)部走管側(cè)邊進料的形式。料膜板外披掛濾網(wǎng)和濾布。

水膜板：該設(shè)備共設(shè)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(jié)構(gòu)，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(tǒng)，一般由底層的膠皮、中間層的濾網(wǎng)、表層的濾布構(gòu)成，不同廠家在濾布設(shè)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(xiàn)高壓濾室的情況下均勻分布壓力，保證設(shè)備整體的穩(wěn)定性，避免拉板梁和濾板因不均勻受力而出現(xiàn)變形。

拉板系統(tǒng)：拉板系統(tǒng)為自動拉板系統(tǒng)，實現(xiàn)自動卸料。

高壓自動閥：配套系統(tǒng)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(shè)備參數(shù)

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

壓濾機需配套往復(fù)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(yù)測

經(jīng)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(chǎn)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(shè)備，形成獨立完整的超高壓壓濾系統(tǒng)。

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(gòu)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(xù)進行保壓，完成初次壓榨。

(3)二次壓榨過程：初壓榨后自動關(guān)閉進料閥，利用壓榨泵向濾室內(nèi)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(shè)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(shù)實現(xiàn)煤泥壓濾過程的智能化、少人化控制是選煤廠未來發(fā)展的方向。超高壓壓濾機工藝系統(tǒng)采用智能化設(shè)計，基于 PLC 控制技術(shù)，可實現(xiàn)煤泥壓濾入料過程、壓榨過程的恒壓控制，提高煤泥產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)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(shè)的發(fā)展方向。

超高壓壓濾工藝智能控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)選煤廠集控系統(tǒng)與超高壓壓濾控制系統(tǒng)的對接，采集超高壓壓濾系統(tǒng)的數(shù)據(jù)作為控制節(jié)點，通過超高壓壓濾自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)聯(lián)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(lián)動控制。

4 改造內(nèi)容

4.1 設(shè)備選型計算

根據(jù)系統(tǒng)生產(chǎn)能力計算，需要超高壓壓濾機臺數(shù)：

N=Q×T/(60×ρ×V)

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

根據(jù)選煤廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)，目前每小時生產(chǎn)濕煤泥量為125 t左右。按FT2020-100型設(shè)備參數(shù)計算，需選用4臺。

4.2 車間布置

單臺超高壓壓濾機設(shè)備重量為250 t左右，原壓濾廠房結(jié)構(gòu)不滿足，改造需要新建壓濾車間。

壓濾車間設(shè)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(shè)備。

圖4 壓濾車間設(shè)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(fā)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(jīng)過計算，將壓濾后干煤泥的40%摻配進末煤后，末煤發(fā)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(shù)服務(wù)費、大修費用、材料服務(wù)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(tǒng)后，每年可增加直接收益5 307萬元，經(jīng)濟效益顯著。

6 結(jié) 語

目前，該項目已正式投產(chǎn)運行，設(shè)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(yù)期的效果?？梢灶A(yù)見，超高壓壓濾機在煤泥水處理的成功應(yīng)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(tǒng)的生產(chǎn)壓力，打通選煤廠生產(chǎn)的綠色通道。通過新型超高壓壓濾機的應(yīng)用，必將為選煤廠帶來良好的經(jīng)濟效益，同時，一級洗水閉路循環(huán)也保證了環(huán)保方面的要求，解決以前靠露天堆放等方式對生態(tài)環(huán)境造成的破壞和影響，實現(xiàn)經(jīng)濟效益和環(huán)境保護的雙豐收。