唐家會礦選煤廠煤泥降水摻混的研究與工藝實踐

韓 信 彭家松 王 賀 高 健 曹永文

（1.淮礦西部煤礦投資管理有限公司，內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市，017000；2.淮礦芬雷公司唐家會礦選煤廠，內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市，017000）

唐家會礦選煤廠位于內(nèi)蒙古自治區(qū)準格爾旗境內(nèi)，該廠為大型動力煤選煤廠，設計原煤處理能力10 Mt/a，塊煤（200～13 mm）采用重介淺槽、末煤（13～1.5 mm）采用兩產(chǎn)品重介旋流器、粗煤泥（1.5～0.25 mm）采用螺旋分選機分選、煤泥水采用兩段濃縮工藝。一段濃縮機底流采用沉降過濾離心機回收，二段濃縮機底流采用壓濾機回收，由于二段濃縮機底流中的細顆粒含量較高，導致現(xiàn)有壓濾機回收產(chǎn)品水分較高，平均在33%左右，煤泥發(fā)熱量為13.38 MJ/kg。壓濾煤泥由于粘度大、水分高、熱值低，無法直接摻入產(chǎn)品煤中進行銷售。由于煤泥地銷價格低，市場銷售渠道狹窄，大量煤泥堆放不僅占用廠區(qū)場地，還污染廠區(qū)環(huán)境。同時，煤泥運輸對沿線周邊環(huán)境造成嚴重影響，容易引發(fā)當?shù)氐仄箨P系緊張，環(huán)保壓力巨大，但隨矸石一起排棄又會造成資源的浪費［1］。

1 煤泥摻入商品煤中銷售的方式

1.1 落地晾干后摻配

壓濾煤泥落地，晾干部分水分再碾壓碎后，返回摻入產(chǎn)品中，此方法需要晾干場地且容易污染環(huán)境，缺點是北方冬天無法摻入。

1.2 烘干后摻配

采用干燥方式，對煤泥進行干燥降水后摻入，目前國內(nèi)使用的熱風爐滾筒式直接干燥工藝又帶來新的環(huán)境污染問題［2］。低溫蒸汽回轉(zhuǎn)干燥技術需要配套一定壓力的飽和蒸汽做熱源，缺點是成本高、投資大。電加熱爐耗能高、處理量小，滿足不了煤泥量大、環(huán)保不產(chǎn)生固廢和廢氣的要求。

1.3 煤泥降水后回收摻配

山西省和內(nèi)蒙古自治區(qū)等多家大型選煤廠選擇加壓過濾工藝回收粗煤泥，其水分可以控制在24%左右，煤泥呈松散狀，可直接摻入商品煤中作為電廠燃料煤進行銷售。目前已經(jīng)采用此類方式的選煤廠有神東大柳塔選煤廠、中煤安家?guī)X選煤廠、國電投察哈素選煤廠、昊華高家梁選煤廠等。

通過壓濾機對煤泥進行降水回收后［3］，可直接摻入或破碎摻入商品煤中進行銷售，目前已經(jīng)采用此類方式的選煤廠有大同馬脊梁選煤廠和內(nèi)蒙唐公塔選煤廠。

通過技術分析，唐家會礦選煤廠采取壓濾機降低煤泥水分的技術方案，這也是從環(huán)保壓力的方面進行考慮。

2 煤泥水處理流程

唐家會礦選煤廠煤泥水處理采用一段濃縮+二段濃縮+凈化濃縮的處理方式。一段濃縮機底流采用振動弧形篩截粗，振動弧形篩的篩下水采用3臺LWZ1400×2000A型沉降過濾離心機回收；二段濃縮機和凈化濃縮機的底流采用4臺KZG800/2000型高效快開式隔膜壓濾機回收，其濾液作為循環(huán)水使用。沉降過濾離心機回收的煤泥與洗后精煤摻配在一起作為普通動力煤，快開壓濾機回收的煤泥直接落地，也可以通過刮板輸送機摻入精煤。唐家會礦選煤廠煤泥水處理流程如圖1所示。

圖1 唐家會選煤廠煤泥水處理流程

根據(jù)唐家會礦選煤廠2018年選煤生產(chǎn)統(tǒng)計情況，全年煤泥產(chǎn)量約為原煤的3.6%，水分約為33%，煤泥灰分約為27.97%。壓濾煤泥入料小篩分試驗數(shù)據(jù)見表1。

表1 壓濾煤泥入料小篩分試驗數(shù)據(jù)

由表1可以看出，-0.045 mm極細粒級煤泥含量非常高，導致壓濾機脫水困難，濾餅含水量大且煤泥粘稠，不能完全破碎，達不到摻入商品煤的粒度要求。從實際生產(chǎn)情況看，煤泥灰分不高，煤泥泥化現(xiàn)象不嚴重。

3 壓濾煤泥降水的試驗研究

要保證煤泥能摻入商品煤中，煤泥必須呈散狀或者濾餅壓實能破碎到小于30 mm以下或更小的粒度散狀摻入，因此要求回收后煤泥水分要低，為了降低煤泥水分，山東萊蕪煤礦機械有限公司工程實驗室對唐家會礦選煤廠煤泥過濾脫水進行了模擬加壓和壓濾脫水試驗。通過試驗，了解該煤泥采用加壓過濾機和壓濾機進行固液分離的過濾效果，了解濾餅水分和生產(chǎn)能力，為選擇合適的 煤 泥 降 水 設 備 提 供 依 據(jù)［3］，［4］。唐 家 會 礦 選 煤 廠壓濾煤泥密度約為1.59 g/cm3，灰分約為28.68%。

3.1 煤泥藥劑添加試驗

在入料濃度不同的條件下，進行模擬加壓過濾試驗，試驗用模擬加壓過濾機過濾面積為0.02 m2，試驗結(jié)果見表2。

表2 模擬加壓過濾試驗結(jié)果

為了提高過濾速度和降低水分，往煤泥漿中添加了溶解濃度為1%的陰離子聚丙烯酰胺和聚合氧化鋁、溶解濃度為2%的陽離子聚丙烯酰胺。在入料濃度相同的條件下（選用與壓濾機入料濃度相接近的料漿濃度，即450 g/L），在料漿中先按照20 g/t、50 g/t（干料）添加陰離子聚丙烯酰胺，再按照300 g/t（干料）添加聚合氧化鋁，進行模擬加壓過濾試驗，試驗結(jié)果見表3。

表3 添加陰離子聚丙烯酰胺加壓過濾試驗結(jié)果

由表2和表3可以看出，入料濃度、過濾壓力對加壓過濾機的過濾效果具有一定影響。入料濃度越高、過濾壓力越大，生產(chǎn)能力也有所增加，濾餅水分也略有降低。料漿中先后加入陰離子聚丙烯酰胺和聚合氧化鋁，比只加入陰離子聚丙烯酰胺時，生產(chǎn)能力略有增加，濾餅水分略有降低。但處理能力較小，煤泥水分還是高達33%。采用陰離子聚丙烯酰胺和陽離子聚丙烯酰胺真空過濾試驗結(jié)果見表4。

由表4可以看出，在相同的料漿量、相同的料漿濃度、相同的真空度條件下，各種聚丙烯酰胺的加入效果相差不大，藥劑的加入對助抽濾時間并沒有縮短。

在入料濃度為450 g/L的條件下，在料漿中先按照70 g/t（干料）添加陰離子聚丙烯酰胺，再按照5‰（干料）添加DG450型助濾纖維，采用PP5722（300目）濾布進行模擬加壓過濾試驗，試驗結(jié)果見表5。

試驗中發(fā)現(xiàn)，添加纖維素助濾劑對預防濾餅龜裂有一定作用，龜裂現(xiàn)象明顯減輕。由表5可以看出，濾餅水分為31%左右。在料漿中加入纖維素助濾劑對預防濾餅龜裂有一定的作用，但由于纖維素助濾劑用量較大且成本較高，所以該方案不建議采用。

3.2 煤泥壓濾試驗

山東萊蕪煤礦機械有限公司工程實驗室利用高壓壓濾機對煤泥進行壓濾試驗，其過濾面積為4.07 m2，把入料調(diào)配成350 g/L的入料濃度，入料壓力提升至2.0 MPa，再次對壓濾煤泥的水分指標進行檢測，壓濾煤泥水分指標檢測結(jié)果見表6。

表4 采用陰離子聚丙烯酰胺和陽離子聚丙烯酰胺真空過濾試驗結(jié)果

表5 模擬加壓過濾試驗結(jié)果

表6 壓濾煤泥水分指標檢測結(jié)果

由表6可以看出，壓濾機將壓力提升至2.0 MPa時，所產(chǎn)細煤泥水分在30%左右，較之前平均水分下降3個百分點。

3.3 煤泥壓濾脫水試驗

景津環(huán)保股份公司帶試驗樣機到唐家會選礦煤廠進行壓濾脫水試驗，在正常生產(chǎn)條件下取煤泥水樣品，只改變壓榨壓力時，現(xiàn)場樣機的壓濾煤泥的水分檢測結(jié)果見表7。

3.4 試驗結(jié)果分析

（1）從來料的試驗結(jié)果看，該物料采用高壓壓濾機過濾的濾餅水分明顯低于加壓過濾機過濾的濾餅水分。

（2）由于煤泥粒度偏細，采用加壓過濾機處理，處理量小且脫水效果差。

（3）藥劑的加入對加壓助濾、過濾時間并沒有縮短，處理能力較小，煤泥水分還是高達33%，細粒級偏多的煤泥采用加壓過濾機處理不可行。

（4）對于隔膜壓濾機，在入料壓力不變的情況下，增大壓榨壓力，能夠降低煤泥水分3%左右。

4 壓濾煤泥降水工藝改造與實踐

4.1 對壓濾機進行改造進一步降水

唐家會礦選煤廠有4臺KZG800/2000型高效快開式隔膜壓濾機，通過調(diào)研與壓濾試驗，增加水壓榨壓力，能夠降低煤泥水分3%左右，提高煤泥發(fā)熱量為0.84 MJ/kg左右，目前正在對1臺壓濾機進行改造，把原壓濾機氣壓榨改為水壓榨，壓榨壓力由8 kg提升至12～16 kg；增加高壓水多級泵1臺，原有雙400油缸、機座改為雙500油缸；進料方式由中心孔進料改為角進料，原濾室厚度為45 mm，現(xiàn)將濾室厚度降低至35 mm；使用最新型吹風高壓專用濾板，在尾板上側(cè)兩端開暗流及吹風孔，增加高壓風吹餅功能。

表7 壓濾煤泥的水分指標檢測結(jié)果

4.2 增加壓濾煤泥破碎機

壓濾后的煤泥經(jīng)由安裝割煤板的溜槽卸料至下方刮板輸送機，割煤板不僅能將下落的煤餅預先破碎，而且起到緩沖作用，避免短時間內(nèi)大量煤泥進入破碎機。在6015刮板輸送機機頭溜槽下方安裝煤泥破碎機。破碎機處理能力為500 t/h，破碎粒度小于35 mm，煤泥破碎機系統(tǒng)的攪拌軸為雙臥式，攪拌葉片與破碎齒分別安裝在兩根攪拌軸上，攪拌軸軸端裝有傳動齒輪，通過齒輪傳動，實現(xiàn)2根攪拌軸完全同步運轉(zhuǎn)，通過破碎齒攪拌葉片雙重破碎攪拌，同時攪拌葉片還將物料向前推進，破碎后的煤泥達到規(guī)定要求的粒徑后，經(jīng)篩網(wǎng)孔落下，通過出料口進入下一級帶式輸送機。

對壓濾機改造后，壓榨壓力增加，細煤泥進一步降水，煤泥發(fā)熱量提高，濾餅的硬度增強，從而有利于煤泥的破碎粒度更均勻，為摻入商品煤中創(chuàng)造有利條件。

4.3 增加煤泥摻混機

經(jīng)破碎機破碎后的煤泥與選后的末精煤及粗煤泥經(jīng)3041帶式輸送機轉(zhuǎn)載到8002帶式輸送機，再轉(zhuǎn)運至篩分車間新增設的ZMP-1400/60型在線煤泥摻混機中，進行再次破碎攪拌摻混，控制產(chǎn)品粒度和防止煤泥和其他煤分層，生成具有可流動性的煤泥和碎煤的混合物，再經(jīng)8004產(chǎn)品帶式輸送機運輸至落煤塔或火車儲煤倉作為最終商品煤進行銷售。

目前，落地銷售的煤泥產(chǎn)率由3.2%下降至1.4%，超過一半的煤泥摻入到商品煤中，即每月約2萬t煤泥摻混入商品煤中銷售，取得了可觀的經(jīng)濟效益。唐家會選煤廠煤泥破碎摻混簡易流程圖如圖2所示。

圖2 唐家會選煤廠煤泥破碎摻混簡易流程圖

目前，唐家會選煤廠原煤灰分為41%，發(fā)熱量為14.64 MJ/kg，主要生產(chǎn)發(fā)熱量為18.41 MJ/kg和17.57 MJ/kg這2種商品煤，采用弛張篩對原煤進行3 mm深度篩分工程已經(jīng)建成，剛投入使用，估算煤泥量將進一步降低，在壓濾機能力富裕的情況下，選煤廠將根據(jù)生產(chǎn)情況將一段濃縮機底流分一部分進入壓濾，煤泥粒度變粗將進一步改善壓濾機的降水效果，進而改善煤泥摻混的效果。

5 經(jīng)濟效益分析

根據(jù)唐家會選煤廠今年的生產(chǎn)統(tǒng)計，壓濾細煤泥水分約為33%，產(chǎn)率為3.2%，發(fā)熱量在13.59 MJ/kg左右。通過對壓濾機進行改造，可以實現(xiàn)細煤泥平均降水3個百分點，發(fā)熱量提高0.84 MJ/kg左右，增加煤泥破碎機與摻混機，將細煤泥破碎后摻入商品煤中，完全滿足銷售要求。

5.1 效益測算

按照入選原煤量1200萬t/a以及當前產(chǎn)品單價計算，煤泥單獨銷售時，經(jīng)濟效益為188862萬元。

5.1.1 煤泥部分摻配銷售

若2/3的煤泥摻入商品煤中，商品煤發(fā)熱量降低0.08 MJ/kg，按照商品煤每降低0.42 MJ/kg單價降低6.5元/t計算，單價降低后為221.7元，經(jīng)濟效益為190484萬元，全年增加了經(jīng)濟效益1622萬元。

5.1.2 煤泥全部摻配銷售

煤泥全部摻入商品煤后，商品煤發(fā)熱量降低0.13 MJ/kg，按照商品煤每降低0.42 MJ/kg單價降低6.5元/t計算，單價降低后為220.985元，經(jīng)濟效益為192787萬元，全年增加了經(jīng)濟效益3925萬元。

6 結(jié)語

由于選煤廠煤泥的外在水分高、粒度細、發(fā)熱 量 較 低［5］、［6］，在 內(nèi) 蒙 古 地 區(qū) 單 獨 銷 售 沒 有 相 應的市場。唐家會礦選煤廠通過對煤泥進行加壓壓濾、壓濾試驗，決定對壓濾機進行改造，將煤泥水分進一步降低，其發(fā)熱量得到提高，再經(jīng)過破碎和摻混環(huán)節(jié)，直接可將煤泥摻入產(chǎn)品銷售，提高了商品煤綜合產(chǎn)率，既避免了其對環(huán)境造成的污染，又能為企業(yè)創(chuàng)造顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。