淮北矿业浮选精煤压滤脱水工艺的改进

谌 托

(淮北矿业集团 运销分公司，安徽 淮北 235000)

淮北矿业集团公司(下称淮北矿业)煤炭资源丰富，煤种齐全；煤炭洗选以炼焦煤为主，主要产品有焦煤、肥煤、瘦煤、1/3焦煤，共4个煤种6种规格，多为低中灰、特低硫、特低磷，粘结性强，结焦性好的“绿色环保型”煤炭，其中焦煤、肥煤和瘦煤为国家保护开发的稀缺煤种，占矿区总储量的85%以上。

淮北矿业现有淮北、临涣、涡北三座矿区型炼焦煤选煤厂及一座矿井型芦岭炼焦煤选煤厂，年入洗总量在20 Mt以上，选煤工艺均采用较成熟的原煤全重介质旋流器分选、煤泥浓缩浮选、尾煤压滤联合工艺。其中的浮选工艺主要是从煤泥中回收细粒煤，提升精煤产率，避免资源浪费，但是长期以来存在浮选精煤水分高而造成综合精煤水分偏高的问题。

1 精煤降低水分的重要性

水分高的煤会给运输带来不便，特别是高寒地区湿煤冬运过程中，煤炭的冻结会给铁路装卸车带来困难；同时，水分高还增加了无效运输，隐形中增加了运输费用。

对于下游焦化企业而言，炼焦时精煤中的水分在高温干馏过程中大部分会形成焦化废水。焦化废水是一种典型的有毒、难降解有机废水，其污染物浓度高；由于焦化废水中氮的存在，致使生物净化所需的氮源过剩，给处理达标带来较大困难。同时，精煤中水分的汽化需要吸收大量的热量，从而增大炼焦耗热量，如果水分过高，汽化吸收的热量就越大，从而延长结焦时间，使得焦炭产量降低。

随着环保要求的日益严格，部分城市对焦化企业实行煤炭使用总量(运量)控制。这就意味着精煤水分高，有效的精煤量就相对减少，焦炭产量就要降低。

以上因素足以说明精煤水分对焦化企业的效益影响较大。近年来，淮北矿业不少精煤用户纷纷提出降水要求。由此可见，精煤降水归根到底是煤炭企业满足市场需要、提升产品竞争力、增加经济效益的一种需求。

2 淮北矿业炼焦精煤水分现状分析

在目前的工艺条件下，淮北矿业各炼焦煤选煤厂洗后精煤产品由重介质精煤、粗精煤、浮选精煤三部分构成。受制于浮选精煤粒度组成及脱水设备性能，浮选精煤水分远高于重介质精煤、粗精煤水分(见表1)。同时，因入洗原煤中煤泥含量高且易泥化，造成精煤中的浮选精煤占比高达30%以上，甚至更高(见表2)，因而导致总精煤水分偏高。

淮北、芦岭选煤厂受原煤性质影响，浮选采用二次浮选工艺，一次浮选精煤采用卧式沉降离心机回收，二次浮选精煤采用压滤机回收(见图1)。其中，通过加强生产技术管理发现，经卧式沉降离心机回收的浮选精煤水分控制得相对较好，但采用压滤机回收的浮选精煤水分居高不下(见表1)。

图1 二次浮选工艺流程

产品重介质选精煤粗精煤浮选精煤卧式沉降离心机脱水压滤机脱水水分Mt/%4～610～1420～2425～28

表2 某一时期芦岭选煤厂原煤、精煤粒度组成

3 浮选精煤压滤机工艺的改进

当前国内用于浮选精煤脱水的设备类型较少，而且设备脱水性能未有突破性进展，可供选煤厂选择的生产厂家较少。面对精煤降水的迫切需要，淮北矿业针对浮选精煤水分高的问题，从降低浮选精煤压滤水分入手，联合设备生产厂家，在现有精煤压滤机的基础上不断进行工艺改进。

3.1 KZG型高效快速压滤机

KZG型高效快速压滤机为景津压滤机集团有限公司生产，是一种间歇性操作的加压过滤设备，适用于各种悬浮液的固液分离，主要应用于冶金、洗煤等领域。该设备适用范围广，分离效果良好，结构简单，操作方便，安全可靠。它主要由机架、过滤、液压、卸料机构、电气控制五大部分组成。

该压滤机在淮北选煤厂、芦岭选煤厂使用较多。主要过滤工序为：压紧(达到压紧压力上限)→ 入料(达到设定时间后停止进料)→空气压榨(达到设定时间)→反吹风(达到设定时间)→松开→自动卸料。

该压滤机的主要工艺特点：

(1)入料方式为双向中心入料，即从压紧板、止推板入料口同时入料，压滤压力0.5～0.8 MPa。

(2)压榨介质为空气，高压空气从隔膜板上边角进入滤腔；因高压供风系统原因，实际使用过程中压榨压力为0.7 MPa。

(3)隔膜板与厢式板按交替顺序放置，通过向隔膜板滤腔充气后改变其腔室的容积，使滤板变形，对滤饼进行挤压，进一步降低滤饼含水率。

(4)反吹风从压紧板入料口进入。这种进风方式存在的问题是：现有工序将压榨和反吹风两个环节分开进行，压榨停止后隔膜板变形恢复，与滤饼之间余量过大，没有阻力，造成风压的泄漏，高压风不能穿透滤饼孔隙把水分置换出来，反吹风降水效果不明显。实际使用中，反吹风时间短，主要作用仅为将中心孔中残余料浆吹回入料桶中。精煤压滤水分长期维持在27%左右。

3.2 KZG型高效快速压滤机的改进

针对KZG型高效快速压滤机存在的问题，淮北选煤厂在原有基础上对相关工艺进行了改进。

一是改变入料方式。由双向入料改为从止推板入料口单向入料，原两端入料造成中间压力的互冲，延长了入料时间。

二是改变吹风方式。由单侧吹风改为两侧吹风，用管道将风管与回料管联通，并增加控制阀，作为止推板侧吹风管，加上原压紧板侧的吹风管，一共两个吹风管。

三是改变过滤工序。将原来的先压榨后吹风改为吹风、压榨同时进行，两个工序合二为一。因为在压榨的同时进行吹风，防止了风压的快速泄漏，通过压榨又改变了滤饼孔隙的排列格局，再一次把滤饼中的水分置换出来。

改进后的主要过滤工序为：压紧(达到压紧压力上限)→入料(达到设定时间后停止进料)→一次压榨(达到设定时间)→压紧板侧反吹风(达到设定时间)→二次压榨、两侧吹风同时进行(达到设定时间)→松开→自动卸料。

工艺改进后，精煤压滤机脱水效果有所改善，精煤压滤水分降低约2个百分点，维持在25%左右。

3.3 HMZG型角吹风式压滤机的改进

芦岭选煤厂二次浮选精煤采用KZG型高效快速压滤机脱水。因煤质原因，二次浮选精煤水分约27%，且二次浮选精煤量占总精煤量的20%左右，造成精煤水分长期维持在14.0%左右。2015年引进1台景津压滤机集团有限公司生产的HMZG型角吹风式压滤机，其工作原理与KZG型高效快速压滤机基本相似，主要工艺的改进及特点如下。

(1)入料方式为双向中心入料，即从压紧板、止推板入料口同时入料，过滤压力0.5～0.8 MPa。

(2)压榨介质改为清水，压榨压力1.0 MPa。水从隔膜板侧边进入滤腔，每块隔膜板通过胶管与压榨水管连接，需单独配置1台水泵及水箱，压榨结束水泵停止工作后，压榨水自流到水箱，循环使用。

(3)隔膜板变形挤压降水工作原理与KZG型压滤机相似，但其压榨压力能达到1.0 MPa，脱水效果更好。

(4)在设备调试期间，滤液暗流管道改为了明流，滤液只能从厢式板两侧水嘴流出。

(5)增加了角吹风管道，高压风从滤板左上角进入滤室，因隔膜板与厢式板交替放置，在进气通道设计上，高压风只能从隔膜板进入滤室，而不能从厢式板进入，这就形成了一条在滤室内高压风从隔膜板侧穿透中间滤饼到厢式板侧，再从水嘴流出的吹风线路。高压风穿透中间滤饼将水分带出，脱水效果更好。

主要过滤工序：压紧(达到压紧压力上限)→入料(达到设定时间后停止进料)→水压榨(达到设定时间)→压榨、角吹风同时进行(达到设定时间)→反吹风(达到设定时间)→松开→自动卸料。

HMZG型角吹风式压滤机经多次参数调整，目前在芦岭选煤厂使用效果较好，在同样的煤质情况下，精煤水分比KZG型压滤机降低约10个百分点，维持在17.5%左右。而且脱水周期更短，比KZG型压滤机缩短约5 min。

为进一步降低精煤水分，2018年芦岭选煤厂通过管路改造及更换隔膜板，将原有4台KZG型高效快速压滤机改造成HMZG型角吹风式压滤机，脱水效果同样较好，但因滤饼厚度原因，改造后水分维持在20%左右。

3.4 HMZG型角入料式压滤机的改进

2018年4月，景津压滤机集团有限公司与淮北选煤厂合作，在淮北选煤厂对HMZG型角入料式压滤机进行工业性试验，这是该设备首次在煤炭脱水上运用。

HMZG型角入料式压滤机相关结构见图2。其主要工艺改进及特点如下。

图2 HMZG型角入料式压滤机止推板侧示意

(1)滤板取消了中心孔，降低了滤布安装更换的难度，易于实现滤布快速更换。

(2)入料方式为单向边角入料，即从止推板左上角入料口入料，通过箱式板进入滤室，过滤压力0.5～0.8 MPa。相比于中心孔入料，过滤压力更集中。

(3)压榨方式、介质及压力与HMZG型角吹风式压滤机相似。

(4)隔膜板变形挤压降水原理与HMZG型角吹风式压滤机相似。

(5)取消了滤板出水嘴，采用暗流方式，在滤板左右下方分别设置滤液水通道。

(6)吹风与滤液水共用一侧管道，可通过阀门切换，起到吹风或排滤液水作用。吹风降水原理与HMZG型角吹风式压滤机相似。

(7)采用新型泼胶滤布，形成相对密闭的过滤室，减少了压榨能量的损耗，提高了过滤效果。

(8)反吹风管道与入料管道在压紧板侧通过管道相连，中间有阀门控制，反吹风的作用与其他压滤机一样，仅为将入料管道中的残余料浆吹回入料桶中。

主要过滤工序为：压紧(达到压紧压力上限)→入料(达到设定时间后停止进料)→反吹风(达到设定时间)→水压榨(达到设定时间)→吹风(达到设定时间)→二次反吹风(达到设定时间)→松开→自动卸料。

目前HMZG型角入料式压滤机试验机已在淮北选煤厂正常使用，脱水效果好，水分大幅降低，维持在15%左右。水分降低后，滤饼易碎，经过自由下落及刮板机挤压，滤饼松散程度好，更利于产品均质，可以减少煤泥破碎环节。

4 总结及展望

通过不断的工艺改进，精煤压滤脱水系统取得了较好的降水效果，浮选精煤压滤水分不断降低(见表3)。其中芦岭选煤厂精煤水分由以前的14.0%降为现在的11.5%，效果十分明显。在生产过程中吹风压力及时间对压滤机脱水效果影响大，为保证吹风压力及时间，需配置相应的高压供风系统。淮北选煤厂、芦岭选煤厂吹风压力保持在0.6 MPa左右，入料、吹风、压榨等时间都可根据实际情况进行设定。

表3 不同类型精煤压滤机的滤饼水分

HMZG型角入料式压滤机产品水分低，相对于加压过滤机、卧式沉降离心机，该设备可靠性更高，具有较好的推广前景。

淮北选煤厂、芦岭选煤厂一次浮选精煤用卧式沉降离心机脱水，水分偏高。笔者认为在保证浮选工艺效果的情况下，可以通过浮选工艺的改造，弃用卧式沉降离心机，即一次浮选三、四室精矿去二次浮选，将一次浮选一、二室及二次浮选精煤全部用压滤机脱水回收，但脱水效果有待进一步验证。

随着环保要求越来越严格，选煤厂煤泥的堆放、运输等影响环境的问题日益突出，煤泥减量化或无煤泥化生产将是未来选煤厂的发展趋势。将HMZG型角入料式压滤机应用于动力煤选煤厂煤泥的脱水回收，其滤饼松散程度好，易于产品均质，再将低水分的煤泥掺入洗混煤中，作为最终产品销售，即可实现无煤泥化生产的目的，但其经济性、技术可行性也有待进一步验证。