亭南选煤厂新型煤泥超高压压滤机的应用

马 涛，杨东红

(1.滨海金地矿业工程技术(北京)有限公司，北京 100083；2.陕西长武亭南煤业有限责任公司，陕西 咸阳 713600)

煤泥是煤炭洗选加工过程中产生的副产物之一，普遍具有黏湿特性，水分较高，很难被资源化利用。煤泥直接外销难度大、价格低，掺入精煤又会影响精煤的发热量，因此只能在厂内大量堆储，煤泥处理难题非常突出。经过调研发现，包括亭南选煤厂在内的很多动力煤选煤厂，煤泥的发热量普遍较高，如果能大幅降低煤泥的水分，就可以显著提高煤泥的发热量，改善目前的困境。经过深入的调研后，亭南选煤厂确定采用超高压压滤技术来处理煤泥水，以期达到煤泥深度脱水的目的。

1 选煤厂现状

亭南选煤厂每年产生煤泥50～60万t。煤泥压滤系统原设计4台550 m2板框压滤机，压滤后煤泥水分28%～30%，发热量12.55 MJ/kg。压滤机目前是超负荷运转，压滤后煤泥成泥团状，挤压时易挤压成大块泥团。煤泥目前落地存储，有销路时直接装车销售，无法掺配至混煤产品中销售，压滤后煤泥现状如图1所示。

图1 亭南选煤厂煤泥压滤后状况

2 超高压压滤机设备介绍

超高压压滤机为近2 a研发利用到煤泥处理工艺上的新型煤泥水压滤设备，该设备前身主要用于钛白粉的生产工艺上，由于设备价格较高，一直未在选煤工艺上使用。该设备经过针对性改造、改良后，在煤泥处理工艺上经过了工业实验阶段，取得了很好的使用效果。同时设备价格也出现较大下落，具备大规模工业生产使用的基础。超高压压滤机具有可提供超高压压力、处理量大、产品水分低等特点，其最大的特点是二次压榨采用超高压水压榨，最大压力可以达到8～10 MPa，比目前常规的快开隔膜压滤压力大10倍左右。

2.1 设备原理

利用压力设备实现煤泥脱水是现在煤泥处理的主要方式。目前普通的煤泥压滤技术采用的压力为1.2～1.6 MPa左右，超高压技术将压榨压力提升8～10倍。针对不同的煤泥特性，可达到降低10%左右水分的效果。

经过多次试验发现，煤泥水压滤过程中，随着压力的增加，煤泥的水分持续降低，直到降到一个临界值，之后，随着压力的提升，煤泥的水分基本保持不变。不同煤质的煤泥临界值不同。基于这点，通过多次试验后发现压滤的压力在7～10 MPa区间时，煤泥可以达到这个临界值，实现理想的压滤效果。

2.2 设备构成介绍

亭南选煤厂采用FT2020-100型超高压压滤机，该设备主要由主机架、料膜板、水膜板、高压油缸、拉板系统、高压自动阀门等部件构成。超高压压滤机设备示意详如图2所示。

图2 超高压压滤机设备示意

主机架：主机架由两侧拉板梁和设备头尾两端的止推座构成，由于压榨过程中主机架拉板梁承受的拉力能达到10 MPa，主机架全部采用金属结构。整个机架重量在100 t左右。

料膜板：该设备共设50块料膜板，单块料膜板尺寸为2100mm×2100mm，为滤室形成后进料所用，料膜板为金属结构，每块板重量1 t左右，压榨过程中边框最大的压强能达到100 MPa/m2左右。料膜板进料采用滤板内部走管侧边进料的形式。料膜板外披挂滤网和滤布。

水膜板：该设备共设50块水膜板，单块水膜板尺寸为2100mm×2100mm，主要作用是滤室形成后二次压榨过程中的高压进水。料膜板为金属结构，每块板重量0.8 t左右，压榨过程中边框最大的压强能达到100 MPa/m2左右。水膜板外披挂3～4层滤布系统，一般由底层的胶皮、中间层的滤网、表层的滤布构成，不同厂家在滤布设置上稍有差异。

高压油缸：目前普遍采用的油缸为16缸的高压油缸，目的是在实现高压滤室的情况下均匀分布压力，保证设备整体的稳定性，避免拉板梁和滤板因不均匀受力而出现变形。

拉板系统：拉板系统为自动拉板系统，实现自动卸料。

高压自动阀：配套系统的高压压力，压滤机的进料阀门均为高压气自动阀门。

2.3 设备参数

FT2020-100型超高压压滤机设备共100个滤室，单个滤室为2000 mm×2000 mm，滤室厚度600 mm。设备工作1次循环时间为45～60 min，单次循环可生产干煤饼25 t左右，小时处理能力25～30 t。

压滤机需配套往复式入料泵和高压压榨泵，高压压榨泵最大压榨压力10 MPa。

2.4 压滤后煤泥预测

经过压滤后，煤泥形成滤饼，破碎后形成松散的粉末，可以方便的掺入混煤产品中。压滤后煤泥效果展示如图3所示。

图3 压滤后煤泥效果展示

3 工艺流程及智能化控制

FT2020-100型超高压压滤机配套入料泵、压榨泵、煤泥破碎机、煤泥收集带式输送机等设备，形成独立完整的超高压压滤系统。

3.1 工艺流程

超高压压滤工艺流程为：

(1)压紧滤板：压紧油缸工作，使动板向定板方向移动，把两者之间的滤板压紧。在相邻的滤板间构成封闭的滤室。

(2)进料过程：给料泵将煤泥水输送至滤室，滤饼逐渐行成，此时压力达到1.8 MPa左右。滤室充满后，给料泵继续进行保压，完成初次压榨。

(3)二次压榨过程：初压榨后自动关闭进料阀，利用压榨泵向滤室内通入高压水，使得滤布膨胀变形，从而达到对滤饼的二次压榨的作用，进一步减少水分，此过程压力最大可达到10 MPa。

(4)松开滤板：利用拉开装置将滤板按设定的方式拉开。

(5)滤板卸料：拉开装置相继拉开滤板后，滤饼借助自重脱落，由下部的带式输送机运走。

3.2 智能化控制

利用智能控制技术实现煤泥压滤过程的智能化、少人化控制是选煤厂未来发展的方向。超高压压滤机工艺系统采用智能化设计，基于 PLC 控制技术，可实现煤泥压滤入料过程、压榨过程的恒压控制，提高煤泥产品质量，实现煤泥压滤过程智能化控制，符合选煤厂整体智能化、信息化建设的发展方向。

超高压压滤工艺智能控制系统可以实现选煤厂集控系统与超高压压滤控制系统的对接，采集超高压压滤系统的数据作为控制节点，通过超高压压滤自动控制系统，实现联动控制，包括超高压压滤机与带式输送机、超高压压滤机之间、入料泵、高压压榨泵的联动控制。

4 改造内容

4.1 设备选型计算

根据系统生产能力计算，需要超高压压滤机台数：

N=Q×T/(60×ρ×V)

式中：N为设备台数，台；Q为每小时需处理湿煤泥量，t；T为单个循环时间，min；V为单台滤室容积，m3；ρ为煤泥水密度，g/cm3。

根据选煤厂生产数据，目前每小时生产湿煤泥量为125 t左右。按FT2020-100型设备参数计算，需选用4台。

4.2 车间布置

单台超高压压滤机设备重量为250 t左右，原压滤厂房结构不满足，改造需要新建压滤车间。

压滤车间设备布置示意如图4所示。车间共分为3层，4台压滤机顺着车间长度方向布置在标高5 m平面，煤泥收集带式输送机布置在-0.5 m平面，-3.00 m平面为厂房一层平面，布置压滤机入料泵和桶、压滤机高压压滤泵和桶等设备。

图4 压滤车间设备布置示意

5 效益分析

(1)湿煤泥直接销售价格180 元/t，不含税价159.29元/t，湿煤泥年销售收入=50万t×159.29元/t= 7965万元。

(2)掺配前，发热量24.27 MJ/kg的末煤销售价格580元/t，不含税价517.70元/t，年销售收入=450万t×52%×517.70元/t=121142万元。

以上两项合计129 106万元。

(3)经过计算，将压滤后干煤泥的40%掺配进末煤后，末煤发热量升为23.85 MJ/kg，剩余60%直接销售。掺配后，末煤销售价格570元/t。不含税价508.85元/t，年销售收入=450万t×52%×508.85元/t+50万t×90%×40%×247.79元=128230万元。

(4)压滤后干煤泥销售价格280元/t，不含税价247.79元/t，年销售收入=50万t×90%×60%×247.79元/t=6690万元。

以上两项合计134 920万元。

(5)年度运营成本。按BOT运营模式计算，成本包括人工费、管理费、技术服务费、大修费用、材料服务费五项，年度总运营成本=50万t×10.14元=507万元。

由此可计算出新建压滤系统后，每年可增加直接收益5 307万元，经济效益显著。

6 结 语

目前，该项目已正式投产运行，设备运行良好，压滤后干煤泥水分可降低至18%，比原有板框压滤机压榨后煤泥水分降低10%，达到了预期的效果。可以预见，超高压压滤机在煤泥水处理的成功应用，将彻底解决亭南选煤厂煤泥水处理的困境。煤泥水处理工艺水平的提升，也将解放重介系统的生产压力，打通选煤厂生产的绿色通道。通过新型超高压压滤机的应用，必将为选煤厂带来良好的经济效益，同时，一级洗水闭路循环也保证了环保方面的要求，解决以前靠露天堆放等方式对生态环境造成的破坏和影响，实现经济效益和环境保护的双丰收。