板框厢式隔膜压滤机
引言
目前动力煤选煤厂常用的细煤泥处理工艺主要是先将煤泥水导入浓缩池进行浓缩沉降，然后将浓缩池底流打入加压过滤机进行压滤脱水处理形成低灰煤泥产品，并得到清净的循环水返回再用。选煤厂常用细煤泥的脱水机械主要有真空过滤机、加压过滤机、带式压滤机等。由于动力煤选煤厂的煤质情况不稳定，导致煤泥水系统环节的问题最多、最难解决。很多选煤厂生产效率低，末煤系统运行不正常，循环水澄清度低，其问题都出在煤泥水处理环节上。所以很多动力煤选煤厂采取末煤不入洗的工艺来避免煤泥水处理环节，但这种工艺又导致原煤入洗率的降低以及产品的发热量无法达标等问题。哈拉沟选煤厂隶属于神华神东煤炭集团，是一座处理能力为14Mt/a的大型矿井型选煤厂。该选煤厂采用块煤重介浅槽主再选工艺，末煤采用有压两产品重介旋流器分选工艺，粗煤泥采用离心脱水方式处理，细煤泥采用浓缩池浓缩后加压过滤机脱水回收。末煤系统基本可实现持续性全入洗效果，但在入洗过程中加压过滤机的运行负荷依然较重。并联浓缩虽然有效缓解了极细泥对加压过滤机的影响，但加压过滤机仍存在滤液浓度较高，极细泥在浓缩池中循环的情况，故此考虑增加2台板框加压过滤机，用以处理系统中的极细泥，此举在弛张筛改造后，可将1台加压过滤机停转，系统只需运行3台加压过滤机及2台板框压滤机。板框压滤机对物料的粒度组成要求相对不严格，较为适合处理极细颗粒物料。通过此次改造可以使该厂细煤泥实现分级处理，同时实现末煤系统浓缩池的串联使用，一段底流使用加压过滤机进行处理，二段底流使用板框进行处理。改造的目的是充分发挥不同设备对不同粒度级煤泥处理的优点，实现降成本、增效益。
1.0生产现况
1.1工艺流程哈拉沟选煤厂属于矿井型选煤厂，矿井原煤主要是变质程度较低的长焰煤和不粘结煤。末煤系统分选工艺为:经过筛分车间分级后的末煤先通过1.5mm的脱泥筛进行预先脱泥，筛下的煤泥水经分级旋流器分级后，＞0.35mm粒级的底流成为粗煤泥，采用煤泥离心机回收;＜0.35mm粒级的溢流进入浓缩池沉降，浓缩池底流采用4台加压过滤机处理，浓缩池溢流进入循环水池，作为系统清扫用水和脱介喷水。该厂的煤泥水处理工艺流程，如图1所示。从整体工艺上来看，整个流程做到了煤泥水的固液分离和压滤回收，但从实际生产现状来看，由于系统中细煤泥含量较高，导致浓缩池长期处于高位运转状态，耙架电流经常过载容易导致耙架压死等系统故障发生。同时伴随哈拉沟矿井1－2煤的开采，细煤泥中出现了大量由于矸石泥化形成的极细矸石泥，影响了煤泥水沉降的速率。由于系统内的极细煤泥难以沉降压滤回收，所以根据该厂的生产运行情况来看末煤系统的压滤机工况、浓缩池的浓缩效果、循环水的澄清度。
1.2存在问题
无法适应矸石泥化和原煤煤质变化:哈拉沟选煤厂主要入洗哈拉沟煤矿开采的原煤。当原煤矸石量大时，矸石泥化现象较严重，浓缩池由于并联使用导致部分细煤泥和矸石泥沉降不彻底经溢流混入循环水系统影响系统脱介喷水效果，造成不必要的介质损耗。特别是哈拉沟煤矿在搬家倒面时，原煤煤质情况不稳定，选煤厂煤泥水处理系统无法适应原煤煤质变化，末煤煤泥水无法及时处理，系统保护动作频繁，严重时只能采取末煤不入洗的方法，以降低产品质量为代价来确保整个选煤厂的正常运行。压滤机反吹卸料困难:末煤系统中的细煤泥颗粒经过浓缩后进入加压过滤机，这部分颗粒比表面积较大粘附的药剂较多，导致形成的滤饼粘度较大，造成压滤机反吹卸料困难，长时间粘附在滤布表面，使得滤布容易磨损，滤布更换频繁造成人力和财力的损失。同时加压过滤机主轴持续转动后导致粘附在滤布表面的滤饼越来越厚，压滤机主轴由于阻力过大导致欠速保护动作，压滤机故障停车。滤饼卸料后经过加压过滤机的煤泥刮板时在刮板滑道上粘附大量的煤泥。由于加压过滤机是密封设备，岗位司机日常巡检无法观察到煤泥刮板的运行状况，滑道粘附的煤泥堆积到一定程度后会导致刮板飘链、刮板欠速保护动作、刮板断链等故障发生。尤其是刮板断链后处理故障的时间大约在2h左右，严重影响到压滤机的运行效率。排料困难:加压过滤机的排料方式一般为料位计排料，由于滤饼中存在大量粘附性较强的细煤泥，在排料仓内的料位计经常会由于煤泥粘附在其表面导致料位计显示不准确而无法进行正常排料。上下闸板无法正常开关:加压过滤机的卸料方式较为复杂，需要在密封排料仓里上下闸板的相互配合来完成。由于滤饼中含有大量的极细煤泥颗粒，上下闸板在频繁开合关闭的过程中将大量的极细煤泥颗粒带到闸板液压驱动缸内。由于闸板是由液压驱动，带入的细煤泥在闸板的来回动作下被压缩成极为致密的煤泥块，达到一定的量后会导致上下闸板无法正常开关排料，导致压滤机故障停车。
2煤泥水粒度组成分析
煤泥水中煤泥的粒度组成很大程度上决定了煤泥水浓缩、澄清、脱水、过滤等作业的难易程度。因此，通过实验研究选煤厂煤泥水的粒度组成、特别是极细颗粒的分布十分重要。哈拉沟选煤厂经过4台弛张筛改造后，末煤系统基本可实现持续性全入洗效果，但在入洗过程中加压过滤机的运行负荷依然较重，而目前选煤厂末煤系统浓缩池选用并联方式使用，主要为避免串联使用过程中出现的二段浓缩底流中极细颗粒含量过高，导致加压过滤机运行效率下降等问题。设计煤泥水处理工艺方案，需要对煤泥水中煤泥粒度组成进行分析。加压过滤机的工况与入料粒度关系很大，当极细颗粒物料较多时，处理能力与效果明显下降;板框压滤机对物料的粒度组成要求相对不严格，较为适合处理极细颗粒物料。由于当前所有物料只能进入加压过滤机处理，煤泥粒度组成对其工况影响较大。哈拉沟选煤厂末煤浓缩池的入料来源主要是水力分级旋流器的溢流以及磁选机的尾矿。末煤系统共有3台水力分级旋流器，处理能力250m3/h，分级粒度为0.2mm。该厂水力分级旋流器的入料粒度组成，见表1。
从水力分级旋流器的入料粒度组成可以看出入料中＜0.045mm粒级的极细煤泥占本级11.22%。该入料经过水力分级旋流器分级后通过泵送转至浓缩池，浓缩沉降后又泵送至压滤机入料桶，运输的过程中煤泥中的极细颗粒再度增加，所以实际上进入压滤机中的极细煤泥远大于这一数值。根据斯托克斯公式可知，颗粒沉降速度和其直径的平方成正比。在浓缩池中，煤泥水中的极细颗粒受到的重力作用较小，布朗运动较为剧烈，使得极细颗粒保持较长时间的悬浮状态。哈拉沟选煤厂的浓缩池高度在设计之初没有考虑到极细颗粒的增加，所以大部分极细颗粒没来得及浓缩沉降就经浓缩池溢流进入循环水系统造成选煤厂循环水水黑的现象。因此，通过对该厂煤泥水的粒度组成分析得出该厂原有的并联使用浓缩池工艺并不适合当下的煤质情况。为了保证该厂煤泥水处理环节具有足够的处理能力，应该通过对末煤浓缩压滤系统工艺重新设计调整来保证该厂末煤系统的高效率运转。
3.0优化方案设计
3.1煤泥水分级环节改造浓缩机入料的来源主要是分级旋流器的溢流，它直接决定了进入浓缩机物料的粒度组成等性质。哈拉沟选煤厂末煤系统目前使用3台海王水力分级旋流器，分级粒度0.2mm，处理能力250m3/h，处理能力基本满足系统负荷要求。每台旋流器下方配有2台天马弧形筛，筛缝尺寸为0.35mm。原煤在筛分车间通过弛张筛进行了预先筛分，小于6mm粒级粉煤直接上产品仓配煤销售，所以末煤系统中粗煤泥量不是很大。煤泥水经过水力分级旋流器后＞0.5mm粒级的粗煤泥进入浓缩池大约为3.41%。一定量的粗煤泥在煤泥水中有助于煤泥颗粒和絮凝剂作用形成松散、多孔、具有三维空间结构的絮团。因此，在浓缩池的入料中掺入一定量的粗煤泥有助于加快煤泥水沉降速率。在保证旋流器底流呈伞状喷出的条件下，适当调整旋流器角锥比使部分＞0.5mm粒级粗煤泥进入浓缩池入料来改善煤泥水沉降效果，同时减少了煤泥离心机中细煤泥量，降低了离心液中的含固量。
3.2煤泥水浓缩沉降环节改进浓缩池是通过使用一些药剂来完成对煤泥水进行连续浓缩的设备。煤泥水在浓缩池中沉淀主要分为5个区，由上到下依次为:澄清水区、自由沉降区、过渡区、压缩区、浓缩物区。煤泥颗粒在浓缩池中的运动速度与煤泥的粒度、密度、煤泥水的浓度、温度等因素相关。哈拉沟选煤厂末煤系统共有3个浓缩池，直径为30m，单台每小时处理能力为1000m3，每个浓缩池配有2台底流泵。目前是采用一备两用的方式生产，2台工作浓缩池采用并联的方式同时入料，备用浓缩池一般作为蓄水池和调节块末煤循环水液位用。浓缩池并联使用的好处在于可以保证压滤机的稳定给料以及循环水液位高度，但是存在煤泥沉降不及时不彻底等问题。针对上述问题，该厂将浓缩池的并联使用改为串联使用，煤泥水先通过1、2号池进行一段浓缩，一段浓缩的溢流再进入3号浓缩池进行二段浓缩。该厂浓缩池加药方式为多点加药，在浓缩池入料管的中间部位设置第一个加药点，经过充分搅拌的絮凝剂在这里与煤泥水第一次“相遇”，使得细煤泥互相凝聚形成絮团。在入料管2/3处设置第二个加药点，使得在第一点没有来得及凝聚的细煤泥进一步凝聚。在入料管出口处设置第3个加药点，进行检查性絮凝，充分保证细煤泥完全凝聚。这种加药方式可以灵活控制和调整煤泥的沉降过程，最有效、最充分地发挥药剂的作用，保证煤泥的回收率。一段浓缩主要沉降粒度较大的煤泥，入料浓度也较大，可以适当增加一段浓缩药剂用量。二段浓缩主要沉降极细煤泥，入料浓度较小，可以适当减少药剂用量。二段浓缩的溢流作为系统的循环用水循环使用。通过对煤泥水分段浓缩的工艺改进可以实现煤泥的分级脱水处理，使煤泥充分沉降，循环水系统更为澄清。
3.3煤泥压滤环节改造板框压滤机是一种常用的间歇式煤泥压滤脱水设备。该设备主要由压滤机滤板、液压站系统、压滤机框、滤板传输系统和电气系统等5大部分组成。其作用是将浓缩处理后的煤泥进行压滤，形成大块滤饼回收。因压榨的滤饼含固率高、设备占地空间小、自动化程度高、运行维护成本低等特点广泛运用于选煤工业生产中。哈拉沟选煤厂末煤系统现有4台加压过滤机，型号为HBF－S120，Q=90t/h，过滤面积为120m2。由于该厂煤泥水系统中存在大量的极细煤泥，而加压过滤机的工况与入料粒度关系很大，当极细颗粒物料较多时，处理能力与效果明显下降。板框压滤机对物料的粒度组成要求相对不严格，较为适合处理极细颗粒物料，所以考虑采用新型板框压滤机来处理极细煤泥。新型板框压滤机的出料水分能够控制在30%以下，可以有效控制商品煤水分。通过对系统煤泥量的计算评估，哈拉沟选煤厂末煤系统将新增2台板框压滤机来改善煤泥水的处理效果。同时将浓缩池的并联使用工艺调整为串联使用工艺。一段浓缩池底流可通过加药量等手段控制粒度组成，满足加压过滤机对粒度组成的要求进而实现工况最佳;二段浓缩池底流极细颗粒物料多，使用板框压滤机进行处理，可以充分发挥板框压滤机的优点。该厂在末煤系统建设初期已经预留了板框压滤机的接口和安装空间。改造需要的设备主要有2台板框压滤机、1台煤泥转载胶带机、2个入料桶、4台入料泵、2台搅拌器。另外需要对末煤煤泥管道进行改造，实现浓缩池的串联使用。新加的板框压滤机给料方式为单段泵给料，同时配备相应的压风机等设备。系统生产过程中板框压滤机和加压过滤机可以进行搭配使用。一般情况只要开启2台板框压滤机和3台加压过滤机就可以完成系统中煤泥水的处理量。当系统中矸石泥含量较大时可以再开1台加压过滤机来提高末煤系统煤泥水处理能力，防止浓缩池一段浓缩溢流流量过大影响二段浓缩处理效果。
4.0结语
(1)从哈拉沟选煤厂的生产现状可看出原煤煤质的动态变化要求煤泥水处理系统必须要具备很高的应变能力，针对不同的煤质情况应该采取相应的煤泥水处理方案。在初期设计时应该考虑选煤厂在面对原煤煤质情况波动时应具备灵活的处理能力。
(2)煤泥水处理环节的投入和效益回报一直是动力煤选煤厂的一大争议。如果动力煤选煤厂采取浮选工艺来处理煤泥水，可以一定程度上提高产品煤的质量。但分选工艺较为复杂，药剂消耗较大，洗选成本增加。在动力煤选煤领域是否采用浮选工艺来处理煤泥水，还有待进一步论证。
(3)将煤泥水分级处理是通过一线生产实践论证，充分利用不同设备的处理特点将现有的生产工艺进行调整改进，从而得出最优的处理方案。实现了选煤厂的洗水闭路循环、煤泥厂内回收，同时降低了煤泥产品的水分、提高了品种煤的产率。
(4)在选煤厂煤泥水处理的生产实践当中，采用了许多不同的设备来进行试验。目前投入生产一线并使用效果较好的设备有干扰床分选机、水介质旋流器、螺旋分选机等等。在后续的生产过程中选煤厂应该多去探索将一些没有在选煤行业使用过的设备用来处理煤泥水，以此来解决煤泥水处理难的问题。
作者：方治民教授
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