唐家会矿选煤厂煤泥降水掺混的研究与工艺实践

韩 信 彭家松 王 贺 高 健 曹永文

（1.淮矿西部煤矿投资管理有限公司，内蒙古自治区鄂尔多斯市，017000；2.淮矿芬雷公司唐家会矿选煤厂，内蒙古自治区鄂尔多斯市，017000）

唐家会矿选煤厂位于内蒙古自治区准格尔旗境内，该厂为大型动力煤选煤厂，设计原煤处理能力10 Mt/a，块煤（200～13 mm）采用重介浅槽、末煤（13～1.5 mm）采用两产品重介旋流器、粗煤泥（1.5～0.25 mm）采用螺旋分选机分选、煤泥水采用两段浓缩工艺。一段浓缩机底流采用沉降过滤离心机回收，二段浓缩机底流采用压滤机回收，由于二段浓缩机底流中的细颗粒含量较高，导致现有压滤机回收产品水分较高，平均在33%左右，煤泥发热量为13.38 MJ/kg。压滤煤泥由于粘度大、水分高、热值低，无法直接掺入产品煤中进行销售。由于煤泥地销价格低，市场销售渠道狭窄，大量煤泥堆放不仅占用厂区场地，还污染厂区环境。同时，煤泥运输对沿线周边环境造成严重影响，容易引发当地地企关系紧张，环保压力巨大，但随矸石一起排弃又会造成资源的浪费［1］。

1 煤泥掺入商品煤中销售的方式

1.1 落地晾干后掺配

压滤煤泥落地，晾干部分水分再碾压碎后，返回掺入产品中，此方法需要晾干场地且容易污染环境，缺点是北方冬天无法掺入。

1.2 烘干后掺配

采用干燥方式，对煤泥进行干燥降水后掺入，目前国内使用的热风炉滚筒式直接干燥工艺又带来新的环境污染问题［2］。低温蒸汽回转干燥技术需要配套一定压力的饱和蒸汽做热源，缺点是成本高、投资大。电加热炉耗能高、处理量小，满足不了煤泥量大、环保不产生固废和废气的要求。

1.3 煤泥降水后回收掺配

山西省和内蒙古自治区等多家大型选煤厂选择加压过滤工艺回收粗煤泥，其水分可以控制在24%左右，煤泥呈松散状，可直接掺入商品煤中作为电厂燃料煤进行销售。目前已经采用此类方式的选煤厂有神东大柳塔选煤厂、中煤安家岭选煤厂、国电投察哈素选煤厂、昊华高家梁选煤厂等。

通过压滤机对煤泥进行降水回收后［3］，可直接掺入或破碎掺入商品煤中进行销售，目前已经采用此类方式的选煤厂有大同马脊梁选煤厂和内蒙唐公塔选煤厂。

通过技术分析，唐家会矿选煤厂采取压滤机降低煤泥水分的技术方案，这也是从环保压力的方面进行考虑。

2 煤泥水处理流程

唐家会矿选煤厂煤泥水处理采用一段浓缩+二段浓缩+净化浓缩的处理方式。一段浓缩机底流采用振动弧形筛截粗，振动弧形筛的筛下水采用3台LWZ1400×2000A型沉降过滤离心机回收；二段浓缩机和净化浓缩机的底流采用4台KZG800/2000型高效快开式隔膜压滤机回收，其滤液作为循环水使用。沉降过滤离心机回收的煤泥与洗后精煤掺配在一起作为普通动力煤，快开压滤机回收的煤泥直接落地，也可以通过刮板输送机掺入精煤。唐家会矿选煤厂煤泥水处理流程如图1所示。

图1 唐家会选煤厂煤泥水处理流程

根据唐家会矿选煤厂2018年选煤生产统计情况，全年煤泥产量约为原煤的3.6%，水分约为33%，煤泥灰分约为27.97%。压滤煤泥入料小筛分试验数据见表1。

表1 压滤煤泥入料小筛分试验数据

由表1可以看出，-0.045 mm极细粒级煤泥含量非常高，导致压滤机脱水困难，滤饼含水量大且煤泥粘稠，不能完全破碎，达不到掺入商品煤的粒度要求。从实际生产情况看，煤泥灰分不高，煤泥泥化现象不严重。

3 压滤煤泥降水的试验研究

要保证煤泥能掺入商品煤中，煤泥必须呈散状或者滤饼压实能破碎到小于30 mm以下或更小的粒度散状掺入，因此要求回收后煤泥水分要低，为了降低煤泥水分，山东莱芜煤矿机械有限公司工程实验室对唐家会矿选煤厂煤泥过滤脱水进行了模拟加压和压滤脱水试验。通过试验，了解该煤泥采用加压过滤机和压滤机进行固液分离的过滤效果，了解滤饼水分和生产能力，为选择合适的 煤 泥 降 水 设 备 提 供 依 据［3］，［4］。唐 家 会 矿 选 煤 厂压滤煤泥密度约为1.59 g/cm3，灰分约为28.68%。

3.1 煤泥药剂添加试验

在入料浓度不同的条件下，进行模拟加压过滤试验，试验用模拟加压过滤机过滤面积为0.02 m2，试验结果见表2。

表2 模拟加压过滤试验结果

为了提高过滤速度和降低水分，往煤泥浆中添加了溶解浓度为1%的阴离子聚丙烯酰胺和聚合氧化铝、溶解浓度为2%的阳离子聚丙烯酰胺。在入料浓度相同的条件下（选用与压滤机入料浓度相接近的料浆浓度，即450 g/L），在料浆中先按照20 g/t、50 g/t（干料）添加阴离子聚丙烯酰胺，再按照300 g/t（干料）添加聚合氧化铝，进行模拟加压过滤试验，试验结果见表3。

表3 添加阴离子聚丙烯酰胺加压过滤试验结果

由表2和表3可以看出，入料浓度、过滤压力对加压过滤机的过滤效果具有一定影响。入料浓度越高、过滤压力越大，生产能力也有所增加，滤饼水分也略有降低。料浆中先后加入阴离子聚丙烯酰胺和聚合氧化铝，比只加入阴离子聚丙烯酰胺时，生产能力略有增加，滤饼水分略有降低。但处理能力较小，煤泥水分还是高达33%。采用阴离子聚丙烯酰胺和阳离子聚丙烯酰胺真空过滤试验结果见表4。

由表4可以看出，在相同的料浆量、相同的料浆浓度、相同的真空度条件下，各种聚丙烯酰胺的加入效果相差不大，药剂的加入对助抽滤时间并没有缩短。

在入料浓度为450 g/L的条件下，在料浆中先按照70 g/t（干料）添加阴离子聚丙烯酰胺，再按照5‰（干料）添加DG450型助滤纤维，采用PP5722（300目）滤布进行模拟加压过滤试验，试验结果见表5。

试验中发现，添加纤维素助滤剂对预防滤饼龟裂有一定作用，龟裂现象明显减轻。由表5可以看出，滤饼水分为31%左右。在料浆中加入纤维素助滤剂对预防滤饼龟裂有一定的作用，但由于纤维素助滤剂用量较大且成本较高，所以该方案不建议采用。

3.2 煤泥压滤试验

山东莱芜煤矿机械有限公司工程实验室利用高压压滤机对煤泥进行压滤试验，其过滤面积为4.07 m2，把入料调配成350 g/L的入料浓度，入料压力提升至2.0 MPa，再次对压滤煤泥的水分指标进行检测，压滤煤泥水分指标检测结果见表6。

表4 采用阴离子聚丙烯酰胺和阳离子聚丙烯酰胺真空过滤试验结果

表5 模拟加压过滤试验结果

表6 压滤煤泥水分指标检测结果

由表6可以看出，压滤机将压力提升至2.0 MPa时，所产细煤泥水分在30%左右，较之前平均水分下降3个百分点。

3.3 煤泥压滤脱水试验

景津环保股份公司带试验样机到唐家会选矿煤厂进行压滤脱水试验，在正常生产条件下取煤泥水样品，只改变压榨压力时，现场样机的压滤煤泥的水分检测结果见表7。

3.4 试验结果分析

（1）从来料的试验结果看，该物料采用高压压滤机过滤的滤饼水分明显低于加压过滤机过滤的滤饼水分。

（2）由于煤泥粒度偏细，采用加压过滤机处理，处理量小且脱水效果差。

（3）药剂的加入对加压助滤、过滤时间并没有缩短，处理能力较小，煤泥水分还是高达33%，细粒级偏多的煤泥采用加压过滤机处理不可行。

（4）对于隔膜压滤机，在入料压力不变的情况下，增大压榨压力，能够降低煤泥水分3%左右。

4 压滤煤泥降水工艺改造与实践

4.1 对压滤机进行改造进一步降水

唐家会矿选煤厂有4台KZG800/2000型高效快开式隔膜压滤机，通过调研与压滤试验，增加水压榨压力，能够降低煤泥水分3%左右，提高煤泥发热量为0.84 MJ/kg左右，目前正在对1台压滤机进行改造，把原压滤机气压榨改为水压榨，压榨压力由8 kg提升至12～16 kg；增加高压水多级泵1台，原有双400油缸、机座改为双500油缸；进料方式由中心孔进料改为角进料，原滤室厚度为45 mm，现将滤室厚度降低至35 mm；使用最新型吹风高压专用滤板，在尾板上侧两端开暗流及吹风孔，增加高压风吹饼功能。

表7 压滤煤泥的水分指标检测结果

4.2 增加压滤煤泥破碎机

压滤后的煤泥经由安装割煤板的溜槽卸料至下方刮板输送机，割煤板不仅能将下落的煤饼预先破碎，而且起到缓冲作用，避免短时间内大量煤泥进入破碎机。在6015刮板输送机机头溜槽下方安装煤泥破碎机。破碎机处理能力为500 t/h，破碎粒度小于35 mm，煤泥破碎机系统的搅拌轴为双卧式，搅拌叶片与破碎齿分别安装在两根搅拌轴上，搅拌轴轴端装有传动齿轮，通过齿轮传动，实现2根搅拌轴完全同步运转，通过破碎齿搅拌叶片双重破碎搅拌，同时搅拌叶片还将物料向前推进，破碎后的煤泥达到规定要求的粒径后，经筛网孔落下，通过出料口进入下一级带式输送机。

对压滤机改造后，压榨压力增加，细煤泥进一步降水，煤泥发热量提高，滤饼的硬度增强，从而有利于煤泥的破碎粒度更均匀，为掺入商品煤中创造有利条件。

4.3 增加煤泥掺混机

经破碎机破碎后的煤泥与选后的末精煤及粗煤泥经3041带式输送机转载到8002带式输送机，再转运至筛分车间新增设的ZMP-1400/60型在线煤泥掺混机中，进行再次破碎搅拌掺混，控制产品粒度和防止煤泥和其他煤分层，生成具有可流动性的煤泥和碎煤的混合物，再经8004产品带式输送机运输至落煤塔或火车储煤仓作为最终商品煤进行销售。

目前，落地销售的煤泥产率由3.2%下降至1.4%，超过一半的煤泥掺入到商品煤中，即每月约2万t煤泥掺混入商品煤中销售，取得了可观的经济效益。唐家会选煤厂煤泥破碎掺混简易流程图如图2所示。

图2 唐家会选煤厂煤泥破碎掺混简易流程图

目前，唐家会选煤厂原煤灰分为41%，发热量为14.64 MJ/kg，主要生产发热量为18.41 MJ/kg和17.57 MJ/kg这2种商品煤，采用弛张筛对原煤进行3 mm深度筛分工程已经建成，刚投入使用，估算煤泥量将进一步降低，在压滤机能力富裕的情况下，选煤厂将根据生产情况将一段浓缩机底流分一部分进入压滤，煤泥粒度变粗将进一步改善压滤机的降水效果，进而改善煤泥掺混的效果。

5 经济效益分析

根据唐家会选煤厂今年的生产统计，压滤细煤泥水分约为33%，产率为3.2%，发热量在13.59 MJ/kg左右。通过对压滤机进行改造，可以实现细煤泥平均降水3个百分点，发热量提高0.84 MJ/kg左右，增加煤泥破碎机与掺混机，将细煤泥破碎后掺入商品煤中，完全满足销售要求。

5.1 效益测算

按照入选原煤量1200万t/a以及当前产品单价计算，煤泥单独销售时，经济效益为188862万元。

5.1.1 煤泥部分掺配销售

若2/3的煤泥掺入商品煤中，商品煤发热量降低0.08 MJ/kg，按照商品煤每降低0.42 MJ/kg单价降低6.5元/t计算，单价降低后为221.7元，经济效益为190484万元，全年增加了经济效益1622万元。

5.1.2 煤泥全部掺配销售

煤泥全部掺入商品煤后，商品煤发热量降低0.13 MJ/kg，按照商品煤每降低0.42 MJ/kg单价降低6.5元/t计算，单价降低后为220.985元，经济效益为192787万元，全年增加了经济效益3925万元。

6 结语

由于选煤厂煤泥的外在水分高、粒度细、发热 量 较 低［5］、［6］，在 内 蒙 古 地 区 单 独 销 售 没 有 相 应的市场。唐家会矿选煤厂通过对煤泥进行加压压滤、压滤试验，决定对压滤机进行改造，将煤泥水分进一步降低，其发热量得到提高，再经过破碎和掺混环节，直接可将煤泥掺入产品销售，提高了商品煤综合产率，既避免了其对环境造成的污染，又能为企业创造显著的社会效益和经济效益。