引言

目前動(dòng)力煤選煤廠常用的細(xì)煤泥處理工藝主要是先將煤泥水導(dǎo)入濃縮池進(jìn)行濃縮沉降，然后將濃縮池底流打入加壓過濾機(jī)進(jìn)行壓濾脫水處理形成低灰煤泥產(chǎn)品，并得到清凈的循環(huán)水返回再用。選煤廠常用細(xì)煤泥的脫水機(jī)械主要有真空過濾機(jī)、加壓過濾機(jī)、帶式壓濾機(jī)等。由于動(dòng)力煤選煤廠的煤質(zhì)情況不穩(wěn)定，導(dǎo)致煤泥水系統(tǒng)環(huán)節(jié)的問題最多、最難解決。很多選煤廠生產(chǎn)效率低，末煤系統(tǒng)運(yùn)行不正常，循環(huán)水澄清度低，其問題都出在煤泥水處理環(huán)節(jié)上。所以很多動(dòng)力煤選煤廠采取末煤不入洗的工藝來避免煤泥水處理環(huán)節(jié)，但這種工藝又導(dǎo)致原煤入洗率的降低以及產(chǎn)品的發(fā)熱量無法達(dá)標(biāo)等問題。哈拉溝選煤廠隸屬于神華神東煤炭集團(tuán)，是一座處理能力為14Mt/a的大型礦井型選煤廠。該選煤廠采用塊煤重介淺槽主再選工藝，末煤采用有壓兩產(chǎn)品重介旋流器分選工藝，粗煤泥采用離心脫水方式處理，細(xì)煤泥采用濃縮池濃縮后加壓過濾機(jī)脫水回收。末煤系統(tǒng)基本可實(shí)現(xiàn)持續(xù)性全入洗效果，但在入洗過程中加壓過濾機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷依然較重。并聯(lián)濃縮雖然有效緩解了極細(xì)泥對(duì)加壓過濾機(jī)的影響，但加壓過濾機(jī)仍存在濾液濃度較高，極細(xì)泥在濃縮池中循環(huán)的情況，故此考慮增加2臺(tái)板框加壓過濾機(jī)，用以處理系統(tǒng)中的極細(xì)泥，此舉在弛張篩改造后，可將1臺(tái)加壓過濾機(jī)停轉(zhuǎn)，系統(tǒng)只需運(yùn)行3臺(tái)加壓過濾機(jī)及2臺(tái)板框壓濾機(jī)。板框壓濾機(jī)對(duì)物料的粒度組成要求相對(duì)不嚴(yán)格，較為適合處理極細(xì)顆粒物料。通過此次改造可以使該廠細(xì)煤泥實(shí)現(xiàn)分級(jí)處理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)末煤系統(tǒng)濃縮池的串聯(lián)使用，一段底流使用加壓過濾機(jī)進(jìn)行處理，二段底流使用板框進(jìn)行處理。改造的目的是充分發(fā)揮不同設(shè)備對(duì)不同粒度級(jí)煤泥處理的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)降成本、增效益。

1.0生產(chǎn)現(xiàn)況

1.1工藝流程哈拉溝選煤廠屬于礦井型選煤廠，礦井原煤主要是變質(zhì)程度較低的長(zhǎng)焰煤和不粘結(jié)煤。末煤系統(tǒng)分選工藝為:經(jīng)過篩分車間分級(jí)后的末煤先通過1.5mm的脫泥篩進(jìn)行預(yù)先脫泥，篩下的煤泥水經(jīng)分級(jí)旋流器分級(jí)后，＞0.35mm粒級(jí)的底流成為粗煤泥，采用煤泥離心機(jī)回收;＜0.35mm粒級(jí)的溢流進(jìn)入濃縮池沉降，濃縮池底流采用4臺(tái)加壓過濾機(jī)處理，濃縮池溢流進(jìn)入循環(huán)水池，作為系統(tǒng)清掃用水和脫介噴水。該廠的煤泥水處理工藝流程，如圖1所示。從整體工藝上來看，整個(gè)流程做到了煤泥水的固液分離和壓濾回收，但從實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)狀來看，由于系統(tǒng)中細(xì)煤泥含量較高，導(dǎo)致濃縮池長(zhǎng)期處于高位運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，耙架電流經(jīng)常過載容易導(dǎo)致耙架壓死等系統(tǒng)故障發(fā)生。同時(shí)伴隨哈拉溝礦井1－2煤的開采，細(xì)煤泥中出現(xiàn)了大量由于矸石泥化形成的極細(xì)矸石泥，影響了煤泥水沉降的速率。由于系統(tǒng)內(nèi)的極細(xì)煤泥難以沉降壓濾回收，所以根據(jù)該廠的生產(chǎn)運(yùn)行情況來看末煤系統(tǒng)的壓濾機(jī)工況、濃縮池的濃縮效果、循環(huán)水的澄清度。

1.2存在問題

無法適應(yīng)矸石泥化和原煤煤質(zhì)變化:哈拉溝選煤廠主要入洗哈拉溝煤礦開采的原煤。當(dāng)原煤矸石量大時(shí)，矸石泥化現(xiàn)象較嚴(yán)重，濃縮池由于并聯(lián)使用導(dǎo)致部分細(xì)煤泥和矸石泥沉降不徹底經(jīng)溢流混入循環(huán)水系統(tǒng)影響系統(tǒng)脫介噴水效果，造成不必要的介質(zhì)損耗。特別是哈拉溝煤礦在搬家倒面時(shí)，原煤煤質(zhì)情況不穩(wěn)定，選煤廠煤泥水處理系統(tǒng)無法適應(yīng)原煤煤質(zhì)變化，末煤煤泥水無法及時(shí)處理，系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作頻繁，嚴(yán)重時(shí)只能采取末煤不入洗的方法，以降低產(chǎn)品質(zhì)量為代價(jià)來確保整個(gè)選煤廠的正常運(yùn)行。壓濾機(jī)反吹卸料困難:末煤系統(tǒng)中的細(xì)煤泥顆粒經(jīng)過濃縮后進(jìn)入加壓過濾機(jī)，這部分顆粒比表面積較大粘附的藥劑較多，導(dǎo)致形成的濾餅粘度較大，造成壓濾機(jī)反吹卸料困難，長(zhǎng)時(shí)間粘附在濾布表面，使得濾布容易磨損，濾布更換頻繁造成人力和財(cái)力的損失。同時(shí)加壓過濾機(jī)主軸持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)后導(dǎo)致粘附在濾布表面的濾餅越來越厚，壓濾機(jī)主軸由于阻力過大導(dǎo)致欠速保護(hù)動(dòng)作，壓濾機(jī)故障停車。濾餅卸料后經(jīng)過加壓過濾機(jī)的煤泥刮板時(shí)在刮板滑道上粘附大量的煤泥。由于加壓過濾機(jī)是密封設(shè)備，崗位司機(jī)日常巡檢無法觀察到煤泥刮板的運(yùn)行狀況，滑道粘附的煤泥堆積到一定程度后會(huì)導(dǎo)致刮板飄鏈、刮板欠速保護(hù)動(dòng)作、刮板斷鏈等故障發(fā)生。尤其是刮板斷鏈后處理故障的時(shí)間大約在2h左右，嚴(yán)重影響到壓濾機(jī)的運(yùn)行效率。排料困難:加壓過濾機(jī)的排料方式一般為料位計(jì)排料，由于濾餅中存在大量粘附性較強(qiáng)的細(xì)煤泥，在排料倉(cāng)內(nèi)的料位計(jì)經(jīng)常會(huì)由于煤泥粘附在其表面導(dǎo)致料位計(jì)顯示不準(zhǔn)確而無法進(jìn)行正常排料。上下閘板無法正常開關(guān):加壓過濾機(jī)的卸料方式較為復(fù)雜，需要在密封排料倉(cāng)里上下閘板的相互配合來完成。由于濾餅中含有大量的極細(xì)煤泥顆粒，上下閘板在頻繁開合關(guān)閉的過程中將大量的極細(xì)煤泥顆粒帶到閘板液壓驅(qū)動(dòng)缸內(nèi)。由于閘板是由液壓驅(qū)動(dòng)，帶入的細(xì)煤泥在閘板的來回動(dòng)作下被壓縮成極為致密的煤泥塊，達(dá)到一定的量后會(huì)導(dǎo)致上下閘板無法正常開關(guān)排料，導(dǎo)致壓濾機(jī)故障停車。

2煤泥水粒度組成分析

煤泥水中煤泥的粒度組成很大程度上決定了煤泥水濃縮、澄清、脫水、過濾等作業(yè)的難易程度。因此，通過實(shí)驗(yàn)研究選煤廠煤泥水的粒度組成、特別是極細(xì)顆粒的分布十分重要。哈拉溝選煤廠經(jīng)過4臺(tái)弛張篩改造后，末煤系統(tǒng)基本可實(shí)現(xiàn)持續(xù)性全入洗效果，但在入洗過程中加壓過濾機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷依然較重，而目前選煤廠末煤系統(tǒng)濃縮池選用并聯(lián)方式使用，主要為避免串聯(lián)使用過程中出現(xiàn)的二段濃縮底流中極細(xì)顆粒含量過高，導(dǎo)致加壓過濾機(jī)運(yùn)行效率下降等問題。設(shè)計(jì)煤泥水處理工藝方案，需要對(duì)煤泥水中煤泥粒度組成進(jìn)行分析。加壓過濾機(jī)的工況與入料粒度關(guān)系很大，當(dāng)極細(xì)顆粒物料較多時(shí)，處理能力與效果明顯下降;板框壓濾機(jī)對(duì)物料的粒度組成要求相對(duì)不嚴(yán)格，較為適合處理極細(xì)顆粒物料。由于當(dāng)前所有物料只能進(jìn)入加壓過濾機(jī)處理，煤泥粒度組成對(duì)其工況影響較大。哈拉溝選煤廠末煤濃縮池的入料來源主要是水力分級(jí)旋流器的溢流以及磁選機(jī)的尾礦。末煤系統(tǒng)共有3臺(tái)水力分級(jí)旋流器，處理能力250m3/h，分級(jí)粒度為0.2mm。該廠水力分級(jí)旋流器的入料粒度組成，見表1。

從水力分級(jí)旋流器的入料粒度組成可以看出入料中＜0.045mm粒級(jí)的極細(xì)煤泥占本級(jí)11.22%。該入料經(jīng)過水力分級(jí)旋流器分級(jí)后通過泵送轉(zhuǎn)至濃縮池，濃縮沉降后又泵送至壓濾機(jī)入料桶，運(yùn)輸?shù)倪^程中煤泥中的極細(xì)顆粒再度增加，所以實(shí)際上進(jìn)入壓濾機(jī)中的極細(xì)煤泥遠(yuǎn)大于這一數(shù)值。根據(jù)斯托克斯公式可知，顆粒沉降速度和其直徑的平方成正比。在濃縮池中，煤泥水中的極細(xì)顆粒受到的重力作用較小，布朗運(yùn)動(dòng)較為劇烈，使得極細(xì)顆粒保持較長(zhǎng)時(shí)間的懸浮狀態(tài)。哈拉溝選煤廠的濃縮池高度在設(shè)計(jì)之初沒有考慮到極細(xì)顆粒的增加，所以大部分極細(xì)顆粒沒來得及濃縮沉降就經(jīng)濃縮池溢流進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)造成選煤廠循環(huán)水水黑的現(xiàn)象。因此，通過對(duì)該廠煤泥水的粒度組成分析得出該廠原有的并聯(lián)使用濃縮池工藝并不適合當(dāng)下的煤質(zhì)情況。為了保證該廠煤泥水處理環(huán)節(jié)具有足夠的處理能力，應(yīng)該通過對(duì)末煤濃縮壓濾系統(tǒng)工藝重新設(shè)計(jì)調(diào)整來保證該廠末煤系統(tǒng)的高效率運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.0優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

3.1煤泥水分級(jí)環(huán)節(jié)改造濃縮機(jī)入料的來源主要是分級(jí)旋流器的溢流，它直接決定了進(jìn)入濃縮機(jī)物料的粒度組成等性質(zhì)。哈拉溝選煤廠末煤系統(tǒng)目前使用3臺(tái)海王水力分級(jí)旋流器，分級(jí)粒度0.2mm，處理能力250m3/h，處理能力基本滿足系統(tǒng)負(fù)荷要求。每臺(tái)旋流器下方配有2臺(tái)天馬弧形篩，篩縫尺寸為0.35mm。原煤在篩分車間通過弛張篩進(jìn)行了預(yù)先篩分，小于6mm粒級(jí)粉煤直接上產(chǎn)品倉(cāng)配煤銷售，所以末煤系統(tǒng)中粗煤泥量不是很大。煤泥水經(jīng)過水力分級(jí)旋流器后＞0.5mm粒級(jí)的粗煤泥進(jìn)入濃縮池大約為3.41%。一定量的粗煤泥在煤泥水中有助于煤泥顆粒和絮凝劑作用形成松散、多孔、具有三維空間結(jié)構(gòu)的絮團(tuán)。因此，在濃縮池的入料中摻入一定量的粗煤泥有助于加快煤泥水沉降速率。在保證旋流器底流呈傘狀噴出的條件下，適當(dāng)調(diào)整旋流器角錐比使部分＞0.5mm粒級(jí)粗煤泥進(jìn)入濃縮池入料來改善煤泥水沉降效果，同時(shí)減少了煤泥離心機(jī)中細(xì)煤泥量，降低了離心液中的含固量。

3.2煤泥水濃縮沉降環(huán)節(jié)改進(jìn)濃縮池是通過使用一些藥劑來完成對(duì)煤泥水進(jìn)行連續(xù)濃縮的設(shè)備。煤泥水在濃縮池中沉淀主要分為5個(gè)區(qū)，由上到下依次為:澄清水區(qū)、自由沉降區(qū)、過渡區(qū)、壓縮區(qū)、濃縮物區(qū)。煤泥顆粒在濃縮池中的運(yùn)動(dòng)速度與煤泥的粒度、密度、煤泥水的濃度、溫度等因素相關(guān)。哈拉溝選煤廠末煤系統(tǒng)共有3個(gè)濃縮池，直徑為30m，單臺(tái)每小時(shí)處理能力為1000m3，每個(gè)濃縮池配有2臺(tái)底流泵。目前是采用一備兩用的方式生產(chǎn)，2臺(tái)工作濃縮池采用并聯(lián)的方式同時(shí)入料，備用濃縮池一般作為蓄水池和調(diào)節(jié)塊末煤循環(huán)水液位用。濃縮池并聯(lián)使用的好處在于可以保證壓濾機(jī)的穩(wěn)定給料以及循環(huán)水液位高度，但是存在煤泥沉降不及時(shí)不徹底等問題。針對(duì)上述問題，該廠將濃縮池的并聯(lián)使用改為串聯(lián)使用，煤泥水先通過1、2號(hào)池進(jìn)行一段濃縮，一段濃縮的溢流再進(jìn)入3號(hào)濃縮池進(jìn)行二段濃縮。該廠濃縮池加藥方式為多點(diǎn)加藥，在濃縮池入料管的中間部位設(shè)置第一個(gè)加藥點(diǎn)，經(jīng)過充分?jǐn)嚢璧男跄齽┰谶@里與煤泥水第一次“相遇”，使得細(xì)煤泥互相凝聚形成絮團(tuán)。在入料管2/3處設(shè)置第二個(gè)加藥點(diǎn)，使得在第一點(diǎn)沒有來得及凝聚的細(xì)煤泥進(jìn)一步凝聚。在入料管出口處設(shè)置第3個(gè)加藥點(diǎn)，進(jìn)行檢查性絮凝，充分保證細(xì)煤泥完全凝聚。這種加藥方式可以靈活控制和調(diào)整煤泥的沉降過程，最有效、最充分地發(fā)揮藥劑的作用，保證煤泥的回收率。一段濃縮主要沉降粒度較大的煤泥，入料濃度也較大，可以適當(dāng)增加一段濃縮藥劑用量。二段濃縮主要沉降極細(xì)煤泥，入料濃度較小，可以適當(dāng)減少藥劑用量。二段濃縮的溢流作為系統(tǒng)的循環(huán)用水循環(huán)使用。通過對(duì)煤泥水分段濃縮的工藝改進(jìn)可以實(shí)現(xiàn)煤泥的分級(jí)脫水處理，使煤泥充分沉降，循環(huán)水系統(tǒng)更為澄清。

3.3煤泥壓濾環(huán)節(jié)改造板框壓濾機(jī)是一種常用的間歇式煤泥壓濾脫水設(shè)備。該設(shè)備主要由壓濾機(jī)濾板、液壓站系統(tǒng)、壓濾機(jī)框、濾板傳輸系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)等5大部分組成。其作用是將濃縮處理后的煤泥進(jìn)行壓濾，形成大塊濾餅回收。因壓榨的濾餅含固率高、設(shè)備占地空間小、自動(dòng)化程度高、運(yùn)行維護(hù)成本低等特點(diǎn)廣泛運(yùn)用于選煤工業(yè)生產(chǎn)中。哈拉溝選煤廠末煤系統(tǒng)現(xiàn)有4臺(tái)加壓過濾機(jī)，型號(hào)為HBF－S120，Q=90t/h，過濾面積為120m2。由于該廠煤泥水系統(tǒng)中存在大量的極細(xì)煤泥，而加壓過濾機(jī)的工況與入料粒度關(guān)系很大，當(dāng)極細(xì)顆粒物料較多時(shí)，處理能力與效果明顯下降。板框壓濾機(jī)對(duì)物料的粒度組成要求相對(duì)不嚴(yán)格，較為適合處理極細(xì)顆粒物料，所以考慮采用新型板框壓濾機(jī)來處理極細(xì)煤泥。新型板框壓濾機(jī)的出料水分能夠控制在30%以下，可以有效控制商品煤水分。通過對(duì)系統(tǒng)煤泥量的計(jì)算評(píng)估，哈拉溝選煤廠末煤系統(tǒng)將新增2臺(tái)板框壓濾機(jī)來改善煤泥水的處理效果。同時(shí)將濃縮池的并聯(lián)使用工藝調(diào)整為串聯(lián)使用工藝。一段濃縮池底流可通過加藥量等手段控制粒度組成，滿足加壓過濾機(jī)對(duì)粒度組成的要求進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工況最佳;二段濃縮池底流極細(xì)顆粒物料多，使用板框壓濾機(jī)進(jìn)行處理，可以充分發(fā)揮板框壓濾機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。該廠在末煤系統(tǒng)建設(shè)初期已經(jīng)預(yù)留了板框壓濾機(jī)的接口和安裝空間。改造需要的設(shè)備主要有2臺(tái)板框壓濾機(jī)、1臺(tái)煤泥轉(zhuǎn)載膠帶機(jī)、2個(gè)入料桶、4臺(tái)入料泵、2臺(tái)攪拌器。另外需要對(duì)末煤煤泥管道進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)濃縮池的串聯(lián)使用。新加的板框壓濾機(jī)給料方式為單段泵給料，同時(shí)配備相應(yīng)的壓風(fēng)機(jī)等設(shè)備。系統(tǒng)生產(chǎn)過程中板框壓濾機(jī)和加壓過濾機(jī)可以進(jìn)行搭配使用。一般情況只要開啟2臺(tái)板框壓濾機(jī)和3臺(tái)加壓過濾機(jī)就可以完成系統(tǒng)中煤泥水的處理量。當(dāng)系統(tǒng)中矸石泥含量較大時(shí)可以再開1臺(tái)加壓過濾機(jī)來提高末煤系統(tǒng)煤泥水處理能力，防止?jié)饪s池一段濃縮溢流流量過大影響二段濃縮處理效果。

4.0結(jié)語(yǔ)

(1)從哈拉溝選煤廠的生產(chǎn)現(xiàn)狀可看出原煤煤質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化要求煤泥水處理系統(tǒng)必須要具備很高的應(yīng)變能力，針對(duì)不同的煤質(zhì)情況應(yīng)該采取相應(yīng)的煤泥水處理方案。在初期設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮選煤廠在面對(duì)原煤煤質(zhì)情況波動(dòng)時(shí)應(yīng)具備靈活的處理能力。

(2)煤泥水處理環(huán)節(jié)的投入和效益回報(bào)一直是動(dòng)力煤選煤廠的一大爭(zhēng)議。如果動(dòng)力煤選煤廠采取浮選工藝來處理煤泥水，可以一定程度上提高產(chǎn)品煤的質(zhì)量。但分選工藝較為復(fù)雜，藥劑消耗較大，洗選成本增加。在動(dòng)力煤選煤領(lǐng)域是否采用浮選工藝來處理煤泥水，還有待進(jìn)一步論證。

(3)將煤泥水分級(jí)處理是通過一線生產(chǎn)實(shí)踐論證，充分利用不同設(shè)備的處理特點(diǎn)將現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)整改進(jìn)，從而得出最優(yōu)的處理方案。實(shí)現(xiàn)了選煤廠的洗水閉路循環(huán)、煤泥廠內(nèi)回收，同時(shí)降低了煤泥產(chǎn)品的水分、提高了品種煤的產(chǎn)率。

(4)在選煤廠煤泥水處理的生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中，采用了許多不同的設(shè)備來進(jìn)行試驗(yàn)。目前投入生產(chǎn)一線并使用效果較好的設(shè)備有干擾床分選機(jī)、水介質(zhì)旋流器、螺旋分選機(jī)等等。在后續(xù)的生產(chǎn)過程中選煤廠應(yīng)該多去探索將一些沒有在選煤行業(yè)使用過的設(shè)備用來處理煤泥水，以此來解決煤泥水處理難的問題。

---

作者：方治民教授

歡迎來電咨詢、技術(shù)交流、來料實(shí)驗(yàn)。

咨詢：18851718517