煤泥水二次浓缩工艺研究.docx
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煤泥水二次浓缩工艺研究
煤泥水二次浓缩工艺研究
齐明强董广印
摘要：
通过对东庞洗煤厂原有煤泥水处理工艺的现状分析与研究，确定对深锥浓缩机进行技术研究改造。
实施对煤泥水系统的整合，实现煤泥水处理的一次浓缩工艺改造成二次浓缩工艺，创造性地将深锥浓缩机与倾斜板沉淀池的技术融合在一起，并结合应用先进的药剂自动添加系统，实现粗煤泥回收到中煤，提高煤泥浓缩澄清的效果，保证了清水洗煤。
关键词：
煤泥水一次浓缩二次浓缩深锥倾斜板
东庞选煤厂现有三条重介生产线，均为三产品重介旋流器洗选工艺。
其中一条生产线采用脱泥有压三产品重介旋流器工艺，另外两条生产线采用不脱泥无压三产品重介旋流器洗选，今年将改造为脱泥无压三产品旋流器洗选工艺，脱泥后1.0-0.25mm粗煤泥用CSS分选，-0.25mm细煤泥直接浮选；粗精煤泥采用振动弧形筛+高频筛+离心机回收，中矸煤泥采用分级旋流器+高频筛回收；浮选精煤采用加压过滤机脱水；煤泥水浓缩处理后其溢流做为生产循环水，底流采用快开压滤机回收，压滤煤泥地销。
一、煤泥水处理现状
东庞洗煤厂煤泥水系统采用一段浓缩工艺，共有3台φ30m周边传动耙式浓缩机，其入料来自浮选机尾矿、中矸分级旋流器溢流和中矸高频筛筛下水。
平均煤泥水量为2000m3/h，最大煤泥水量2500m3/h；平均煤泥量为45t/h，最大煤泥量60t/h。
浓缩机底流由泵输送至压滤车间用压滤机回收煤泥。
浓缩机溢流和尾煤压滤机的滤液作为洗煤生产系统循环水，其中一部分煤泥制成浆供矿自备电厂发电燃烧。
这样的煤泥水处理工艺在洗煤厂已使用二十多年，但随着近几年洗煤厂技术改造的进行暴露出以下问题：
1、洗煤厂生产能力由年入洗3.30Mt/a提高到4.50Mt/a，煤泥水处理环节浓缩沉淀面积明显不足，浓缩机工作压力增大，沉降效果变差，循环水浓度升高，无法保证清水洗煤，不但影响分选效果和产品质量，而且使各种消耗明显增加，严重影响洗煤生产的正常进行。
2、随着东庞矿一矿四井格局的形成，东庞洗煤厂正在从矿井型洗煤厂向群矿型洗煤厂过渡。
入洗外来煤的量越来越大，由于外来煤品种复杂，煤质变化较大，而且煤的泥化程度越来越高，煤泥量越来越大，越来越难以处理，给洗煤生产带来很大困难。
3、对东庞矿选煤厂浮选尾矿小筛分试验数据进行分析：
表1-1浮选尾矿小筛分表
粒度（mm）
重量（kg）
产率（%）
灰分（%）
+0.5
22.7
4.40
19.49
0.5-0.25
32.5
6.31
21.64
0.25-0.125
39.7
7.70
21.51
0.125-0.075
46.4
9.01
28.35
0.075-0.045
21.1
4.09
42.82
-0.045
352.9
68.49
67.50
合计
515.2
100.00
54.42
从表1-1来看得出浮选尾矿的特点：
①灰分高，尾矿灰分为53.75%，物料粘性较大。
②细煤泥量大，-0.045mm级物料占全样68.49%左右，且灰分高，为67.50%，说明煤泥有泥化现象。
③粗煤泥灰分较低，远低于细煤泥灰分，说明回收的粗煤泥可以掺入电煤，而不影响电煤的质量。
4、没有净水药剂自动添加装置，不能保证药剂的连续添加，而且药剂添加量不够准确和不稳定。
不但药剂用量大造成浪费，而且水处理的效果差，溢流水浓度变化大，不能保证清水洗煤。
因此，为了解决上述问题，需从三个方面对煤泥水系统进行改造：
①改造一段浓缩为二段浓缩工艺，②增加高效的浓缩设备，增大煤泥水浓缩沉降面积，③实现净水药剂添加自动化。
二、煤泥水系统改造方案研究
欲实现煤泥水的二次浓缩，最佳方案是在原系统浓缩机与浮选尾矿槽之间增加一段浓缩设备，改造后尾矿槽与一段浓缩之间和一段浓缩与二段浓缩之间均要有一定的高差，使大量的煤泥水主要靠自流进入下一级设备，避免用泵消耗很大的功率进行转载；由于在现有的工业广场内进行改造受场地的限制，必须建设高效的浓缩设备以减少占地空间。
另外，由于一段浓缩的目的是截留大颗粒，回收粗煤泥掺入中煤，这部分物料的沉淀速度快，可用较小的沉淀面积，而二段浓缩是要使大量的细泥沉淀，实现循环水的澄清利用，这部分细泥很难沉淀，必须添加药剂加速沉降，而且需要较大的沉淀空间。
经过对工业广场内所有设施的反复论证，在许多方案反复研究比较的基础上，最后确定了对现有的深锥浓缩机进行改造，只有它最符合上述条件，通过对它的改造可实现二段浓缩工艺。
深锥浓缩机是原来用于制备煤泥浆供电厂燃烧的实验设备已多年不用，它共有并列的两台，其直径均为8米，高度为13.8米。
它正好比主厂房的浮选尾矿槽低，比现有浓缩机高，并与两者的距离较近，便于改造。
按理论计算深锥的直径太小，沉淀面积不足，因此，必须对其进行高效化改造。
经过论证，确定的工艺路线是：
在浮选尾矿槽进行分流改造，保留原来入浓缩机一段浓缩工艺通道，增加分流进入深锥浓缩管道，使煤泥水处理工艺保持灵活、方便的特点。
进入深锥浓缩的煤泥水，经过沉降分级，其底流经振动弧形筛隔粗后，用卧式沉降过滤离心机处理，回收粗煤泥掺入中煤，卧式沉降过滤离心机的滤液和一段深锥浓缩机的溢流一块进入二段浓缩机，二段浓缩机的溢流为生产循环水，其底流到压滤机进行回收。
1、改造后工艺流程图：
2、深锥浓缩机的高效改造
深锥浓缩机是一种高度大于直径，上部圆筒，下部倒圆锥的澄清、浓缩设备，它的特点是圆锥部分较长，利用其高度所产生的压力，可获得高浓度的底流。
深锥浓缩机不但有澄清带和浓缩带，而且还有一个压缩带。
它的圆锥部分充满不断被压紧和浓缩的沉淀物，由于圆筒部分高度大，可依靠浓缩物本身的压力压紧凝聚下来的物料，获得高浓度的底流。
东庞洗煤厂原有的深锥为侧壁深部入料，为了提高其浓缩效果，增加浓缩面积，我们对其进行了如下改造。
2.1吸收高效浓缩机的技术特点，改造入料方式。
采取中心入料直接给入浓缩机的下部，制作特殊的给料装置，使物料在深部稳流装置的作用下，以辐射状向水平方向扩散，给料装置（如图二）。
水平方向扩散的物料流速度缓，进入预先形成的高浓度絮团层，入料经絮团层过滤，增大了絮团层的厚度，清水通过絮团层从上部溢流堰排出。
这种深部入料的方式有助于煤泥颗粒的沉降，增加煤泥进入溢流的阻力，使的大部分煤泥进入底部，提高沉降效果。
2.2、增加倾斜板提高沉降效果
由于东庞洗煤厂煤泥水量较大，2台φ8m的深锥浓缩机不能满足分级粒度的要求，需要设计分级效率高、处理能力大、分级粒度细的分级设备。
通过研究决定采用在深锥浓缩机中增加倾斜板，以增加有效分级面积，满足分级粒度的要求。
倾斜板结构参数的确定。
深锥浓缩机的直径φ=8m，沉淀面积S=50.26m2/台；需要处理的平均煤泥水量W=1000m3/h·台，最大煤泥水量W大=1250m3/h·台；平均煤泥Q=22t/h·台，最大煤泥水量Q大=30t/h·台；在深锥内将斜板平均分为12个分区，每个分区30°；煤的密度取1.55g/cm3；倾斜板的利用系数取0.9；倾斜板的倾角取65°。
对于不同的板间距d（mm）与不同的板长L（mm）组合情况下增加的沉淀面积S（m2）和分级粒度dm（mm）进行试验研究与测算，结果见下表：
表2-1新增倾斜板面积表
d（mm）
S（m2）
L（mm）
80
100
120
150
1000
480.6
382.8
317.6
277.1
1325
589.2
488.3
400.2
343.7
1500
641.9
525.3
459.8
358.2
表2-2新增有效沉淀面积表
d（mm）
S（m2）
L（mm）
80
100
120
150
1000
172.7
137.5
114.1
99.6
1325
211.7
175.4
143.7
123.5
1500
230.8
188.7
165.2
128.7
表2-3分级粒度表
d（mm）
dm（mm）
L（mm）
80
100
120
150
1000
0.18
0.19
0.21
0.22
1325
0.16
0.18
0.19
0.20
1500
0.15
0.17
0.18
0.20
在上述几种组合的基础上，最终倾斜板结构参数的确定，着重从以下几方面考虑：
1）理论分级粒度应小于实际要求的分级粒度
倾斜板浓缩机对入料的各项参数较为敏感，入料量、浓度、粒度分布、温度等因素的变化都会对设备的工作效率产生较大的影响，另外倾斜板的利用系数也是一个重要因素，必须予以考虑。
因此，在设计时应留出适当的富余量。
2）沉淀物料本身的特性
若物料本身比较粘时，板间距应取较大值，反之取较小值。
因东庞矿选煤厂煤泥特性总体来说比较粘，因此板间距不宜过小。
3）合适的长径比
当倾斜板分级单元的倾角，入料流速以及沉降颗粒的粒度确定时，若板间距增大，为保证分级效果不变，需相应延长板长。
倾斜板长径比对分级效率影响较大，一般倾斜板的长径比在10～17之间，分级效率较高。
综合考虑以上因素，设计确定板长为1325mm，板间距为100mm，理论分级粒度为0.18mm。
改造完成后，深锥浓缩机单位沉淀面积的工作负荷为5.54m3/m2·h，一段浓缩机沉淀面积共计451.34m2，其中倾斜板有效沉淀面积350.82m2。
通过对深锥浓缩机的改造，我们将深锥浓缩，高效浓缩，倾斜板沉淀技术有机的结合在一起，极大地提高了浓缩沉淀的效率，形成了具有自主知识产权的高效浓缩设备，取得了十分理想的效果。
三、深锥工艺检查试验：
入料量2000m3/h，矿浆浓度60克/升，煤泥水分53.75%的情况下，对深锥浓缩的检查效果如下：
深锥入料小筛分试验
粒度（mm）
重量（kg）
产率（%）
灰分（%）
+0.5
22.7
4.40
19.49
0.5-0.25
32.5
6.31
21.64
0.25-0.125
39.7
7.70
21.51
0.125-0.075
46.4
9.01
28.35
0.075-0.045
21.1
4.09
42.82
-0.045
352.9
68.49
67.50
合计
515.2
100.00
54.42
深锥溢流小筛分试验
产品
溢流
粒级（mm）
浓度g/l
18.1
灰分%
产率%
灰分%
累计产率%
累计灰分%
+0.5
0.5-0.25
0.25-0.125
0.125-0.075
0.075-0.045
24.17
32.34
24.17
32.34
-0.045
75.83
66.44
100.00
58.20
合计
100.00
46.30
四、辅助设备的应用
4.1絮凝剂自动添加系统
煤泥水经过二次浓缩后，进入耙式浓缩机的煤泥粒度组成变细，细泥含量进一步增加，使得煤泥水更难于澄清。
因此，采用2套絮凝剂自动添加系统，以实现阴、阳离子的自动配备和同时添加。
经过多方调研采用BAWJ系列絮凝剂自动加药系统，该系统是干粉状絮凝剂自动制备、投加，自动调节加药量的全自动控制系统，它包括三个部分：
药剂制备系统、药剂投加系统、监测控制系统，该设备具有以下特点：
1）节省药剂用量，降低生产成本
自动加药系统通过实时监测信号控制给料泵，随时根据浓缩机的沉降及溢流情况调整加药量，使加药量始终保持一个合适值，从根本上杜绝人工加药的随意性和不确定性，减少不必要的浪费，降低生产成本。
2）保证生产连续稳定，减少生产事故。
由于加药是自动控制始终保持合适的加药量，一方面，不会出现加药量过大而造成过度沉降，因此能有效避免浓缩机压耙等故事的发生；另一方面，也不会因加药量过小导致溢流水浓度过高或底流浓度过低，从而影响分选精度，过滤（压滤）处理量降低等生产事故（或不利影响），保证洗水系统始终处于一个合理的优化的状态。
3）自动加药系统投用后，只须将粉状药剂一次性加入储料斗中，其它工作均由系统自动完成，从而大大节省了人力，降低了劳动强度，非常便于生产管理。
4）独特自动监控系统可同时控制煤泥沉降速度及澄清水浊度。
生产中只加絮凝剂虽然可以使得煤泥沉降，但溢流水浓度高，不能满足生产要求，此时需要加入阳离子凝聚剂去除溢流水中细泥，改善澄清水的浊度。
自动加药系统投入使用后，实现了同时监测煤泥水沉降速度和澄清水浊度。
根据需要分别控制絮凝剂及净水剂的投加量，使煤泥水处理系统既可以得到合适的沉降速度，又可以得到合格的澄清水，保证洗煤厂清水洗煤。
4.2沉降过滤离心机的应用
为了使东庞洗煤厂能更好的适应煤质波动，保证煤泥水系统的稳定性，达到洗水闭路循环，同时尽可能多的回收煤泥掺入中煤，提高企业经济效益，此次改造中新增2台LWZ1200X1800A型沉降过滤离心机，用以回收一段浓缩机底流进入中煤。
通过对沉降过滤离心机回收物料进行检查发现，水分11～15%之间，灰分保持35%以上，和我厂中煤指标接近，非常适合掺入中煤。
筛分粒级
mm
产品
总灰%
33.13
重量g
产率%
灰分%
累计产率%
累计灰分%
+0.5
7.8
3.91
11.00
3.91
11.00
0.5-0.25
23.6
11.82
13.29
15.73
12.72
0.25-0.125
43
20.54
21.27
36.27
15.93
0.125-0.075
60
28.06
33.16
64.33
21.39
0.075-0.045
38.7
19.39
54.88
83.72
28.88
-0.045
26.5
16.28
64.68
100
33.63
合计
199.6
100.00
36.84
六、效益分析
1、经济效益分析
经检查发现改造后深锥浓缩机可确保回收+0.045mm以上的粗煤泥，其底流平均量15.28t/h；减少了进入耙式浓缩机的煤泥水量，适当减轻了耙式浓缩机的工作压力。
另外，自动加药投用后，制水药剂实现了均匀连续添加，药剂量大大降低。
经测算每1000m3煤泥水可节约0.2kg药剂。
年可节约生产资金100万元。
回收粗颗粒尾煤掺入电煤产品和节约药剂用量，年可创效益约二千万元。
1）煤泥变电煤增加的效益
可回收底流量：
15.28t/h（平均值），电煤价格：
409.5元/吨，煤泥价格：
230元/吨，运行时间按20小时/天，330天/年。
15.28×（409.5-230）×20×330=1810.2216（万元）
2）加工费：
卧脱功率185kw（两台）；底流泵37kw；电价：
0.52元/kwh;。
0.52×（185×2+37）×20×330=139.6824（万元）
3）设备折旧费：
60.5万元/年
4、）年利润：
煤泥变电煤新增效益-加工费-设备折旧费
1810.2216-139.6824-60.5=1670.53315（万元）
2、社会效益
改造后不但取得巨大经济效益还给洗煤厂带来工艺变革，走出了一条具有自己特色煤泥水回收利用工艺路线，为选煤业内探讨煤泥水回收提供了新思路。
具体体现在以下几个方面：
1、粗、细煤泥分别回收利用，进一步完善了洗水闭路循环工艺。
2、回收粗颗粒尾煤掺入电煤产品，减少了煤泥落地存储量。
3、减少了煤泥露天存放量，减轻了环境污染。
4、提升资源利用率，保证清水洗煤。
结束语：
通过对煤泥水二次浓缩改造的研究，极大地改善选煤厂工艺效果，稳定的东庞洗煤厂生产，对于东庞洗煤厂的发展，有着至关重要的意义。
具体体现在以下几个方面：
1）深锥浓缩机单位沉淀面积的工作负荷为5.54m3/h，一段浓缩新增沉淀面积451.34m2，其中利用倾斜板有效沉淀面积350.82m2。
2）沉降过滤离心机回收的煤泥水分进一步降低，提高发热量，产品水分达到≤15%，将其掺入中煤，提高了企业经济效益。
3）增加絮凝剂自动添加系统，有效地降低了洗水浓度，确保了系统的高效、可靠运行，提高了工艺效果。
4）粗细煤泥分别回收，做到物尽其用，充分发挥了沉降过滤离心机、尾煤压滤机各自的优势，优化了系统配置，有利于充分发挥设备的潜能，实现固液分离彻底，煤泥水良性循环，达到清水或低浓度洗水选煤的目的。
5）提高了洗煤厂技术装备水平、完善了生产设施、优化了系统配置，确保系统的高效、可靠运行，提高精煤产率，为生产任务的完成创造、良好的条件。
参考文献：
《选煤实用技术手册》上卷中国矿业大学出版社
作者简介：
齐明强（1965）男，河北晋县人，冀中能源股份有限公司东庞矿副总工程师
董广印（1970），男，河北南宫市人，冀中能源股份有限公司东庞洗煤厂工程师。
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