選煤廠洗水凈化再生工藝分析與探討

戴化震

(中國煤炭科工集團 北京華宇工程有限公司，河南 平頂山 467002)

選煤廠洗水凈化再生工藝分析與探討

戴化震

(中國煤炭科工集團 北京華宇工程有限公司，河南 平頂山 467002)

分析介紹了有代表性的四座選煤廠的洗水凈化再生工藝，提出了一種新的煤泥水一段濃縮+ DH高效污水凈化器凈化工藝，詳細闡述了該工藝關鍵設備——DH高效污水凈化器的工作原理及凈化過程，并基于礦井水的凈化再生實踐，預測了該工藝的運行效果。

選煤廠；洗水凈化再生；洗水凈化再生工藝；DH高效污水凈化器；動態過濾

煤泥水凈化回收系統運行的好壞是決定選煤廠能否正常生產、實現洗水閉路循環的關鍵因素。選煤工作者也一直將煤泥水的高效凈化回收作為重點研究的方向，業界已有的研究表明，煤泥水凈化回收的難點在于高灰微細顆粒的較難沉降[1]。為了更方便地調節選煤廠的洗水平衡及進一步降低循環水的濃度，努力實現清水洗煤，近年來已有十余座選煤廠采用了洗水凈化再生工藝[2]，例如成莊選煤廠、龍固選煤廠、屯蘭選煤廠、謝橋選煤廠等。

1 幾種洗水凈化再生工藝介紹

1.1 成莊選煤廠洗水凈化再生工藝

經過多年的實踐與研究，晉城煤業集團成莊選煤廠在煤泥水處理方面摸索出了一套成功的經驗。

該選煤廠原煤分選分為塊煤分選系統及末煤分選系統，原設計中塊煤分選系統與末煤分選系統的煤泥水是分別進行濃縮、壓濾脫水回收的，循環水系統也是相互獨立的，全廠的煤泥水處理工藝管理難度較高，生產中曾因管理疏忽發生過幾次洗水外排事故。后經分析研究，該廠對煤泥水系統進行了改造：將原系統中的末煤濃縮機(φ30.5 m)作為全廠塊煤、末煤分選系統共用的尾煤濃縮機，將塊煤、末煤分選系統的尾煤水進行統一濃縮回收處理；尾煤濃縮機的底流利用原有的壓濾機脫水回收，壓濾機的濾液返回尾煤濃縮機；尾煤濃縮機的溢流給入改造后的循環水池(將原有塊煤循環水池與末煤循環水池在底部用水管連通)，作為塊煤、末煤分選系統共用的生產循環水；另外，將原系統中的備用濃縮機(φ30 m)改造作為凈化濃縮機，其底流與尾煤濃縮機底流一同利用壓濾機脫水回收，其中部用水管與循環水池的上部連通。這樣，改造后的循環水池與凈化濃縮機就共同形成了一個容量巨大的緩沖池，能在較大范圍內自動調節生產系統內的水量盈虧，可避免生產系統水量不平衡時的洗水外排。同時，因凈化濃縮機與循環水池相連通，凈化濃縮機內的洗水繼續凈化后能進一步降低生產循環水的濃度[3,4]。該廠對煤泥水系統改造，采用洗水凈化再生工藝(圖1)后，不僅不再外排煤泥水，而且生產中可保持洗水濃度不高于10 g/L，達到了選煤廠一級洗水閉路循環的要求(即洗水濃度<50 g/L)[3]。

圖1 成莊選煤廠洗水凈化再生系統

1.2 龍固選煤廠洗水凈化再生工藝

龍固選煤廠采用的洗水凈化系統(圖2)工藝流程為：生產系統排出的煤泥水給入尾煤濃縮機，尾煤濃縮機溢流進入循環水池，供生產循環使用；尾煤濃縮機底流的高濃度煤泥水經泵送至尾煤壓濾機脫水后回收煤泥；尾煤壓濾機的濾液經加藥沉淀后再給入凈化濃縮機，凈化濃縮機的溢流進入澄清水池，澄清水可作為渣漿泵軸封水使用；凈化濃縮機的底流與尾煤濃縮機底流一同經尾煤壓濾機脫水回收。系統中凈化濃縮機的中部用水管與循環水池相連通。

圖2 龍固選煤廠洗水凈化再生系統

與成莊選煤廠洗水凈化工藝相比，龍固選煤廠的洗水凈化工藝的不同之處在于：凈化濃縮機除中流管與循環水池相連通之外，還有另一部分的入料組成，即尾煤壓濾機的濾液；而成莊選煤廠是將尾煤壓濾機的濾液返回了尾煤濃縮機，而不是給入凈化濃縮機。龍固選煤廠的洗水凈化工藝優點在于：雖然壓濾機在入料的初始階段濾液濃度略高，但在隨后的成餅、壓濾、壓榨階段濾液濃度非常低，綜合壓濾機一個工作周期來說，壓濾機濾液的總體濃度遠低于尾煤濃縮機的入料濃度，因此壓濾機濾液給入凈化濃縮機可使凈化濃縮機的溢流濃度比尾煤濃縮機的溢流濃度低很多，從而可實現凈化濃縮機的溢流可作為澄清水使用。另外，尾煤壓濾機的濾液不再返回尾煤濃縮機，還可以減少尾煤濃縮機的水處理負荷，改善尾煤濃縮機中煤泥沉降、濃縮的效果，從而降低尾煤濃縮機的溢流濃度。

1.3 屯蘭選煤廠洗水凈化再生工藝

屯蘭選煤廠的洗水凈化再生工藝流程如圖3所示。其與龍固選煤廠洗水凈化再生工藝不同之處在于：龍固選煤廠的煤泥水在進入凈化濃縮機之前只經過一段濃縮，一段濃縮機為φ50 m的大型濃縮機，而屯蘭選煤廠的煤泥水在進入凈化濃縮機之前經過了兩段濃縮，其中一段濃縮機為φ30 m，二段濃縮機為φ45 m，凈化濃縮機為φ30 m。生產實踐表明，屯蘭選煤廠一段濃縮機的溢流濃度一般可控制在30 g/L，二段濃縮機的溢流一般在15 g/L以下，凈化濃縮機的溢流濃度一般在0.5 g/L以下。屯蘭選煤廠二段濃縮機的溢流做生產循環水使用，凈化濃縮機的溢流則作為生產清水返回系統復用[5]。

1.4 謝橋選煤廠洗水凈化再生工藝

謝橋選煤廠的洗水凈化再生工藝如圖4所示。其與屯蘭選煤廠不同之處在于：屯蘭選煤廠一段濃縮機的底流采用旋流分級+高頻篩脫水回收，旋流分級的溢流與高頻篩的篩下水又返回了一段濃縮機；而謝橋選煤廠一段濃縮機的底流采用沉降過濾離心機脫水回收，沉降過濾離心機的濾液與一段濃縮機的溢流一同給入二段濃縮機。該工藝比屯蘭選煤廠的略簡化，能在一定程度上避免微細顆粒在一段濃縮機內的循環積聚。

圖3 屯蘭選煤廠洗水凈化再生工藝

圖4 謝橋選煤廠洗水凈化再生工藝流程

2 洗水凈化再生新工藝探討

通過前述成莊、龍固、屯蘭、謝橋等選煤廠洗水凈化再生工藝的簡述可知，現有洗水凈化再生工藝至少需要一段尾煤濃縮+凈化濃縮，甚至有的還需要兩段尾煤濃縮+凈化濃縮，采用的方法主要是重力(自然)沉降法，其特點是凈化時間長，占用場地較大，基建投資費用較高。

2012年，受業主委托，對安家嶺選煤廠煤泥水系統進行改造，將煤泥水進行高度凈化后返回生產系統作為渣漿泵軸封水使用。結合該廠廠區可用場地小的情況，提出了煤泥水一段濃縮+ DH高效污水凈化器凈化工藝，即：將煤泥水一段濃縮機溢流(循環水)給入DH高效污水凈化器進行凈化，得到的澄清水做為渣漿泵軸封水使用，同時DH高效凈化器的反沖洗也利用少量自身產出的澄清水；凈化器排出的污水再返回濃縮機。其工藝流程見圖5。

圖5 煤泥水一段濃縮+ DH污水凈化工藝Fig.5 One-stage thickener + DH purifier purification process

2.1 關鍵設備

DH污水凈化器(圖6)為該工藝的關鍵設備，該設備在火電廠灰渣水處理、水電站砂石料洗水處理中已有成熟應用的案例[6-8]，但在選煤廠的煤泥水凈化工藝中尚鮮有應用。

圖6 DH高效污水凈化器結構

根據已有的文獻介紹可知，DH污水凈化器與選煤廠常用的煤泥水水力濃縮分級旋流器工作過程部分相似，如同一個放大的水力濃縮分級旋流器，主要區別是在罐體內部離心分離區與溢流出水口之間增加了一個動態過濾層，將離心分離區與底流排污口之間錐部的錐角加大，形成了一個污泥濃縮區。

煤泥水在DH污水凈化器中分級、凈化包括三個主要過程，即離心分離、動態過濾、污泥壓縮。工作時，入料煤泥水在一定壓力下沿切向進料口給入凈化器罐體，在罐體內形成一個回轉流，產生離心力；回轉流中的較粗顆粒(含較大絮體)受到的離心力作用相對較大，被甩向旋轉流外側，并沿罐體器壁隨下旋流運動至罐體下部的濃縮區，而回轉流中的細小顆粒則被向心的液流推向罐體中心并向上運動，進入動態過濾層；動態過濾層是該設備能實現短時間內將微細顆粒有效截留的關鍵，此區域填充了特殊結構、微小粒徑的表面吸附懸浮濾料，填充的濾料可以根據出水水質的要求進行不同的粒徑配置以及設計不同的填充高度；借助罐體內的旋流及上升流，濾料間相互摩擦、碰撞，產生撓動，濾料不易板結，不會在過濾面形成泥餅，顆粒吸附物容易凝聚脫落下沉，從而實現動態過濾。罐體下部錐體的污泥濃縮過程與選煤廠濃縮機的下部壓縮區工作原理類似，即污泥因相互接觸及上層顆粒的重力作用，下層顆粒間的液體被擠出，顆粒物被進一步壓縮并從排污口排出[6-8]。

類似于選煤廠濃縮機入料中添加凝聚劑、絮凝劑的原理，DH污水凈化器也可通過在混凝器前后分別加入無機藥劑及有機藥劑的方法，進行微細顆粒的絮凝造粒。

2.2 應用效果

煤泥水一段濃縮+ DH高效污水凈化工藝通過了業主方認可，目前該項目現已進入施工階段，雖然還未正式運行，但已有的礦井水處理工程可為本項目提供參考。例如，高莊煤礦礦井水治理中，使用DH高效凈化器處理水力采煤廢水，在入料固體物含量達60 g/L，污水中粒徑在5～10 μm的懸浮物占30%～40%的情況下，經DH高效凈化器處理后，懸浮物固體含量<10 mg/L，色度<4倍。預計本工程建成運行后，能夠使澄清水固體含量不高于10 mg/L，懸浮物截留粒度達到10 μm，可將澄清水用作渣漿泵軸封水使用。

3 結語

選煤廠常見的洗水凈化再生工藝主要是采用重力(自然)沉降法，其特點是凈化時間長，占用場地較大。在現有洗水凈化再生工藝的基礎上，提出的煤泥水一段濃縮+ DH高效污水凈化工藝的創新點主要是采用動態過濾的方法，對煤泥水中的微細顆粒進行截留處理，優點是凈化速度快，并可節省占地面積和基建投資，非常適用于煤泥水凈化的技改項目。

[1] 李亞萍，李躍金．粒度組成對煤泥水沉降影響的研究[J]．廣東化工，2011，38(6)：312-314.

[2] 李天福. 選煤廠煤泥水作業處理上應解決的問題[J].煤炭技術，2008(7):119-120.

[3] 盧武科，姬迎春. 選煤廠洗水處理工藝的研究與實踐[J].煤炭加工與綜合利用，2007(3):14-16.

[4] 張 軍. 謝橋新選煤廠煤泥水系統的優化設計[J]. 煤炭工程，2013(4):24-26.

[5] 劉永光. 淺析屯蘭礦選煤廠煤泥水處理循環利用[J]. 山西焦煤科技，2012(2):36-38,44.

[6] 劉清海，王利華. DH高效污水凈化器技術在火電廠高濃度灰渣水處理中的應用[EB/OL]. [2016-05-20]. http://www.xchen.com.cn/dyjy/sxdylw/485675.html.

[7] 李 輝. 水利水電砂石工程廢水處理方法研究[J].水電與新能源，2013(6):72-75.

[8] 張 博，關 薇. 砂石加工系統廢水處理新工藝探討[J].西北水電，2009(6):50-52,56.

Study and analysis of coal preparation plant washwater purification and reclaimation process

DAI Hua-zhen

(Beijing Huayu Engineering Co., Ltd., China Coal Engineering and Technology Group, Pingdingshan 467002, Henan, China)

Following an analysis of washwater purification and reclaimation process applied in 4 representative coal preparation plants, a novel high-efficiency slurry water purification process is proposed. The process proposed involves the use of a single-stage thickener and a DH high-efficiency purifier. The paper presents a detailed description of the working principle and the effluent purification process of the DH purifier, a key equipment applied in the washwater purification and reclaimation process. Based on the result of purification of mine water with DH purifier, the performance of the unit for purification of washwater is predicted.

coal preparation plant; washwater purification and reclaimation; washwater purification and reclaimation process; DH high-efficiency effluent purifier; dynamic filtration

1001-3571(2016)04-0051-04

TD946.2

B

2016-05-30

10.16447/j.cnki.cpt.2016.04.014

戴化震(1983—)，男，江蘇省徐州市人，碩士，工程師，從事選煤廠設計工作。

E-mail:15886713953@163.com Tel: 15886713953

戴化震. 選煤廠洗水凈化再生工藝分析與探討[J]. 選煤技術，2016(4)：51-54.