長溝選煤廠煤泥壓濾系統(tǒng)升級(jí)改造理論實(shí)踐研究方案探討

王 俊 紅

(陽泉煤業(yè)(集團(tuán))股份有限公司 選煤質(zhì)量管理中心，山西 陽泉 045000)

1 概 況

長溝礦選煤廠隸屬于陽泉煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，為礦井型選煤廠，開采3號(hào)、15號(hào)煤層，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為0.9 Mt/a，煤種為無煙煤。選煤設(shè)計(jì)工藝為300 mm～50 mm原煤動(dòng)篩排矸、90 mm～8 mm原煤重介分選，煤泥水處理系統(tǒng)為浮選精礦經(jīng)精煤壓濾機(jī)脫水后成為精煤產(chǎn)品，浮選尾礦經(jīng)添加絮凝劑在濃縮池沉淀后由尾煤壓濾機(jī)脫水回收并成為單獨(dú)的煤泥產(chǎn)品。隨著長溝煤礦礦井機(jī)械化開采條件的加大，原煤性質(zhì)發(fā)生很大變化，回采割巖率高、夾矸及洗矸泥化嚴(yán)重，煤泥灰分增高，煤泥水中細(xì)泥難沉降分離，使洗煤水濃度增高，重介質(zhì)消耗增加，商品煤發(fā)熱量變低，嚴(yán)重影響正常洗選生產(chǎn)。煤泥水處理循環(huán)系統(tǒng)是洗選生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，洗水澄清與閉路循環(huán)為洗選正常生產(chǎn)的重要條件，否則會(huì)影響洗選產(chǎn)品質(zhì)量，使重介質(zhì)消耗嚴(yán)重、濃縮機(jī)溢流濃度變高、循環(huán)水發(fā)黑、管道出現(xiàn)堵塞、煤泥層厚度過厚導(dǎo)致耙式濃縮機(jī)電流負(fù)荷增大、超負(fù)荷運(yùn)行出現(xiàn)滯停壓耙現(xiàn)象，且還與環(huán)保問題息息相關(guān)。目前環(huán)保要求越來越高，市場(chǎng)對(duì)洗選末煤、塊煤、煤泥等品種質(zhì)量指標(biāo)要求很高，為此陽泉煤業(yè)集團(tuán)公司專門制定了《煤質(zhì)質(zhì)數(shù)量考核指標(biāo)》。由于煤泥水系統(tǒng)老化從而制約洗選生產(chǎn)的正常運(yùn)行，所以必須對(duì)煤泥水處理系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。以下結(jié)合選煤廠煤泥壓濾系統(tǒng)相關(guān)研究經(jīng)驗(yàn)[1-12]，對(duì)長溝選煤廠煤泥壓濾系統(tǒng)升級(jí)改造理論實(shí)踐的研究方案進(jìn)行探討。

1.1 原煤性質(zhì)分析

為科學(xué)準(zhǔn)確合理地制定煤泥水處理系統(tǒng)的改造方案，通過分級(jí)浮沉試驗(yàn)對(duì)原煤性質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)研究，(50～0.5) mm原煤浮沉試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 50mm～0.5mm原煤浮沉試驗(yàn)結(jié)果

密度級(jí)/ kgL-1 產(chǎn)率/%灰分 Ad /%累 計(jì)浮物/%產(chǎn)率灰分 Ad 沉物/%產(chǎn)率灰分 Ad 分選密度±0.1密度/ kgL-1 產(chǎn)率/%<1.302.543.262.543.26100.0029.221.340.391.30-1.4037.857.8140.397.5597.4630.441.452.471.40-1.5014.6213.8555.018.1759.6143.921.517.851.50-1.603.2324.9658.249.6744.9954.021.64.871.60-1.701.6433.1459.8811.8941.7658.151.73.111.70-1.801.4745.4761.3512.6640.1259.171.840.12>1.8038.6559.28100.0030.0438.6559.28合計(jì)100.0030.61煤泥13.6741.72總計(jì)100.0029.09

由表1可知:原煤煤泥灰分達(dá)41.72%，矸石灰分高達(dá)59.28%，矸石有泥化傾向，此為造成煤泥水難以沉淀、耙式濃縮機(jī)運(yùn)行負(fù)荷增大、循環(huán)水系統(tǒng)濃度高的主要原因；在整個(gè)生產(chǎn)流程過程中，當(dāng)原煤煤質(zhì)變差，末原煤經(jīng)過分級(jí)篩分系統(tǒng)還存在煤泥水濃縮機(jī)處理能力有限的問題；當(dāng)末煤入洗率超過60%時(shí)，濃縮機(jī)處理能力無法滿足生產(chǎn)要求，就會(huì)導(dǎo)致次生煤泥量增加、循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)一步變黑，從而產(chǎn)生惡性循環(huán)，末煤發(fā)熱量也會(huì)進(jìn)一步降低；矸石及煤中礦物雜質(zhì)與礦物在煤中的嵌布特征有關(guān)，呈粗粒嵌布的礦物雜質(zhì)很易在水中泥化且其比表面積較大，對(duì)浮選精煤質(zhì)量影響很大并影響尾煤的過濾。

2 煤泥水系統(tǒng)改造

2.1 生產(chǎn)原因分析

在整個(gè)洗選系統(tǒng)中，煤泥水處理系統(tǒng)浮選入料先經(jīng)礦漿準(zhǔn)備器，使浮選藥劑和煤漿充分混勻后進(jìn)入浮選機(jī)，浮選尾礦經(jīng)添加絮凝劑到濃縮池沉淀，由廂式壓濾機(jī)脫水回收，經(jīng)多次采制樣、化驗(yàn)總結(jié)出浮選精煤灰分、水分統(tǒng)計(jì)情況，見表2。由表2可知:浮選精煤的水分、灰分偏高，廂式壓濾機(jī)在生產(chǎn)過程中濾餅脫落率低、濾餅水分高、壓濾煤餅成型率低，煤泥易糊住倉內(nèi)刮板傳感器。

2.2 設(shè)備運(yùn)行問題

2.2.1濃縮機(jī)處理情況

所用濃縮機(jī)為耙式濃縮機(jī)，如在生產(chǎn)過程中原煤量增大，洗選末煤系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)煤泥量急劇加大的情況，循環(huán)水變黑，經(jīng)檢測(cè)入料中<0.5 mm粒級(jí)產(chǎn)率為48.25%，底流、溢流中該粒級(jí)產(chǎn)率分別為23.48%、61.32%，說明絕大部分極細(xì)顆粒未得到有效沉降。極細(xì)顆粒不斷在系統(tǒng)中循環(huán)、積聚，導(dǎo)致循環(huán)水濃度增加并呈深度黑色，在濃縮池溢流堰上出現(xiàn)大量呈白色的殘留細(xì)泥，由此推斷煤中巖石由泥化而來，即其為高灰分細(xì)泥，進(jìn)入循環(huán)水中對(duì)商品煤的煤質(zhì)影響很大。

表2 浮選精煤的灰分、水分

日期名稱Mt/%Ad/%2018.5.727.221.602018.5.828.422.402018.5.926.519.702018.5.1027.620.602018.5.1125.820.702018.5.1228.922.702018.5.1327.621.602018.5.1425.922.802018.5.1527.221.602018.5.1626.724.302018.5.1728.419.50

正常情況下濃縮機(jī)工藝效果見表3。

正常情況下，煤泥難沉降時(shí)濃縮機(jī)的工藝效果見表4。

表3 正常情況下濃縮機(jī)的工藝效果

設(shè)備編號(hào)百分比濃度/%入料溢流底流濃縮效率/%35043.140.0439.4595.7435053.480.0441.6195.82

表4 煤泥難沉降時(shí)濃縮機(jī)工藝效果

設(shè)備編號(hào)百分比濃度/%入料溢流底流濃縮效率/%350411.289.6242.1516.74350510.579.5742.5817.43

2.2.2壓濾機(jī)處理情況

目前所使用的廂式壓濾機(jī)工作時(shí)對(duì)入料濃度、入料壓力有一定要求，對(duì)操作技術(shù)要求較精細(xì)。當(dāng)處理工作量大時(shí)，處理量就會(huì)降低，且須配有給料泵、礦漿準(zhǔn)備器、運(yùn)輸機(jī)械設(shè)備，產(chǎn)生電耗大，所用的3臺(tái)壓濾機(jī)對(duì)員工操作技術(shù)要求比較苛刻，當(dāng)井下生產(chǎn)遇到巖石構(gòu)造時(shí)常出現(xiàn)故障。廂式壓濾機(jī)理論處理量為50 t/h，實(shí)際運(yùn)行排料量為40 t/h，達(dá)不到理論設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)重制約了煤泥水的處理能力。該壓濾機(jī)處理<0.5 mm浮選尾煤量減小，無法將細(xì)顆粒與粗粒一起過濾去除，使細(xì)顆粒在循環(huán)水中累積增加，煤泥灰分變高。

3 采取優(yōu)化改造方案

3.1 加強(qiáng)選煤廠與礦井地測(cè)部門溝通

選煤廠與礦井地測(cè)部門分屬2個(gè)部門，在生產(chǎn)時(shí)無法預(yù)知井下地質(zhì)構(gòu)造情況，特別是井下工作面出現(xiàn)斷層、煤層夾矸石多、割頂掃底多等嚴(yán)重影響煤質(zhì)變化，技術(shù)組無法提前制定生產(chǎn)參數(shù)，公司決定地測(cè)部門及時(shí)通知選煤廠井下構(gòu)造情況，并聯(lián)系煤質(zhì)部門采制301原煤、802末煤、煤泥調(diào)查樣，進(jìn)行化驗(yàn)，給生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)保障。礦方地測(cè)部門、選煤廠技術(shù)組、煤質(zhì)部門三方實(shí)行一體考核，設(shè)置專職聯(lián)系人，使洗選過程科學(xué)化，提前了解礦井回采情況，并做好檢修和生產(chǎn)安排，選煤廠積極聯(lián)系礦井控制工作面產(chǎn)量，保證井下配采比例，控制原煤含矸量，通過運(yùn)輸系統(tǒng)調(diào)配，原煤含矸率大的只進(jìn)2號(hào)原煤倉，使得末煤易泥化變?yōu)闃O細(xì)顆料的矸石量不超過末煤系統(tǒng)煤泥水處理承受的負(fù)荷范圍，以使循環(huán)水保持澄清。

3.2 更換設(shè)備

(1)由于所用周邊傳動(dòng)耙式濃縮機(jī)(型號(hào):GNGF-20.0)存在濃縮效率低、底流固體回收率低、澄清水質(zhì)量差、處理能力小等問題，經(jīng)研究更換為高效濃縮機(jī)(型號(hào):GXN-18),采用了消泡器和靜態(tài)混合多點(diǎn)加藥方式和下部深層入料，提高了底流的濃度，降低了溢流的固體含量，采用了較高的耙速、較高的池深、液壓自動(dòng)提耙裝置，有利于底流的排出和濃度的提高和避免事故的發(fā)生。

除更換濃縮機(jī)，藥劑的配制、添加對(duì)濃縮池沉降效果有重要影響。通過多次處理煤泥水，在煤泥水中加入高分子絮凝劑，其中細(xì)小顆粒在絮凝劑作用下相互聚成較大的絮團(tuán)，絮團(tuán)不斷增大，沉降速度加快，煤泥沉降過程出現(xiàn)明顯澄清界面。絮凝沉降試驗(yàn)采用聚合氯化鋁(濃度2%)作為凝聚劑、聚丙烯酰胺作為絮凝劑(2‰)，其沉降效果好。凝聚劑靠改變顆粒表面的電性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)凝聚作用，降低和消除顆粒表面的電荷和雙電層，減小排斥力為其自然沉降、絮凝結(jié)團(tuán)和過濾脫水創(chuàng)造有利條件。添加乳化劑后應(yīng)用超聲乳化器對(duì)浮選藥劑進(jìn)行乳化，在浮選尾煤處加裝UGS超聲波乳化器，經(jīng)試驗(yàn)結(jié)果顯示，浮選精煤產(chǎn)率提高8.7%，尾煤產(chǎn)率提高16.5%，可燃體回收率從85.5%提高至93.3%。另外，對(duì)濃縮池的絮凝劑(聚丙烯酰胺陰離子藥劑)添加系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)加藥，確保以最低的藥劑使用量實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的沉降效果，且降低濃縮池底流粘度。相同煤泥水濃度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較見表5。

表5 相同煤泥水濃度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較

編號(hào)12345678初始沉降速度/ mh-1 0.9319.822.429.714.324.712.939.4絮凝劑用量/ gt-1 5046298531 0532 6423 2184 0534 689

由表5可知，同一煤泥水濃度絮凝劑用量由504 g/t增至1 053 g/t時(shí)，沉降速度呈激增趨勢(shì)，用量再增至2 642 g/t時(shí)，初始沉降速度反而下降，說明絮凝劑用量有最高點(diǎn)。

(2) 長溝選煤廠所用的廂式壓濾機(jī)(型號(hào):KMZGS400/2000-U)為20世紀(jì)70年代制造的產(chǎn)品，設(shè)備機(jī)械性能滯后，尾板與活動(dòng)頭板在壓緊過程中尾板偏移量過大，頭板移動(dòng)過于緩慢，壓濾過程中不能很好地進(jìn)行泄水和儲(chǔ)存濾餅。另外需配備多臺(tái)輔助設(shè)備，導(dǎo)致工藝復(fù)雜、耗電量增大、處理量變小，經(jīng)研究決定更換QXM(A)Z型全自動(dòng)壓濾機(jī)。特點(diǎn)為第一段采用高壓強(qiáng)流體靜壓力過濾脫水，脫出顆粒間游離水和部分空隙水，降低顆粒間的孔隙率和飽和度；第二段采用二維變向剪切壓力過濾脫水，改變了顆粒間的幾何結(jié)構(gòu)，脫出顆粒空隙水；第三段采用強(qiáng)氣壓穿流壓力脫水，快速運(yùn)載顆粒內(nèi)的潤滑水和剩余空隙水。該機(jī)能同時(shí)實(shí)現(xiàn)高壓流體進(jìn)料初次過濾脫水、濾餅二次擠壓壓榨脫水與壓縮空氣強(qiáng)氣流風(fēng)吹濾餅三次脫水，解決了泡沫礦漿泵壓困難問題，降低了動(dòng)力消耗，提高了濾餅脫落率，可有效地使浮選精煤產(chǎn)品水分降低至22%以下。另外根據(jù)煤泥水極細(xì)顆粒含量高、難沉降的現(xiàn)象，將壓濾機(jī)濾布由74 μm更換為45 μm，保證細(xì)顆粒高效濾出，降低極細(xì)煤泥在系統(tǒng)中的循環(huán)量。

4 優(yōu)化應(yīng)用效果

4.1 生產(chǎn)效果

經(jīng)更換濃縮、壓濾設(shè)備對(duì)煤泥水處理系統(tǒng)加以完善后，洗煤循環(huán)水濃度降至10%以下，達(dá)到了一級(jí)洗煤用水標(biāo)準(zhǔn)，杜絕了高灰細(xì)泥類雜物對(duì)煤質(zhì)的污染，在礦井和選煤廠嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)措施后，外運(yùn)末煤發(fā)熱量整體提高了0.11 MJ/kg，浮選精煤灰分降到10%以下，產(chǎn)率提高了7%，經(jīng)壓濾機(jī)回收的尾煤壓板成型，水分降到21%～24%，同時(shí)改進(jìn)藥劑添加方式，提高了煤泥水沉降處理效果，降低了藥劑消耗量，煤泥分選系統(tǒng)運(yùn)行正常，生產(chǎn)指標(biāo)穩(wěn)定。

4.2 經(jīng)濟(jì)效果

依據(jù)現(xiàn)煤質(zhì)化驗(yàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)狀，水分每下降1個(gè)百分點(diǎn)，末煤發(fā)熱量即提高0.1 MJ/kg，每噸煤結(jié)算價(jià)提高4元，選煤廠月均外運(yùn)末煤量約為30萬t，增加經(jīng)濟(jì)效益均120萬元；對(duì)煤泥發(fā)熱量提高了約691 J/g，按年入洗原煤量90萬t計(jì)算，煤泥產(chǎn)率以10%計(jì)算，煤泥售價(jià)0.096元/(t·KJ),可年增收約594 000元。

5 結(jié) 語

針對(duì)長溝選煤廠原煤中矸石泥化嚴(yán)重，煤泥水灰分高，末煤中摻入細(xì)顆粒煤泥，致使浮選尾礦不易沉淀，洗煤水濃度高，在提出更換先進(jìn)濃縮機(jī)、壓濾機(jī)，合理調(diào)配藥劑制度，完成煤泥水處理工藝和加藥設(shè)備系統(tǒng)改進(jìn)，控制了尾煤壓板成型水分，改善了洗煤循環(huán)水水質(zhì)，降低了煤泥灰分，提高了煤泥產(chǎn)率，有效解決了末煤系統(tǒng)混入細(xì)煤泥問題，為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)為同行業(yè)優(yōu)化煤泥水處理系統(tǒng)提供了借鑒作用。