沙坪選煤廠煤泥泥化工藝系統的改造

王偉

（山西省晉神能源有限公司 沙坪洗煤廠，山西 沂州 036500）

隨著經濟的不斷發展和環保要求越來越嚴格，各個行業對煤炭產品質量的要求也在不斷地提高，使得選煤廠煤泥水處理作業顯得越來越重要[1]。煤泥水處理系統是濕法選煤生產中的一個重要環節，煤泥水的處理效果直接影響選煤廠整個生產工藝流程的分選效果[2]。同時，煤泥水處理系統也是選煤廠實現“煤泥廠內回收、洗水閉路循環”的一個重要措施。因此，根據原煤煤質特性和煤泥性質，如何選擇合理的煤泥水處理工藝流程，是選煤廠設計及改造的根本任務[3]。

1 煤泥水改造前的工藝系統

水力分級旋流器的溢流、螺旋精煤弧形篩篩下水、矸石高頻篩下水和煤泥離心機濾液入濃縮池，經濃縮后，底流由加壓過濾機回收，濾餅摻入混煤膠帶機；濾液返回二段濃縮池。二段濃縮池的底流由壓濾機回收脫水。濃縮池的溢流作為澄清水返回系統復用。設2臺一段濃縮池，一用一備，以確保洗水閉路循環。

洗水中固體含量的增加將導致重力洗選結果變壞。當減少循環水中固體含量的絕對值，將增加從循環水中回收固相的單位費用。這是統計物理學定律的作用和循環水泥化程度與其中所含煤泥的分散性兩者之間的關系決定[4]。

1.1 煤泥水工藝生產狀況

原煤脫泥篩篩下含有-2 mm的粗煤泥和水首先進入原煤分級旋流器給料桶。桶內的煤和水會被原煤分級旋流器給料泵打到二組原煤分級旋流器（一組6臺）中。旋流器的離心力會對粗煤泥進行粒度分級，將粗煤泥分為2～0.15 mm和0.15 mm以下2部分。0.15 mm以下的物料進入溢流箱，依靠自流進入一段濃縮機。

螺旋精煤首先由篩孔尺寸為0.5 mm的弧形篩脫水分級，篩下水進入一段濃縮機。篩上物進入帶刮刀的煤泥離心機，物料在旋轉離心力的作用下進一步脫水成為精煤產品，給入精煤皮帶。離心液經離心液轉排桶及泵排至一段濃縮機。

末矸石從螺旋分選機的矸石槽給入末矸石高頻脫水篩脫水。篩下水進入一段濃縮機。

原煤分級旋流器溢流、螺旋精煤弧形篩篩下水、末矸高頻篩篩下水、煤泥離心機離心液入一段濃縮池。這些入料大多是小于0.15 mm的煤泥，煤泥在絮凝劑作用下依靠自重沉淀，成為底流。

濃縮機底流由2臺底流泵打入2臺加壓過濾機，其濾餅可摻入電煤。濃縮機底流泵吸入管上接有澄清水閥門，在管路堵塞時，可用來稀釋管路中的煤泥。

加壓過濾機的濾液進入二段濃縮機，底流由壓濾機脫水回收，壓濾機的濾液也進入二段濃縮機。一段濃縮機和二段濃縮機溢流進入循環水池作為全廠的循環用水。原工藝設計如圖1所示。

圖1 原工藝設計Fig.1 Original process design

1.2 煤泥對生產組織及精煤質量的影響

隨著煤層開采技術的不斷創新和采掘設備的不斷發展，原煤的含泥量也不斷增多，從而加大了選煤廠的分選難度[5]。如要保持煤泥分選系統的最優分選能力，煤泥粒度應處于0.07～0.26 mm，而粗煤泥的粒度超過0.3 mm，分選效果較差[6-7]。

現選煤廠采用加壓過濾機用于處理0.15×0.045 mm煤泥，以降低濾餅水分，提高產品發熱量，因而可將加壓過濾機回收煤泥摻入產品中銷售；采用壓濾機處理-0.045 mm的煤泥，避免細泥在煤泥水系統中循環，保證洗水質量，從而提高重介系統的精煤回收率和降低介耗。

原煤篩分試驗中-0.5 mm粒級含量占原煤比例的4.18%?，F場實際煤泥產量約占原煤比例的9.2%，整體來說煤泥含量不高。選煤廠采用一段φ24 m濃縮池2個（一備一用），二段φ18 m濃縮池1個。細煤泥含量少時，煤泥處理系統完全滿足生產需求。

1.3 煤泥性質對加壓過濾機排料時間的影響

煤泥性質按灰分及熱值的高低可以分成3類：①低灰煤泥灰分為20%～32%，熱值為3 000～4 800 kcal；②中灰煤泥灰分為30%～55%，熱值為2000～3 000 kcal；③高灰煤泥灰分＞55%，熱值為800～1 500 kcal。粗煤泥的沉淀、回收、分選、脫水都較容易，而細粒煤泥在煤泥水中能使煤泥水的許多性質發生急劇變化，給煤泥水處理作業帶來極大困難，是煤泥水處理中最難處理的部分。

煤泥性質按泥化比可以分成4類：①低泥化程度，泥化比≤1.0%；②中泥化程度，泥化比1.1%～10.0%；③中高泥化程度，泥化比10.1%～20.0%；④高泥化程度，泥化比＞20.0%。

泥化比見式（1）。

式中：B為泥化比，%；W10為試樣中細泥（粒度小于10μm）的質量分數，%；W500為500μm試驗篩篩下物質量分數，%[8]。

加壓過濾機排料時間為100 s時，采取的煤泥樣見表1。

表1 煤泥篩分試驗（100 s）Table1 Slime screening test（100 s）

加壓過濾機排料時間為380 s時，采取的煤泥樣見表2。

表2 煤泥篩分試驗（380 s）Table2 Slime screening test（380 s）

加壓過濾機排料時間＞500 s時，采取的煤泥樣見表3。

表3 煤泥篩分試驗（500 s）Table3 Slime screening test（500 s）

由煤泥篩分試驗報告可看出：①煤泥粒度分布對加壓過濾機成餅和脫水有極大的影響，其中200目以下的顆粒的比重尤其重要，細微顆粒的比重越大，則處理量越小，而外水分越高；②煤泥灰分對煤漿的脫水影響很大，灰分越高，則脫水越困難，即處理量越低、外水水分越大，詳見灰分對加壓過濾機排料時間影響因素分析表4；③煤泥泥化比B越低，越有利于加壓過濾機回收。

表4 煤泥灰分對加壓過濾機排料時間影響因素分析Table 4 Analysis of influencing factors of coal slime ash on discharge time of pressurized filter

加壓過濾機型號：GPJ-72；過濾面積72 m2，濾盤直徑3 m，濾盤個數6個，濾盤轉數0.4～1.5，槽體最大儲液量13.5 m3，重量69 t，外形尺寸9 m×4.8 m×8.1 m。通常情況下，處理精煤時生產能力為0.5～0.8 t/h m2，即36～57.6 t/h，排料時間75～120 s。當泥化比為中等泥化程度以下時（-0.5 mm物料含量占比＜10%），加壓過濾機處理能力達到最大，滿足煤泥水系統運行平衡。隨著泥化比的增加，加壓過濾機排料時間逐步延長，當泥化比為24.02%，加壓過濾機排料時間為380 s，延長了260 s；當泥化比為32.80%，加壓過濾機排料時間為500 s，延長了380 s。煤泥泥化比B對加壓過濾機排料時間的影響因素如圖2所示。

圖2 煤泥泥化比B對加壓過濾機排料時間的影響因素Fig.2 Influence factors of slime ratio Bon discharge time of pressurized filter

煤泥泥化嚴重時，加壓過濾機不適宜處理過細煤泥導致排料時間延長，煤泥處理能力下降，濃縮池扭矩持續增高。生產小時帶煤量受到制約。原煤中煤泥粒度偏細，既影響煤泥的過濾效果，又影響壓濾機的處理能力，同時也使濾餅不易脫落，增加卸料時間。綜合以上因素現有煤泥回收系統很難滿足生產需要。

1.4 煤泥回收平衡測算

依據篩分試驗測算沙坪礦井干煤泥含量波動區間在4.2%～9.2%，考慮次生煤泥5%及煤泥帶水量15%，測算總煤泥含量在5.07%～11.10%。加壓過濾機啟用2臺，排料時間按照130 s測算，每小時煤泥處理量55 t，即5.5%，煤泥集聚0～9.2%。隨著市場對產品煤要求的提高，部分外來煤質量已無法滿足客戶的要求；同時由于井下煤質變化，原煤中的煤泥含量增加，泥化現象嚴重，現有的煤泥水系統已無法滿足生產的要求，直接制約了現有選煤廠和礦井的生產[9]。增加壓濾系統處理能力，新建板框壓濾車間用于處理高灰、高泥化程度煤泥，從而實現“煤泥廠內回收、洗水閉路循環”，保持煤泥水系統平衡運行。

2 煤泥水系統的改造與工藝調整的完善

2.1 濃縮機分列運行

該廠煤泥水系統工藝設計為，一段濃縮池（401）直徑24 m，入料1 084 m3/h、溢流925 m3/h、底流159 m3/h（煤泥含量68 t/h，固體含量427 g/L，百分濃度40%）。二段濃縮池（411）直徑18 m，入料148 m3/h、溢流140 m3/h、底流8 m3/h（煤泥含量2 t/h，固體含量212 g/L，固體含量20%）。

為避免339高灰濾液水對一段濃縮池煤泥的污染，現將339濾液水通過新增管道閥門控制實現濾液水切換至二段濃縮池。由于339濾液水中大顆粒物料沉降速度過快，集中沉降于二段濃縮機（411）中心柱附近，未能擴散至濃縮機周邊，導致扭矩增長過快。為保障濃縮機平穩運行，將部分331、332溢流水改造切換至二段濃縮池，在濃縮機中心穩流桶處與339濾液水混合，一方面可以稀釋339濾液水的濃度，使其流動性增強；另一方面來料增大，沖刷力增大，防止在中心柱附近煤泥快速沉降。改造方案為：331、332溢流管直徑DN540，分流管道直徑DN220，按照直徑換算16%流量分入二段濃縮池，工藝改造如圖3所示。

圖3 工藝改造后示意Fig.3 Schematic after process transformation

改造后一段濃縮池（401）入料由1 084 m3/h減少至972 m3/h，底流煤泥量由73 t/h減少至58 t/h。二段濃縮池（411）入料由148 m3/h增加至258 m3/h，底流煤泥量由1.4 t/h增加至17.4 t/h。339濾液水固體含量占比50%。

2.2 工藝調整

濃縮機分列運行，實現了煤泥分離，一段濃縮池煤泥灰分明顯低于二段濃縮池煤泥灰分。煤泥篩分試驗中：煤泥中粒度大于0.2 mm的灰分明顯降低，有利于加壓過濾機回收，摻入混煤增加精煤產率，細顆粒高灰煤泥采用板框壓濾機回收外排，避免對商品煤煤質污染。

加壓過濾機排料時間低于200 s，此時煤泥不積聚，加壓過濾機濾液水進入一段濃縮池。加壓過濾機排料時間超過300 s，此時煤泥積聚，加壓過濾機濾液水調整至二段濃縮池，防止細煤泥在系統內惡性循環。

末煤離心機濾液水走向切換，煤泥性質好時，濾液水進入煤泥桶，經水力分級旋流器分級濃縮后再進入一段濃縮池，從而降低濃縮池粗顆粒煤泥含量，減少煤泥處理量，而且粗煤泥得到了有效回收，增加了精煤的回收率[10]。煤泥性質差時，濾液水切換入煤泥緩存箱，直接進入一段濃縮池，增加一段濃縮池粗顆粒煤泥含量占比，提高加壓過濾機煤餅透氣性，縮短排料時間，增大煤泥處理能力。

壓濾車間投入運行后，制約生產因素的煤泥處理能力不足得到了解決。小時帶煤量達到了設計指標。煤泥外排杜絕了不合格煤泥對精煤的影響，保證了外運商品煤質的穩定。由于煤泥量大而導致的末煤入洗比例小調，不再是制約工藝調整的因素。重介淺槽及重介旋流器的部分中煤得以回收，增加了精煤產率。

2.3 濃縮機分列運行煤泥回收可行性分析

沙坪洗煤廠洗選原煤發熱量跨度為2 800～4 500 kcal。對應煤泥發熱量為1 700～3 500 kcal。煤泥發熱量較原煤發熱量低1 000 kcal左右。商品煤外運指標要求為5 000 kcal，若考慮煤泥回收，洗選精煤發熱量必須保障5 100 kcal以上，否則因煤泥“聚團”情況的存在，會導致商品煤“不合格”。經測算，原煤發熱量為3 800 kcal時，是煤泥回收的零界點。即煤泥發熱量達到2 800 kcal時，具備回收條件。若原煤發熱量低，摻入煤泥反而會降低整體回收率，得不償失。當原煤發熱量高于零界點時，摻入煤泥才能保障在商品煤指標合格的情況下提升回收率。煤泥摻入回收率對比如圖4所示。

圖4 煤泥摻入回收率對比Fig.4 Comparison of coal slime recovery rate

濃縮池分列運行后，減少了煤泥水循環量，次生煤泥相應減少，煤泥性質發生了根本改變。一段濃縮濃縮池煤泥篩分試驗報告表5與二段濃縮濃縮池煤泥篩分試驗報告表6對比，＞120 mm物料含量占比一段比二段提高5.63%，＜325 mm物料含量占比一段比二段減少0.7%，整體灰分提升8.36%。通過濃縮池分列運行實現了煤泥性質的分離，一段濃縮池內優質煤泥通過加壓過濾機實現摻入精煤進行銷售，二段濃縮池劣質煤泥通過新增板框壓濾機進行外排，避免精煤煤質污染。煤泥分離實現了提質增效的目的。

表5 一段濃縮池煤泥篩分試驗報告Table 5 Coal slime screening test report of the first section concentration tank

表6 二段濃縮池煤泥篩分試驗報告Table 6 Test report on coal mud screening in the second stage concentrator

2.4 增加壓濾系統

改造現有加壓過濾機及壓濾機入料管路，使濃縮機底流既可以打入現有的加壓過濾機和壓濾機處理，又可以打入新建的壓濾車間。新增壓濾車間按3臺500 m2高效節能快開壓濾機,壓濾濾液經保護箱匯合后，進入現有濃縮機入料管，實現洗水閉路循環。高效節能快開壓濾機用于細煤泥的處理，是一種間歇性操作的加壓過濾設備，適用于各種懸浮液的固液分離，適用范圍廣、分離效果良好、結構簡單、操作方便、安全可靠；改造完成后，噸煤電耗下降0.5 kw·h/t，工人的勞動強度降低很多，壓濾機技術參數如下：

高效節能快開壓濾機/臺 3

型 號 KZG500/2000X2000-U

過濾面積/m3500

濾室深度/m345

濾室容積/m311.12

濾室數量/個 72

濾餅厚度/mm 45

入料方式 二端進料（止推板，壓緊板）

進漿壓力/MPa ≤0.8

額定壓榨壓力/MPa 0.8～1.2

反吹壓力/MPa 0.5～0.7

油缸工作壓力/MPa ≤20

隔膜板尺寸/mm 2 000×2 000×95

廂式板尺寸/mm 2 000×2 000×85

3 效益分析

（1）精煤產率。低發熱量煤泥排出精煤產品，洗選精煤無需提高以便背負低發熱量煤泥從而保證商品煤質穩定，洗出精煤產率增加0.5%。精煤回收量按照2.5萬t/a，每噸商品煤按照（煤炭銷售低迷時期最低價格）150元測算，全年可創造經濟利潤375萬元。

（2）電耗。電價以0.54元/kwh計算，則年可節約電費500×0.5×0.54=135萬元。

（3）設備維修費。煤泥處理效能得到提升，加壓過濾機及附屬設備壓風機運行時間縮短，年維修費用下降20萬元。

煤泥水系統改造完成后總經濟效益：375+135+25=530萬元。

4 結 語

沙坪洗煤廠煤泥水工藝系統改造后，煤泥細化積聚的情況得到解決，煤泥性質實現分離，優質煤泥實現了回收，劣質煤泥外排避免商品煤質污染，煤泥處理能力得到提升，工藝系統運行能力達到設計指標，完善了系統對不同性質煤泥水的適應性。根據煤質情況合理采用不同煤泥處理方式，可以得到良好的經濟效益。