選煤廠煤泥水高效過濾成套裝備與控制系統設計

王文斌

（晉能控股煤業集團精煤分公司， 山西 大同 037003）

引言

近年來，隨著煤礦開采量的逐年增加，選煤廠的污水處理逐漸成為一個難題，尤其是在濕法煉焦煤選煤廠建設中，煤泥水的處理是投資最大的工藝環節，同時是在選煤廠的實際生產和管理系統中最復雜的系統，需要經過細致周密的部署。隨著采煤機械化程度不斷提高，給煤泥水處理及煤泥脫水的回收利用增加了難度，當前國內現有的選煤廠煤泥水的處理工藝主要是通過多級過濾和沉淀，通過使用大量的沉淀池和過濾池實現的，整套過濾系統占地面積比較大，成本比較高[1]。隨著先進掘進技術的應用，煤炭的開采量將會逐年增加，傳統低效、高成本的設備將會逐漸被淘汰。煤泥水的處理需要經過多級管道進行輸送，在輸送的過程中容易造成泄漏，由于污水中含有的雜質會對周圍的環境造成污染，且處理后的廢水中仍然含有大量的雜質和有害物質。煤泥水中的固體顆粒的粒度越小，就意味著細小的微粒越多，若處理效果不好，將會導致煤泥水的性質產生急劇變化，不符合排放標準。

為了解決當前選煤廠煤泥水處理過程中存在的問題，本文通過前期對選煤廠煤泥水處理工藝進行初步調研，設計了一套煤泥水高效凈化過濾成套工藝與裝備，包括粗濾系統、加藥系統、排泥脫水系統、精濾系統和供水系統等，形成閉環的煤泥水處理系統，并輔以自動化控制與監控系統，實現對煤泥水的高效過濾和凈化。

1 現有選煤廠污水處理方案概述

當前，國內現有的煤泥水處理主要是從井下輸送煤泥，通過水泵將煤泥泵到地面，隨后通過調節池進行初步的緩沖，再經過泵加藥進入到混凝沉淀池，實現對煤泥的初步過濾，之后經過中間水池進入到無閥濾池，最后經過過濾系統、消毒才能夠用于地面。現有的煤泥水分離首先是以水或水的混合物作為介質，經過濃縮機一端濃縮后，底部全部使用壓濾機回收的煤泥水工藝，溢流作循環水返回到生產系統實現循環使用[2-3]。當前國內的選煤廠煤泥水處理工藝路線如圖1 所示。

圖1 傳統選煤廠煤泥水凈化處理系統

現有的選煤廠煤泥水處理工藝在污水的處理上存在過濾精度不高、處理過程繁瑣、處理后的廢水中仍然含有大量的懸浮物和有機污染物。處理工序比較復雜，傳統的處理過程需要使用調節池、沉淀池、濾池、中間水池等多個用于容納煤泥水的容器，容易造成煤泥水的泄漏，造成環境污染。

通過對國內現有的選煤廠處理污水的工序進行初步調研，現有的煤泥水處理設備主要表現為如下幾個特點：

1）環保風險比較大，污水處理過程容易發生泄漏。

2）設備的成本比較高，購置成套裝備需要使用大量的管路，管路之間的連接需要使用大量的三通或者法蘭。統計數據表明，設備的安裝費用大約為3059.77 萬元。

3）占地面積大，在有限的車間內布置整套設備占用的空間比較大，有時候需要使用車間外的空地，地面處理技術占地面積達到了1200m2，不利于后期的擴建。

2 煤泥水成套過濾系統方案設計

隨著煤礦開采量的逐年增加，在2020 年煤炭開采量達到30 億t 以上，對選煤廠煤泥水的處理效率和質量提出了更高的要求。傳統的煤泥水處理設備主要是用于進行地面上的過濾和沉降，已經逐漸發展成為一套完整的凈化體系。

本次設計的選煤廠煤泥水處理工藝流程如圖2所示，煤泥水的處理需要經過多個步驟，粗過濾系統、精過濾系統、排泥脫水系統、微濾系統和刮泥系統等，多個系統和裝備協調配合，共同完成煤泥水的凈化[4-5]。其中的過濾系統采用高效過濾設備，分級粒度≥0.2 mm，全自動運行，無人值守，保障壓濾機的安全運行。加藥系統添加的藥劑種類主要為PAC和PAM，同樣實現無人化自動加藥。排泥脫水系統主要包括攪拌葉片、垂直布置的電動機等部分，輸送煤泥的含固體率≤60%，比較耐磨損，不會發生堵塞現象，通過控制系統實現自動控制，排泥脫水系統裝備圖如圖3 所示。刮泥系統的轉彎半徑為90°，通過采用液壓系統進行驅動，可靠性較強、運行穩定并且刮泥過程速度波動小，刮泥效率好。經過精濾系統后，水中的污染物全部被過濾，可以供給地面上其他設備使用。整套設備實現無人化自動控制和運行。

圖2 設計的煤泥水分級凈化處理工藝流程圖

圖3 排泥脫水成套裝備現場圖

3 控制系統設計

選煤廠煤泥過濾系統包括各個子系統，每個子系統通過控制系統聯結為一個整體。KJF2000N 監控系統主要由地面中心站、局域網、遠程數據終端、通訊接口裝置、遠程斷電器、各種檢測傳感器和機電控制設備等部分組成。其中的安全生產監控軟件主要由局域網軟件系統、監控軟件系統和遠程數據終端軟件系統等組成，通過傳感器檢測煤泥的流動和各個閥的開閉情況，實現煤泥處理過程的閉環自動控制，控制過程更加高效[6-7]。控制和監控系統原理如圖4 所示，控制與監控系統的主要參數配置如表1所示。

表1 控制與監控系統技術指標

圖4 控制系統原理圖

4 結語

選煤廠的煤泥水處理是目前國內比較棘手的問題，不僅關系到選煤廠的煤泥水處理效率，也會影響選煤廠的水系統閉路循環。本文提出了一種選煤廠煤泥水高效凈化成套裝備和技術，通過布置不同的子系統，如粗過濾系統、加藥系統、精過濾系統和微濾系統等，實現了對煤泥水的高效過濾和凈化，并輔以自動化控制和監控系統，通過控制系統將各個凈化子系統有序聯系成一個整體，減少人工干預，避免煤泥對環境的污染。該套煤泥水處理系統可以達到對選煤廠90%以上的煤泥的凈化和過濾，經過該套凈化裝備后得到的處理水，水中的雜質含量降低到標準值以下，滿足選煤廠煤泥水的凈化要求。