下溝洗煤廠煤泥沉降效率和系統優化

劉康雄,劉錦霖

(彬縣華彬精煤有限公司,陜西 咸陽 713500)

0 引言

煤泥水處理的目的是泥水分離,回收煤泥顆粒和創造適合選煤廠循環利用的水,實現煤泥水閉路循環[1],不污染環境。隨著現代科技發展,選煤工藝也不斷在改進,但經過洗選后的煤泥水處理始終都是國內外洗選工作者和研究人員分選和研究的熱點,在煤泥水處理的工藝[2],絮凝劑的研究,藥劑的合理配比,煤泥沉淀的效率,煤泥水水質分析等方面目前已經取得豐富經驗和卓越的成果,帶來的經濟效益也非常可觀[3]。新技術、新工藝[4]、新理念在實踐中的應用,有效提高煤泥水處理的效果和效率,使得國內外企業無法對煤泥水正確處理而造成的經濟損失和環境污染問題進行有效解決。通過對下溝洗煤廠煤泥水處理系統現狀進行分析,結合前人的研究成果,制定適合下溝洗煤廠煤泥水處理的解決方案,即加藥系統改造、原煤分級系統改造,聚丙烯酰胺和聚合氯化鋁合理配比系統改造,增加濃縮池煤泥監測系統4項舉措。

1 公司概況

精煤公司是彬縣煤炭有限責任公司下屬全資子公司,公司自有末煤洗煤廠一座,運營雅店煤礦和下溝煤礦2座洗煤廠,年入洗能力達到1 100萬t,3座洗煤廠主洗設備選用原裝進口和中外合資品牌,生產工藝采用目前世界上最先進的分級全重介分選工藝,分選精度高、產品結構調整靈活。

下溝洗煤廠設計生產能力3.0 Mt/a,總投資6 290萬元,由美國賽吉滿中國有限公司、煤炭工業西安設計研究院、邯鄲設計研究院(聯合體)按照國際通行標準合作建設,于2004年投產運行[5]。主要洗選設備采用美國康威德公司生產的進口設備,全廠主要生產設備76臺。廠內設調度集控中心,可實現對全廠設備、工藝參數的監測和控制,整個生產系統具備一鍵啟停功能,洗水實現閉路循環和零排放。生產工藝采用重介分選工藝,主要生產200～50 mm塊煤。200～13 mm塊煤采用重介淺槽分選機分選;13～2 mm末煤采用兩產品重介旋流器分選;2～1.5 mm粗煤泥采用螺旋分選機分選;1.5～0 mm細煤泥采用濃縮壓濾聯合回收[6-7]。

2 煤泥水處理過程中存在問題

2.1 煤泥壓濾系統運行效率低

由于下溝煤礦井下煤質經常發生變化,煤泥中含有大量軟泥巖,再加上井下工作面頂板破損,采取超前向煤層中注入膠體加固頂板方法,致使煤泥水處理難度增大,壓濾機處理煤泥時濾餅成型困難或成餅薄且水分大,濾餅水分高達28.5%,濾板透水率差,卸料時間長[8],拉板時煤泥粘附在濾板上,清理難度大,影響正常生產;板框壓濾機上料階段,上料時間增加,平均每板需要30 min,處理煤泥效率降低。

2.2 濃縮池沉降效率低,煤泥水未閉路循環

由于原煤煤質變差,大量末煤進入洗選系統,煤泥量增加,濃縮池沉降效率降低,嚴重時導致濃縮池煤泥處理不及時,造成壓耙事故,影響正常生產。同時煤泥壓濾系統效率變低,一部分煤泥水處理不及,只能抽到礦井污水站處理,造成煤泥水沒有閉路循環。

2.3 循環水質變差,影響洗煤系統正常運行

由于礦井原煤煤質發生變化,濃縮池煤泥沉降效果變差,溢流水中煤泥含量較高[9],澄清水循環系統無法正常運行,各脫介、脫泥篩噴水管路堵塞,影響脫介、脫泥效果。廠內各臺泵的軸封水和軸承總成冷卻水使用的是循環水,煤泥顆粒進入泵體內,增加泵的磨損,縮短了泵的壽命,堵塞冷卻系統,造成泵的軸承組件運行溫度高,從而損壞軸承。

2.4 洗選系統不穩定,分選效果差

隨著礦井采掘進入后期,原煤煤質不穩定,粘性大,水分含量高,造成原煤分級系統紊亂,大量末煤夾雜在塊煤中進入塊煤分選系統,造成重介系統不穩定,介質消耗量增加,出現矸石中帶煤和煤中帶矸現象。

3 改造前煤泥處理工藝

原煤通過原煤分級篩進行分級,0～13 mm末煤一部分通過篩子后端漏斗進入末煤旁路系統供應給末煤洗煤廠洗選,一部分通過篩子前端漏斗進入末煤洗選系統,由于原煤煤質變化,含水量大,軟泥巖多,煤質粘性大,分級篩透篩率降低,大量末煤涌入篩子前端漏斗,一部分夾雜在塊煤中進入重介淺槽,末煤量增加,煤泥量變大,介耗量上升。下溝洗煤廠末煤采用重介旋流器分選,煤泥處理采用1臺旋流器和螺旋分選機、配合1臺煤泥高頻篩和1臺板框壓濾機進行聯合回收。

4 解決方案

4.1 原煤分選系統改造

針對原煤煤質發生變化,粘性大,原煤分級篩透篩率差的問題,將篩子后端原篩孔13 mm沖孔篩板換成篩孔50 mm沖孔篩板,前端原保持篩孔13 mm沖孔篩板[9],增加末煤透篩率,降低塊煤中夾雜的末煤,平衡重介系統和介質回收系統,使大量末煤通過后端漏斗,由末煤旁路系統進入末煤洗煤廠洗選,減少下溝洗煤廠末煤系統入洗量,從而降低減少煤泥產生量,提高分選效果,減輕煤泥處理系統壓力[10]。如圖1所示。

圖1 原煤系統篩板改造后Fig.1 After the reforming of screening board of raw coal system

4.2 加藥系統改造

在原有的絮凝劑加藥和攪拌桶基礎上,改造濃縮池加藥管路,如圖2所示,中間環節增加一套絮凝劑攪拌存儲裝置,增加絮凝劑攪拌時間,讓其充分溶解[11],通過加藥泵緩慢加入濃縮池底部,提高絮凝效果,減少因攪拌不充分,未完全溶解,造成的大量藥劑浪費,增大材料消耗成本。

圖2 加藥系統改造后Fig.2 After the transformation of chemicals-adding system

4.3 藥劑配比系統改造

在井下煤質變化后,煤泥中軟泥巖的粘性和井下注入的膠體致使濃縮池煤泥沉降效果差,單一的靠絮凝劑沉淀不能滿足需求,大量絮凝劑加入后,澄清水質變好,但壓濾系統煤泥處理困難,上料時間長,濾餅成型差、水分大。通過增加壓濾機入料桶聚合氯化鋁添加系統,按比例向煤泥桶添加陽離子,促使煤泥團松散成絮狀,增加煤泥透水率和濾板透水率,提高壓濾效果。陽離子的加入也減少了聚丙烯酰胺的使用量,濃縮池煤泥沉降效果也明顯變好,循環水系統運行正常,煤泥水實現一級閉路循環,每天可多回收2 t煤泥,如圖3所示。

圖3 藥劑配比系統改造后Fig.3 After the transformation of chemicals ration system

4.4 增加監測系統

濃縮池煤泥水分層情況掌握不準,靠人工監測,導致溢流水水質變化比較大,循環水系統運行不穩定,變化靠人工觀察和經驗處理,給生產系統平穩運行和藥劑合理使用造成困難。下溝洗煤廠在濃縮池上面安裝了濁度儀,實時監測濃縮池煤泥水處理情況,及時反饋濃縮池底部煤泥含量和煤泥水分層情況,掌握清水層深度,保證溢流水水質,為循環水系統正常運行創造先決條件。通過PLC技術改造,濃縮池清水層和絮凝劑添加量結合,自動變化加藥量,達到用藥量利益最大化,減少藥劑使用量,從而節約生產成本。如圖4所示。

圖4 濃縮池增加監測系統后Fig.4 After adding monitor system to concentration pool

5 實施效果與效益

華彬精煤公司下溝洗煤廠通過開展煤泥水處理分析,制定了4項可行性舉措,煤泥水處理系統得到明顯提高,實現了煤泥水一級閉路循環。板框壓濾機每板需要時間縮短為10 min,煤泥水分為23%,在提高煤泥水處理效率的同時,煤泥產品水分指標也達到了客戶要求。系統改造完成后,濃縮池煤泥水沉降效果得到明顯改善,聚丙烯酰胺損耗也大大降低,由原來的35 g/t煤降為20 g/t煤,產生的聚合氯化鋁用量為30 g/t煤,生產系統步入正常運行。按全年生產330 d[12-14],每天生產16 h,總原煤量400 t/h,旁路末煤量100 t/h,進入洗選系統原煤按每小時300 t所測算,產生經濟效益見表1。

表1 華彬精煤公司下溝洗煤廠煤泥水系統改造后產生的經濟效益Table 1 Economic benefits of the coal washing plant after transformation of coal sludge water treatment system

6 結語

華彬精煤公司下溝洗煤廠通過對煤泥水處理分析,對煤泥水處理系統4項改造舉措,徹底解決了在正常生產情況下,井下煤質發生變化,導致濃縮池煤泥沉降效果差,壓濾系統處理效率低的問題,實現煤泥水一級閉路循環,同時縮短壓濾系統處理時間,提高煤泥質量,藥劑使用量明顯降低,洗煤廠生產步入良性運作,經濟效益得到大幅提升。