XJM-KS8型機械攪拌式浮選機在浮選精煤制漿系統中的應用

劉萬超

(1.河北聯合大學, 河北 唐山 063009；2.天地科技股份有限公司唐山分公司，河北 唐山 063012；3. 河北省煤炭洗選工程技術研究中心，河北 唐山 063012)

XJM-KS8型機械攪拌式浮選機在浮選精煤制漿系統中的應用

劉萬超1, 2,3

(1.河北聯合大學, 河北 唐山 063009；2.天地科技股份有限公司唐山分公司，河北 唐山 063012；3. 河北省煤炭洗選工程技術研究中心，河北 唐山 063012)

介紹了水煤漿產品的重要性及其現狀，闡述了制漿工藝環節，并著重分析了浮選精煤制漿工藝。根據機械攪拌式浮選機的特點，結合其在山東自強工貿制漿廠使用情況，論述了機械攪拌式浮選機在浮精制漿工藝中的優勢，為機械攪拌式浮選機在煤泥制漿領域的應用提供了借鑒。

水煤漿；浮選精煤制漿；制漿工藝；浮選機； 浮選柱

水煤漿(CWM)為煤代油的物理加工產品, 是20世紀70年代石油危機中發展起來的一種新型煤基低污染燃料, 是由65%～70%的煤粉、30%～35%的水和約1%的化學添加劑通過一定的加工工藝而制成的一種代油燃料，具有良好的穩定性和流變性，可以像石油產品一樣泵送、霧化、貯存、運輸，不僅具有不易燃、穩定著火燃燒的優良特性，還具有燃燒效益高、負荷調整便利、環境污染少、改善勞動條件和節省用煤等優點。根據換算，大約2～2.5 t普通水煤漿可代替1 t重油在鍋爐中燃燒，燃燒效率達96%～99%，鍋爐效率在90%左右，達到燃油同等水平，燃燒調節方便，運行穩定可靠。與其他燃料燃燒一樣，水煤漿燃燒會產生污染物，但與直接燃煤相比，其污染物排放少，且可以做到有效調節及控制。水煤漿燃燒溫度在1 200～1 300 ℃，比燃油和粉煤溫度低100～150 ℃， SO2和NOx排放濃度較低；另外，在水煤漿制備過程中可以通過加入脫硫劑來達到脫硫效果，脫硫率可達40%；同時，水煤漿燃燒環境粉塵和噪聲低，排渣活性好，燃燒后的灰渣可作為水泥摻合料綜合利用，無二次污染。我國的經驗表明, 與燃煤相比，燃用水煤漿燃燒效率高，污染物排放低,能取得較為顯著的經濟環境效益。因此, 水煤漿技術是現階段最適宜的代油、環保、節能技術，用煤制取清潔燃料(氣化原料)是我國能源穩定發展戰略和現實選擇[1]。

據不完全統計，2006年國內水煤漿生產能力為1 200萬t/a，但截至2009年底，全國各類漿廠的設計生產能力已超過8 000萬t/a，其中氣化用漿約5 000萬t/a，燃料用漿3 000萬t/a，制漿廠生產規模也由幾萬噸向百萬噸級發展[2]。

1 浮選精煤制漿工藝

制漿工藝是水煤漿技術的核心技術之一，完善的制漿工藝對于提高水煤漿的質量和燃燒效率，降低水煤漿成本起著決定性作用。水煤漿生產工藝通常由不同的準備環節組成，包括選煤、破碎、磨礦(加入添加劑) 、捏混、攪拌與剪切、濾漿等多個環節[3]，其中選煤是制漿的基礎，包括兩方面：一是選擇合適的制漿用煤或配煤，因為原料煤的性質直接影響水煤漿質量；二是對原料煤進行脫灰與脫硫處理，以保證制漿用煤的質量，減少燃燒排放。

浮選精煤制漿工藝是濕法制漿工藝的一種，具有中國特色。它是采用選煤廠生產的浮選精煤作制漿原料煤(即選煤廠<0.5 mm粒級煤泥經浮選、壓濾脫水后的濾餅)，生產質量穩定合格的水煤漿產品，具體流程為：浮精濾餅與適量分散劑先經雙軸攪拌機預攪，然后再進行強力攪拌，形成具有一定流動性的漿體；之后，漿體進入振動磨機進行磨細和粒度級配調整，再進入濾漿器除去大顆粒和雜質；濾漿器排出的漿體加入適量穩定劑后進入強化裝置，在此使煤顆粒與添加劑充分接觸，對煤漿起到均質化的作用；最后，制備好的成品漿經檢測合格后存入水煤漿產品儲漿罐以備外運。整個制漿工藝流程如圖1所示。

圖1 浮選精煤制漿工藝流程

浮選精煤制漿工藝特點為：

(1)制漿工藝簡單，投資少，低于同等規模的制漿廠。

(2)選用浮選精煤濾餅(粒度在0.5 mm以下，水分一般為28%～33%)制漿，在制漿過程中不需對煤進行粗碎，省掉了破碎作業，簡化了流程。同時，由于浮選精煤粒度細，磨機磨礦功耗低，制漿成本較低。

(3)選煤廠的浮選精煤一般灰分高、水分大、粒度細，若摻雜到主洗精煤中，會造成綜合精煤灰分、水分偏高，不利于儲運和使用。把這部分細粒精煤用于制備水煤漿，既可以降低綜合精煤灰分和水分，提高洗精煤質量，又可多生產一種水煤漿產品[4]。

2 浮選精煤制漿實踐

2.1 自強工貿制漿廠生產現狀及存在問題

山東自強工貿制漿廠原設計能力為年產水煤漿10萬t，采用浮選精煤制漿生產工藝，依托選煤廠生產線，由選煤廠的浮選系統直接供料，與浮選系統同步運行。選煤廠原煤入選量為60 t/h，入選原煤中<0.5 mm粒級含量平均為26%，另外次生煤泥量約為4.5%，合計入浮煤泥量為30.5%，小時入浮煤泥量為18.3 t。選煤廠原采用一臺φ3 m浮選柱處理<0.5 mm粒級煤泥，浮選入料濃度為100 g/L左右，入料灰分在27%左右，精煤灰分9%，每小時的浮精供應量為13 t。

然而，在選煤廠實際生產中，經常出現浮選精煤泡沫發虛、粒度細的現象，導致>0.25 mm粒級精煤回收率低，尾礦跑煤現象嚴重，尾煤灰分約43%，浮精產率47%，每小時僅可提供浮精8.5 t，比原設計浮精供應量少了4.5 t/h，浮精產量滿足不了制漿系統對浮選精煤量的需求。同時，由于精煤量小造成煤漿球磨機開停車頻繁，工人操作任務繁重。為改善浮精供應不足問題，經多次調研，自強工貿制漿廠最終選用天地科技唐山分公司的XJM-KS8型機械攪拌式浮選機(以下簡稱XJM-KS8浮選機)對原浮選系統進行改造。

2.2 XJM-KS8浮選機

XJM-KS8浮選機屬自吸空氣機械攪拌式浮選機[5]，是針對我國煤泥可浮性變化大、選煤方法與工藝流程多樣化的情況而開發的煤泥浮選設備，該機適應性較強[6]。XJM-KS8浮選機(圖2)主要由礦化器、槽體、驅動裝置、攪拌機構、放礦機構、刮泡機構等部件組成[7]。

圖2 XJM-KS8浮選機結構與工作原理簡圖

其工作原理為：加壓后的入料礦漿進入預礦化器(入料壓力0.08～0.12 MPa)，在高壓射流過程中吸入藥劑和空氣，礦漿與藥劑初步混合后經擴散管給入浮選機；浮選槽內葉輪高速旋轉使輪腔內形成負壓，輪腔內的礦漿經輪緣甩至槽內攪拌區，在負壓的作用下，假底穩流板下的礦漿進入下層葉輪，槽內礦漿經由上調節環和鐘形罩之間的環形孔進入上層葉輪，定子蓋板上的20個循環孔也將礦漿從槽內吸進輪腔，三股礦漿繼而被葉輪再次甩出，如此周而復始地工作；由于負壓的存在，空氣由套管架體與攪拌軸之間通道，經由鐘形罩內腔進入輪腔，被葉輪剪切，繼而又被強湍流彌散，與礦漿中的煤粒均勻、頻繁地碰撞、黏附，從而完成氣泡的礦化過程；礦化氣泡在氣泡的升力作用下上浮至槽體表面，富集成精煤泡沫層，由刮泡機構刮出，而未被捕獲的煤粒則隨礦漿進入后一室重復同樣的過程，最終成為尾礦從尾礦箱排出[8]。

2.3 改造方案及效果分析

改造方案為：拆除原來的φ3 m浮選柱及入料泵，新增一臺浮選機入料泵及一臺XJM-KS8浮選機。改造前浮選柱入料泵功率250 kW，改造后浮選機入料泵功率55 kW，浮選機裝機功率92 kW。

與原來浮選柱相比，該浮選機具有操作簡單、節省人工、煤種適應性強、能耗低、藥劑量省、單位容積處理能力大、泡沫層穩定、強行刮泡等優點[9]。

(1)改造完成后，在保證浮選精煤滿足制漿灰分的前提下，尾礦灰分高達73%，浮選精煤產率提高到72%，增加了25個百分點，可保證制漿系統生產正常連續運行，每小時穩定供應浮精13 t左右，滿足了制漿系統對浮選精煤量的需求。

(2)浮選藥劑用量由原來的噸干煤泥1.58 kg降低到1.23 kg，按選煤廠年入選煤泥9.66萬t，藥劑8 000元/t計算，僅降低油耗一項，年可節省資金27.05萬元左右。

(3)此外，浮選設備電耗由250 kW·h變為147 kW·h，年可節約用電54.38 萬kW·h，如電費按照0.8元/( kW·h)計算，年可節約電費43.5萬元，節電效益顯著。

后來因自強工貿制漿廠制漿產能的擴升，每小時需要的浮精量由原來的13 t增加到20 t，選煤廠又增設了外來煤泥處理系統：外來煤泥經高壓水槍沖擊稀釋后，過篩除去雜物與大顆粒，也進入XJM-KS8浮選機分選，入料濃度約100 g/L，使浮選機的入料量由原來的180 m3/h增加到280 m3/h。生產實踐表明，在滿足各項指標要求的前提下，XJM-KS8浮選機浮精產率仍保持為72%左右，使自強工貿制漿廠制漿能力由原來的10萬t/a提高到了15萬t/a，擴能成效顯著。

3 結語

目前，煤泥的回收利用得到了各個制漿廠的重視，浮選精煤制漿工藝符合當前社會發展的趨勢，正在國內逐步得到推廣[10]。在山東新泰地區，僅2010～2013年的三年時間就發展起來浮精制漿廠約30余家。XJM-KS8浮選機在自強工貿制漿廠浮精制漿生產中的成功應用，為浮選精煤制漿廠提供了良好借鑒。近幾年，天地科技股份有限公司唐山分公司在多年從事浮選理論、工藝和設備研究基礎上，已研制成功了XJM-S24、28、36、45等一系列大型浮選機，在符合選煤設備大型化發展趨勢的同時[11]，也可很好地滿足大型制漿廠浮選精煤制漿工藝對大型浮選機的需求。

[1] 周長麗，王春玉.煤泥漿的制備及燃燒特性的分析[J].貴州化工,2005(4):5-7.

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[3] 郝禎娟, 付曉恒, 張曉波.水煤漿干法制漿工藝發展現狀[J]. 煤炭加工與綜合利用,2010(2):41-42.

[4] 何國鋒，詹 隆，王燕芳.水煤漿技術發展與應用[M].北京:化學工業出版社,2012.

[5] 程宏志,蔡昌鳳,張孝鈞,等.浮選微觀動力學和數學模型[J].煤炭學報,1998,23(5):545-549.

[6] 沈政昌,楊麗君,陳 東.充氣機械攪拌式浮選機放大方法的研究[J].有色金屬(選礦部分),2007(3):32-37.

[7] 張 鵬.XJM-(K)S系列浮選機在選煤廠的應用[J].選煤技術,2009(6):23-26.

[8] 劉萬超.XJM-S28浮選機的設計[J]. 選煤技術,2010(4):4-6.

[9] 石 煥.應用XJM-S浮選機技術對老式浮選機的改造實踐[J].選煤技術,2003(6):82-84.

[10] 程宏志.充氣速率和葉輪線速度對浮選效果的影響及機械攪拌式浮選機充氣機理的探討[D].徐州:中國礦業大學,1992.

[11] 程宏志.我國選煤技術現狀與發展趨勢[J].選煤技術,2012(2):79-83.

Application of XJM-KS8 type subaeration flotation machine in the process of flotation concentrate CWM preparation

LIU Wan-chao1,2,3

(1. Hebei United University, Tangshan, Hebei 063009, China; 2. Tangshan Branch of Tandi Science & Technology Co., Ltd., Tangshan, Hebei 063012, China; 3. Coal Preparation Engineering & Technology Research Center of Hebei Province, Tangshan, Hebei 063012, China)

The importance and present conditions of coal water mixture are introduced, and coal water mixture preparation technology is explained, then it focuses on analysis of this technology by flotation concentrate. Based on subaeration flotation machine features and its application in CWM preparation plant of ziqiang industry and trade company of Shandong, the subaeration flotation machine has remarkable advantage in the process of preparing coal water mixture by flotation concentrate, which can provide reference for application of this equipment in slime CWM preparation industry.

CWM; flotation concentrate CWM preparation; CWM preparation technology; flotation machine; flotation column

TD943

A

1001-3571(2015)04-0031-03

2015-03-06

10.16447/j.cnki.cpt.2015.04.008

劉萬超(1982—)，男，河北省蠡縣人，助理研究員，碩士，從事浮選機的設計、研發工作。

E-mail：flotator@163.com Tel：0315-7759908