哈拉溝選煤廠煤泥水處理系統(tǒng)優(yōu)化實(shí)踐

張曉輝，谷 林

(1.太原理工大學(xué) 研究生院，山西 太原 030024；2.神華神東煤炭集團(tuán)洗選中心，陜西 榆林 719315)

哈拉溝選煤廠是一座設(shè)計(jì)能力為14 Mt/a的特大型動(dòng)力煤選煤廠，首期篩分工程于2004年8月建成，2005年12月洗選系統(tǒng)建成并投產(chǎn)，生產(chǎn)能力為12 Mt/a。洗選工藝為200～13 mm粒級(jí)由淺槽重介質(zhì)分選機(jī)主再選、13～1.5 mm粒級(jí)由重介質(zhì)旋流器分選、1.5～0.2 mm粒級(jí)粗煤泥由煤泥離心機(jī)脫水回收、0.2～0 mm粒級(jí)細(xì)煤泥濃縮后由加壓過(guò)濾機(jī)回收的聯(lián)合工藝。入選原煤具有低灰、低硫、特低磷、中高發(fā)熱量的特點(diǎn)，屬于優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤。隨著礦井1-2煤層的開(kāi)采，原煤煤質(zhì)發(fā)生了較大變化，2012年該選煤廠擴(kuò)建并投產(chǎn)了一期末煤分選系統(tǒng)，主要用于分選<13 mm粒級(jí)末煤，此時(shí)系統(tǒng)生產(chǎn)能力擴(kuò)大到14 Mt/a[1]。

由于所采的1-2煤層原煤夾矸較多，且泥化現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致煤泥水處理系統(tǒng)負(fù)荷增加，煤泥水難以處理，循環(huán)水發(fā)黃甚至發(fā)黑，濃縮池溢流濃度有時(shí)接近100 g/L，嚴(yán)重制約整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此必須對(duì)該選煤廠的煤泥水處理系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

1.1 存在問(wèn)題

哈拉溝選煤廠末煤系統(tǒng)以1.5 mm預(yù)先脫泥，篩下煤泥水經(jīng)分級(jí)旋流器0.35 mm分級(jí)后，底流成為粗煤泥，采用煤泥離心機(jī)回收；溢流直接進(jìn)入濃縮池沉降，濃縮池底流采用4臺(tái)壓濾機(jī)處理，濃縮池溢流進(jìn)入循環(huán)水池，作為系統(tǒng)沖水和脫介水。該選煤廠的煤泥水處理系統(tǒng)原則流程如圖1所示。

圖1 煤泥水處理系統(tǒng)原則流程

這種煤泥水處理工藝比較簡(jiǎn)單，在入選原煤煤質(zhì)較好時(shí)，濃縮池負(fù)荷較小，煤泥量較少，循環(huán)水濃度很低，一般不超過(guò)3 g/L。但在處理1-2煤層原煤時(shí)，由于其中矸石較多，多為蒙脫石等，且泥化現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致煤泥水處理系統(tǒng)負(fù)荷增加，循環(huán)水發(fā)黃甚至發(fā)黑[2]。2015年2月，在處理1-2煤層原煤時(shí)，循環(huán)水連續(xù)7 d發(fā)黑，濃縮池溢流濃度接近100 g/L，嚴(yán)重影響整個(gè)系統(tǒng)的正常生產(chǎn)。

1.2 原因分析

哈拉溝選煤廠所用清水為礦井復(fù)用水，按照煤泥水處理中的藥劑添加經(jīng)驗(yàn)，以原煤入選量計(jì)算，煤泥水處理系統(tǒng)的正常藥劑用量為聚合氯化鋁(PAC)2 g/t左右，聚丙烯酰胺(PAM)9 g/t左右。由于復(fù)用清水硬度較高，其中的Ca2+、Mg2+有利于煤泥水沉降，需要添加的PAC較少，甚至可以不添加；經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)多次用pH試紙測(cè)試對(duì)比，煤泥水呈中性偏酸性，這也有利于煤泥水的沉降。

3801濃縮池的煤泥水屬于難沉降煤泥水，且其具有一定代表性。參考煤炭行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)該煤泥水采樣化驗(yàn)，其中的煤泥粒度組成見(jiàn)表1、表2、表3。

表1 3801濃縮池入料粒度組成

注：樣品濃度為116.40 g/L

表2 3801濃縮池底流粒度組成

注：樣品濃度為521.80 g/L

表3 3801濃縮池溢流粒度組成

注：樣品濃度為94.10 g/L

根據(jù)表1—表3數(shù)據(jù)，結(jié)合煤泥水沉降現(xiàn)象，當(dāng)循環(huán)水顏色發(fā)黑時(shí)，入料中<0.045 mm粒級(jí)產(chǎn)率為44.10%，底流中<0.045 mm粒級(jí)產(chǎn)率僅為27.90%，溢流中同粒級(jí)產(chǎn)率為58.50%，這說(shuō)明大部分細(xì)顆粒沒(méi)有得到有效沉降，直接隨濃縮池溢流溢出，而細(xì)顆粒不斷在系統(tǒng)中循環(huán)、積聚，導(dǎo)致循環(huán)水顏色發(fā)黑。此外，在濃縮池溢流堰上發(fā)現(xiàn)殘留細(xì)泥，其顏色呈白色，這說(shuō)明未沉降部分是由矸石泥化而來(lái)的，屬于高灰細(xì)泥。

要實(shí)現(xiàn)煤泥水系統(tǒng)平衡，重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)煤泥廠內(nèi)全部回收，因此不僅需要保證煤泥在濃縮池內(nèi)的沉降效果，還需要保證最終回收設(shè)備的處理能力滿(mǎn)足要求。此外，針對(duì)該選煤廠的矸石泥化現(xiàn)象，要盡可能減少細(xì)泥的循環(huán)、積聚[3]。

2 優(yōu)化方案

2.1 增設(shè)藥劑制備系統(tǒng)

目前，該選煤廠選用了一套自動(dòng)制藥系統(tǒng)，通過(guò)人工將藥劑干粉添加到藥斗，并預(yù)先設(shè)置參數(shù)。在煤泥水難以沉降時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)操作人員一般會(huì)增加給藥泵的頻率，但當(dāng)其頻率超過(guò)45 Hz后，藥劑溶液不能及時(shí)制備出來(lái)，容易導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)斷藥現(xiàn)象。為了解決這個(gè)問(wèn)題，操作人員將藥劑溶液攪拌時(shí)間由原來(lái)的1 800 s減小至900 s，這樣雖能保證給藥的連續(xù)性，但藥劑制備效果很差?，F(xiàn)場(chǎng)手工檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，藥劑溶液中存在很多小結(jié)團(tuán)，說(shuō)明藥劑沒(méi)有得到充分溶解。這不但對(duì)煤泥水沉降沒(méi)有促進(jìn)作用，而且造成藥劑浪費(fèi)，甚至對(duì)加壓過(guò)濾機(jī)的處理效果產(chǎn)生不良影響[4]。

針對(duì)此情況，該選煤廠增設(shè)了一套藥劑制備系統(tǒng)(備用)，同時(shí)統(tǒng)一了制藥標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了藥劑干粉用量范圍，嚴(yán)格控制藥劑溶液的攪拌時(shí)間，防止出現(xiàn)盲目操作的現(xiàn)象。

2.2 監(jiān)測(cè)濃縮池澄清層厚度

濃縮池澄清層厚度的變化可以反映出煤泥水的沉降情況，如果對(duì)其情況掌握不及時(shí)，導(dǎo)致循環(huán)水發(fā)黑并進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，將難于有效處理。隨濃縮池溢流出來(lái)的煤泥，一般粒度小、灰分高，其在系統(tǒng)內(nèi)再次循環(huán)時(shí)，本身吸水膨脹，再加上泥化作用，顆粒粒度更細(xì)，回到濃縮池后更難沉降，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)的細(xì)泥積聚加劇。

為此，該選煤廠制作了采水裝置，定時(shí)對(duì)濃縮池溢流堰下方0～1.5 m范圍內(nèi)的循環(huán)水進(jìn)行采取、檢測(cè)，根據(jù)實(shí)際檢測(cè)情況及時(shí)調(diào)整藥劑用量。目前，已有選煤廠對(duì)超聲波濃度計(jì)的檢測(cè)效果進(jìn)行測(cè)評(píng)，若該技術(shù)成熟并得到成功應(yīng)用，不但方便煤泥水、循環(huán)水濃度的檢測(cè)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)藥劑添加量的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

2.3 提高煤泥回收設(shè)備處理能力

該選煤廠二期工程建設(shè)時(shí)預(yù)留了板框壓濾機(jī)的接口，但實(shí)際使用中并沒(méi)有安裝該設(shè)備。目前煤泥水處理系統(tǒng)有4臺(tái)加壓過(guò)濾機(jī)，用于處理濃縮池底流煤泥。從加壓過(guò)濾機(jī)的工作原理來(lái)看，入料的粒度組成對(duì)設(shè)備壓濾效果有一定的影響[5]；一般而言，入料中的細(xì)泥越多，其越易粘附在濾布上，濾布孔隙越易被塞隙，形成濾餅后的脫落效果變差，設(shè)備排料時(shí)間延長(zhǎng)。

為此，將部分孔隙0.075 mm的濾布更換成0.045 mm的，以減少濾液中的細(xì)泥含量。同時(shí)，為改善孔隙0.045 mm濾布的透氣性，在壓濾機(jī)的入料緩沖桶上方增設(shè)一套摻粗管道，將系統(tǒng)內(nèi)部分0.5 mm粒級(jí)的粗顆粒摻入待壓濾煤泥中。從實(shí)際觀察現(xiàn)象來(lái)看，壓濾機(jī)的排料效果得到改善，這對(duì)細(xì)煤泥的排出有利。此外，在每個(gè)生產(chǎn)班工作過(guò)程中，需要對(duì)所有的壓濾機(jī)排空、清洗一次，盡可能減少濾孔堵塞現(xiàn)象的發(fā)生。

2.4 改變濃縮池連接方式

煤泥水處理系統(tǒng)現(xiàn)有3座φ30 m的濃縮池，其中1#濃縮池的標(biāo)高高于2#、3#濃縮池，且2#、3#濃縮池的高度一致。在3臺(tái)濃縮池同時(shí)運(yùn)行的情況下，煤泥水先進(jìn)入1#濃縮池，其溢流進(jìn)入2#、3#濃縮池，即2#、3#濃縮池并聯(lián)工作，1#濃縮池與2#、3#濃縮池串聯(lián)工作。這種連接方式造成1#濃縮池的底流中粗粒級(jí)比重較大，2#、3#濃縮池的底流中細(xì)粒級(jí)比重較大，進(jìn)而導(dǎo)致加壓過(guò)濾機(jī)難于處理，壓濾效果不理想。

為此，該選煤廠在1#濃縮池的入料管道上架設(shè)擋板，使3個(gè)濃縮池可以實(shí)現(xiàn)并聯(lián)使用，以擴(kuò)大煤泥沉降面積[6]，改變壓濾機(jī)的入料粒度組成。

2.5 合理使用PAC

在原煤矸石含量小時(shí)，泥化現(xiàn)象不嚴(yán)重，由于復(fù)用水的硬度偏高，所需的PAC量很少[7]；但如果泥化現(xiàn)象比較嚴(yán)重，煤泥水的澄清層就會(huì)發(fā)黃，甚至發(fā)黑。這是因?yàn)樗械年?yáng)離子量不足，必須添加PAC來(lái)中和細(xì)泥表面的負(fù)電荷，使煤泥水體系失去穩(wěn)定性[8]，進(jìn)而使其中顆粒迅速下沉。

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在洗選1-2煤層原煤時(shí)，要求操作人員必須添加一定量的PAC溶液，以保證高灰細(xì)泥在濃縮池內(nèi)得到有效沉降[9]。

2.6 減少進(jìn)入洗選系統(tǒng)的煤泥量

在洗選1-2煤層原煤時(shí)，入選原煤中<0.5 mm粒級(jí)的粉煤量在13%以上。在保證商品煤質(zhì)量的前提下，如果能減少入選末煤中的細(xì)粒級(jí)含量，就可以極大地減小煤泥水處理系統(tǒng)的壓力。如果原煤脫粉效率按70 %計(jì)算，則煤泥水處理系統(tǒng)的細(xì)煤泥量可以減少約88 t/h[10]。因此，建議采用一定的方法，將<6 mm粒級(jí)粉煤預(yù)先脫出，進(jìn)一步提升煤泥水處理效果。

3 改造效果

在將濾布空隙調(diào)整為0.045 mm，并在入料中摻粗后，加壓過(guò)濾機(jī)的處理效果明顯改善(表4)，在確保排料水分較低的情況下，其實(shí)際處理能力提高，4臺(tái)加壓過(guò)濾機(jī)每小時(shí)多處理細(xì)煤泥60 t，這為上一環(huán)節(jié)節(jié)省出更多的處理空間和時(shí)間。

表4 工藝系統(tǒng)優(yōu)化前后加壓過(guò)濾機(jī)的處理效果

在對(duì)該選煤廠煤泥水處理系統(tǒng)優(yōu)化后，煤泥水沉降效果明顯改善，濃縮池的澄清層厚度能夠保持在0.80～1.50 m之間；處理面積擴(kuò)大了706 m2，按照表面負(fù)荷率2.32 m3/(m2·h)計(jì)算，煤泥水處理能力增加約1 638 m3/h。末煤系統(tǒng)的入選率由約60%提升至80%，每小時(shí)多入選末煤500 t，精煤產(chǎn)量增加375 t/h。該選煤廠的末精煤銷(xiāo)路較好，可作為特低灰或優(yōu)質(zhì)混煤出售，按照目前的銷(xiāo)售價(jià)格計(jì)算，每年的銷(xiāo)售收入可增加3.96億元。煤泥水處理系統(tǒng)優(yōu)化前后的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益見(jiàn)表5。

表5 末煤處理系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

哈拉溝選煤廠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，從煤泥性質(zhì)、工藝流程等環(huán)節(jié)對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了切合自身情況的優(yōu)化。在對(duì)煤泥水系統(tǒng)優(yōu)化后，煤泥水難沉降的問(wèn)題得到解決，實(shí)現(xiàn)了洗水閉路循環(huán)，不僅保證了選煤廠的生產(chǎn)能力，還增強(qiáng)了生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)原煤煤質(zhì)的適應(yīng)能力，取得了良好的效果，這對(duì)同類(lèi)型的動(dòng)力選煤廠的煤泥水處理系統(tǒng)優(yōu)化有一定的借鑒作用。

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