煤泥水處理系統工藝流程的改進與優化

王永華

摘 要：隨著電廠環境保護和資源節約要求的提高，電廠煤泥水處理的要求也隨之提高，選取經濟合理的處理方式顯得尤為必要。綜合煤泥水處理技術的進步、生產成本、處理能力和效果及現場用水需求變動等因素，通過對現有煤泥水系統進行配套改進，簡化流程，優化方式，實現質量效益最大化。

關鍵詞：煤泥水；工藝流程；改進；優化

中圖分類號：TD94 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）16-0197-02

近年來，國內大多數燃煤電廠的輸煤系統棧橋、地面都普遍采用水沖洗的方式，輸煤皮帶機頭部噴淋抑塵設施和沿線除塵設施也需要大量的水，沖洗過后的污水中包含有大量的懸浮物、煤泥和泥砂，由于煤炭自身有疏水性，廢水中的大量微小煤粉在水中比較穩定，此外一些超細的煤粉懸浮在水中，即使靜置相當長的時間也很難自然沉降。如果對此類廢水直接進行排放會造成環境污染和水資源浪費，可通過煤泥水處理系統得到符合回用標準的回用水再次利用。某廠輸煤系統分為鍋爐供煤和化工供煤兩部分，整個系統運行時間相對較長，對現場的安全環保要求較高，產生的現場沖洗廢水較多。某廠含煤廢水主要為輸煤系統地面沖洗產生的廢水，其排放特點是排放周期、排放量變化不大。經過長期的運行，某廠原設計采用污泥脫水機對煤泥水進行分離，由于受煤泥濃度影響較大，脫泥效率低，無法滿足生產需要，現已逐漸退出煤泥水處理工藝領域，同時原設計調節水池積累的污泥難于清理，制約產水，必須對煤泥水處理工藝進行改進與優化，以滿足實際生產需求。

1 煤泥水的性質

煤泥水是由煤泥的顆粒和水組成的混合狀液體，其性質既有煤的性質又有水的性質，并二者之間相互影響[1]。

1.1 煤泥水的主要物理性質

（1）煤泥水的濃度。煤泥水的濃度是表征煤泥水混合物中煤泥和水數量比值的重要參數，在煤泥水處理的許多環節中都必須要隨時掌握其濃度的變化，為工業控制及參數調整提供依據。它有兩種表示方法：一種是采用單位體積懸浮液中的固體體積與液體體積之比，定義為體積濃度；另一種是用單位體積懸浮液中固體的質量與懸浮液質量或者水的質量之比，定義為質量濃度。通常為了計算和測定的方便而采用質量表示法。（2）煤泥水的粘度。流體在運動時，在流體內部兩流體層的接觸面上會產生內摩擦力，阻止流體層間的相對運動，流體具有的這種性質稱為粘度。煤泥水的粘度不但取決于其中固體物的含量，也取決于煤泥性質以及煤泥的粒度組成。一般情況下煤泥按粒度大小可以分成兩類，一類是粒度大于45μm的粗粒煤泥，另一類是粒度小于45μm的細粒煤泥即細泥。當煤泥水中粒度小于45μm的細泥成分較多時，煤泥水的處理（澄清、濃縮、脫水等）難于進行。在不同固體含量的煤泥水中，當煤泥的粒度小于45μm時，隨細泥含量的增加，煤泥水的粘度急劇增大；而粒度大于45μm的煤泥比較容易沉淀，粘度變化也不大。因此煤泥水中的固體顆粒粒度越小，細粒級含量越高，煤泥水的粘度就越大。而煤泥水粘度增大最主要的影響就是造成顆粒在煤泥水中沉淀速度降低，細顆粒沉降甚至停止；其次是造成煤泥和細顆粒產品的脫水等作業的效率降低，加大污染程度。

1.2 煤泥水的主要化學性質

（1）煤泥水中溶解物的組成。煤泥水中的溶解物主要取決于原煤的性質和水質，以及處理過程中添加的藥劑，它包括有機類溶解物和無機類溶解物，其種類較多，測定較為困難。在當前的煤泥水處理工藝中，應充分掌握這些可溶物質的種類及數量對絮凝、沉降等過程的影響，采取適當的方法控制，提高處理效率，減少環境污染。（2）酸堿度。酸堿度是影響煤泥水處理過程中的一個重要因素，它主要影響煤泥的表面的電性。當PH>顆粒零電點時，煤泥表面電荷為負電荷；當PH<顆粒零電點時，煤泥表面電荷為正電荷。煤泥表面的電荷正負性影響煤泥水處理過程中絮凝藥劑的表面吸附作用，進而影響處理效果[2]。

2 煤泥水處理

2.1 煤泥水處理流程

一般意義上的煤泥水是指煤炭行業在煤炭分選清洗過程中產生的大量含煤廢水。隨著環保要求的提高和資源的節約利用，煤炭行業在其發展過程中加大對含煤廢水的處理研究和實踐應用，目前已經形成了許多成熟的處理理論和工藝系統。這些成熟的理論和工藝系統為電廠煤泥水處理提供了很多適用的經驗和寶貴的參考價值。現階段電廠煤泥水處理工藝流程大致分為以下幾種[3]：

（1）初沉→加藥→沉淀→清水回用或排放；（2）初沉→加藥→沉淀→過濾→清水回用或排放；（3）初沉→加藥→煤泥廢水處理設備→清水回用或排放。

2.2 煤泥水處理常見方式

（1）沉淀池。沉淀池的原理是利用煤泥在靜止介質中的自由沉降的規律，進而實現固液分離。它的形式多樣，主要有煤泥沉淀池、角錐沉淀池、傾斜板沉淀槽、沉淀塔及滲透池等，這種方式無需添加化學藥劑，生產成本較低，但對于微細粒含量大、黏土礦物多的煤泥水則沉淀困難，效果較差。（2）絮凝劑沉淀池。采用高分子化合物進行混凝處理稱為絮凝。絮凝劑沉淀池除包括沉淀池的基本部分外，還增加了深錐濃縮機等設備。它們主要利用絮凝劑的絮凝作用加速煤泥中微細煤泥顆粒的沉降過程，使煤泥水中懸浮物以較大顆粒或松散絮團的形式得以沉降分離，使濃縮設備固液分離的效果大幅度提高，縮短分離周期，節約設備占地面積。（3）水力旋流器。水力旋流器是在離心力場的作用下將煤泥水進行濃縮和分級的設備，一般分為壓力式和重力式兩種。煤泥水由進料管沿切線方向進入水力旋流器，在旋流器內部形成高速旋轉的下降和上升兩股液體流，在離心力作用下，較為粗重的顆粒物質被拋向器壁，顆粒沿旋流器器壁逐漸向下運動經排料口排出，較小的顆粒物質旋轉到一定程度之后隨移向旋流器中心的液流經由溢流管排出。因為旋流器內各位置的懸浮液密度及切線速度都不盡相同，所以物料在一個復雜的密度場和速度場中進行分層。（4）污泥脫水機。污泥脫水機作為污泥處理設備運行方式靈活，其具有能耗較低、運行穩定、操作相對簡單等特點而被廣泛采用，其中絮凝劑的選用和配比對污泥脫水效果起關鍵作用。按照脫水的原理一般可將污泥脫水機分為壓力脫水、真空過濾脫水和離心脫水三類[4]。目前，我國常用的污泥脫水機的機型大致分為：板框式、濾帶式、離心式和螺旋環牒式。濾帶式脫水機操作簡單、出泥含水率較低。板框式脫水機泥餅含固率較高，但存在占地面積較大、操作環境差的問題。離心式脫水機占地面積小，產品分離徹底，但初期投資大費用較高而應用不是很廣泛。螺旋環牒式脫水機脫水效率高，運行安全簡單，是一種較為先進的脫水模式。

2.3 煤泥水處理系統設計

煤泥水處理系統設計需要綜合考慮沖洗用水量、處理方式的經濟性、處理效果和煤泥的排出方式。影響沖洗用水量的因素主要由棧橋的長度和寬度、轉運站數量及沖洗制度（一般指沖洗強度，每天沖洗次數，沖洗歷時）決定。某廠每天沖洗用水量大約為40-70t。電廠輸煤系統一般在現場排水點設集水坑，由于煤泥水具有良好的流動性，不會堵塞管路，通過實際運行證明這樣的設計是可行的。沉淀池容積必須要有一定的安全系數，以保證輸煤系統排水被全部接收。沉淀池積煤在影響其有效容積或對后續處理產生不利影響時進行清理，目前使用較多的是抓斗抓泥和采用污泥泵排泥，但經運行實踐，抓斗排泥較為可取，排泥泵成功率并不高。初沉后的煤泥水在作后續處理之前一般需要加混凝劑和助凝劑，需要選取適當的加藥設備及藥劑，條件允許的情況下通過實驗確定藥劑類型及加藥量，不具備條件的應在運行初期精確調試，以便達到最佳效果。經過初沉后的煤泥水后續處理設備一般包括反應沉淀池、過濾器和分離器。基于電廠煤泥水的特性，且回用水水質要求不是特別高，目前生產的分離器是一種適用度較高的設備[5]。

3 某廠煤泥水處理系統改進

為了踐行環保要求，加強現場運行人員勞動防護，創造安全清潔的生產環境，某廠優化調整現場沖洗制度，并改進了部分除塵系統。隨著現場沖洗制度和力度的改變及除塵設施的運行，既有的煤泥水處理系統已經難以滿足現有的需求，必須進行配套改進才能保障正常生產[6]。

3.1 原煤泥水處理系統

（1）原煤泥水處理系統工藝流程。某廠煤泥水初期設計是現場分散設置集水坑，將煤泥水收集后由泵打至調節水池經過初步沉降，在提升泵后的管道混合器內加入凝聚劑和助凝劑送至反應沉淀池進行沉淀反應，上層清水流入回用水池，送至現場各個沖洗點再次利用。調節水池和反應沉淀池內的污泥進入污泥池，經污泥提升泵送至污泥脫水機進行脫水處理后摻燒。某廠煤泥水初期設計處理流程如圖1所示。（2）原煤泥水處理系統存在的問題。經過多年運行發現采用初沉→加藥→沉淀→清水回用的處理流程，沉淀的污泥通過泥漿泵送至煤泥脫水機脫水后摻燒利用，此種處理方式存在的最大問題在于一是產水率相對較低；二是調節水池和沉淀池煤泥積累嚴重，制約系統正常運行，且清理難度大；三是煤泥提升泵運行既要保證煤泥具有良好的流動性又要防止管路堵塞，這就要求煤泥含水率足夠，管路也要經常沖洗，必然帶走大量的水，造成浪費；四是污泥脫水機受煤泥濃度影響較大，脫泥效率不高，給運行帶來極大的不便。

3.2 改進后煤泥水處理系統

（1）改進后煤泥水處理工藝流程。某廠煤泥水處理系統經改進使現場各集水坑收集的煤泥水由泵打至三級沉淀池經過逐級沉淀，清水由提升泵經管道混合器加藥后打至高效澄清器，澄清器出水進入回用水池可做為輸煤系統沖洗水用。澄清器排泥返回沉淀池，沉淀池煤泥由抓斗拾取，裝車后運至現場進行摻燒。改進后的流程圖如圖2所示。（2）改進的主要設備及實際運行情況。此次改進采用的主要設備為高效澄清器，總處理能力為80m3/h，設兩套系統并聯運行，單套處理能力為40m3/h。它將“物理、化學”兩種處理方式融為一體，其工作原理為首先通過進水泵將經過預先處理的污水輸送至凈化器，然后通過加藥計量泵在進水泵的出口管道混合器中按比例投入混凝劑和助凝劑，將污水和藥劑進行初步混合然后再一同送入凈化器，通過凈化器進行混凝反應、離心分離、重力分離、濾層過濾、污泥濃縮等一系列過程最后從凈化器頂端產水，經過濃縮后的污泥從底部排出。為保證澄清器運行良好，需要在運行一段時間后對澄清器進行反沖洗即可[7]。

從現場實際運行情況來看，采用該工藝改進處理后，系統運行穩定可靠，操作簡單，設備產水率較高，藥劑投加量減少，出水水質較好，一般出水濁度<20NTU，懸浮物（SS）<50mg/L，滿足輸煤系統沖洗水回收利用的要求。

4 結語

綜上所述，煤泥水處理作為電廠輸煤單元必不可少的環節，對其處理過程的工藝進行有效改進，可以大幅度提高煤泥分離效率，提高水資源回收利用率，煤泥處置流程更加合理便捷，提升了整個煤泥水處理系統運行穩定性，取得了較好的經濟效益。

參考文獻

[1]張明旭，徐建平，趙鳴.選煤廠煤泥水處理[M].中國礦業大學出版社，2005.

[2]蔡璋.選煤廠固—液，固—氣分離技術[M].煤炭工業出版社，1992.

[3]蘇丁.凝聚劑、絮凝劑在難凈化煤泥水中的使用[J].選煤技術，2000，（2）：10-12.

[4]吳成妍.煤泥水的特性與絮凝劑的應用[J].選煤技術，1995，（4）：23-25.

[5]梁天成.礦井水處理技術及標準規范實用手冊[M].當代中國出版社，2013.

[6]陳宗琪，戴閩光.膠體化學[M].北京：高等教育出版社，1984.

[7]西北電力設計院.電力工程水務設計手冊[M].中國電力出版社，2005.