長溝選煤廠煤泥壓濾系統升級改造理論實踐研究方案探討

王 俊 紅

(陽泉煤業(集團)股份有限公司 選煤質量管理中心，山西 陽泉 045000)

1 概 況

長溝礦選煤廠隸屬于陽泉煤業(集團)有限責任公司，為礦井型選煤廠，開采3號、15號煤層，設計生產能力為0.9 Mt/a，煤種為無煙煤。選煤設計工藝為300 mm～50 mm原煤動篩排矸、90 mm～8 mm原煤重介分選，煤泥水處理系統為浮選精礦經精煤壓濾機脫水后成為精煤產品，浮選尾礦經添加絮凝劑在濃縮池沉淀后由尾煤壓濾機脫水回收并成為單獨的煤泥產品。隨著長溝煤礦礦井機械化開采條件的加大，原煤性質發生很大變化，回采割巖率高、夾矸及洗矸泥化嚴重，煤泥灰分增高，煤泥水中細泥難沉降分離，使洗煤水濃度增高，重介質消耗增加，商品煤發熱量變低，嚴重影響正常洗選生產。煤泥水處理循環系統是洗選生產的重要環節，洗水澄清與閉路循環為洗選正常生產的重要條件，否則會影響洗選產品質量，使重介質消耗嚴重、濃縮機溢流濃度變高、循環水發黑、管道出現堵塞、煤泥層厚度過厚導致耙式濃縮機電流負荷增大、超負荷運行出現滯停壓耙現象，且還與環保問題息息相關。目前環保要求越來越高，市場對洗選末煤、塊煤、煤泥等品種質量指標要求很高，為此陽泉煤業集團公司專門制定了《煤質質數量考核指標》。由于煤泥水系統老化從而制約洗選生產的正常運行，所以必須對煤泥水處理系統進行升級改造。以下結合選煤廠煤泥壓濾系統相關研究經驗[1-12]，對長溝選煤廠煤泥壓濾系統升級改造理論實踐的研究方案進行探討。

1.1 原煤性質分析

為科學準確合理地制定煤泥水處理系統的改造方案，通過分級浮沉試驗對原煤性質進行系統研究，(50～0.5) mm原煤浮沉試驗結果見表1。

表1 50mm～0.5mm原煤浮沉試驗結果

密度級/ kgL-1 產率/%灰分 Ad /%累 計浮物/%產率灰分 Ad 沉物/%產率灰分 Ad 分選密度±0.1密度/ kgL-1 產率/%<1.302.543.262.543.26100.0029.221.340.391.30-1.4037.857.8140.397.5597.4630.441.452.471.40-1.5014.6213.8555.018.1759.6143.921.517.851.50-1.603.2324.9658.249.6744.9954.021.64.871.60-1.701.6433.1459.8811.8941.7658.151.73.111.70-1.801.4745.4761.3512.6640.1259.171.840.12>1.8038.6559.28100.0030.0438.6559.28合計100.0030.61煤泥13.6741.72總計100.0029.09

由表1可知:原煤煤泥灰分達41.72%，矸石灰分高達59.28%，矸石有泥化傾向，此為造成煤泥水難以沉淀、耙式濃縮機運行負荷增大、循環水系統濃度高的主要原因；在整個生產流程過程中，當原煤煤質變差，末原煤經過分級篩分系統還存在煤泥水濃縮機處理能力有限的問題；當末煤入洗率超過60%時，濃縮機處理能力無法滿足生產要求，就會導致次生煤泥量增加、循環水系統進一步變黑，從而產生惡性循環，末煤發熱量也會進一步降低；矸石及煤中礦物雜質與礦物在煤中的嵌布特征有關，呈粗粒嵌布的礦物雜質很易在水中泥化且其比表面積較大，對浮選精煤質量影響很大并影響尾煤的過濾。

2 煤泥水系統改造

2.1 生產原因分析

在整個洗選系統中，煤泥水處理系統浮選入料先經礦漿準備器，使浮選藥劑和煤漿充分混勻后進入浮選機，浮選尾礦經添加絮凝劑到濃縮池沉淀，由廂式壓濾機脫水回收，經多次采制樣、化驗總結出浮選精煤灰分、水分統計情況，見表2。由表2可知:浮選精煤的水分、灰分偏高，廂式壓濾機在生產過程中濾餅脫落率低、濾餅水分高、壓濾煤餅成型率低，煤泥易糊住倉內刮板傳感器。

2.2 設備運行問題

2.2.1濃縮機處理情況

所用濃縮機為耙式濃縮機，如在生產過程中原煤量增大，洗選末煤系統會出現煤泥量急劇加大的情況，循環水變黑，經檢測入料中<0.5 mm粒級產率為48.25%，底流、溢流中該粒級產率分別為23.48%、61.32%，說明絕大部分極細顆粒未得到有效沉降。極細顆粒不斷在系統中循環、積聚，導致循環水濃度增加并呈深度黑色，在濃縮池溢流堰上出現大量呈白色的殘留細泥，由此推斷煤中巖石由泥化而來，即其為高灰分細泥，進入循環水中對商品煤的煤質影響很大。

表2 浮選精煤的灰分、水分

日期名稱Mt/%Ad/%2018.5.727.221.602018.5.828.422.402018.5.926.519.702018.5.1027.620.602018.5.1125.820.702018.5.1228.922.702018.5.1327.621.602018.5.1425.922.802018.5.1527.221.602018.5.1626.724.302018.5.1728.419.50

正常情況下濃縮機工藝效果見表3。

正常情況下，煤泥難沉降時濃縮機的工藝效果見表4。

表3 正常情況下濃縮機的工藝效果

設備編號百分比濃度/%入料溢流底流濃縮效率/%35043.140.0439.4595.7435053.480.0441.6195.82

表4 煤泥難沉降時濃縮機工藝效果

設備編號百分比濃度/%入料溢流底流濃縮效率/%350411.289.6242.1516.74350510.579.5742.5817.43

2.2.2壓濾機處理情況

目前所使用的廂式壓濾機工作時對入料濃度、入料壓力有一定要求，對操作技術要求較精細。當處理工作量大時，處理量就會降低，且須配有給料泵、礦漿準備器、運輸機械設備，產生電耗大，所用的3臺壓濾機對員工操作技術要求比較苛刻，當井下生產遇到巖石構造時常出現故障。廂式壓濾機理論處理量為50 t/h，實際運行排料量為40 t/h，達不到理論設計要求，嚴重制約了煤泥水的處理能力。該壓濾機處理<0.5 mm浮選尾煤量減小，無法將細顆粒與粗粒一起過濾去除，使細顆粒在循環水中累積增加，煤泥灰分變高。

3 采取優化改造方案

3.1 加強選煤廠與礦井地測部門溝通

選煤廠與礦井地測部門分屬2個部門，在生產時無法預知井下地質構造情況，特別是井下工作面出現斷層、煤層夾矸石多、割頂掃底多等嚴重影響煤質變化，技術組無法提前制定生產參數，公司決定地測部門及時通知選煤廠井下構造情況，并聯系煤質部門采制301原煤、802末煤、煤泥調查樣，進行化驗，給生產提供數據保障。礦方地測部門、選煤廠技術組、煤質部門三方實行一體考核，設置專職聯系人，使洗選過程科學化，提前了解礦井回采情況，并做好檢修和生產安排，選煤廠積極聯系礦井控制工作面產量，保證井下配采比例，控制原煤含矸量，通過運輸系統調配，原煤含矸率大的只進2號原煤倉，使得末煤易泥化變為極細顆料的矸石量不超過末煤系統煤泥水處理承受的負荷范圍，以使循環水保持澄清。

3.2 更換設備

(1)由于所用周邊傳動耙式濃縮機(型號:GNGF-20.0)存在濃縮效率低、底流固體回收率低、澄清水質量差、處理能力小等問題，經研究更換為高效濃縮機(型號:GXN-18),采用了消泡器和靜態混合多點加藥方式和下部深層入料，提高了底流的濃度，降低了溢流的固體含量，采用了較高的耙速、較高的池深、液壓自動提耙裝置，有利于底流的排出和濃度的提高和避免事故的發生。

除更換濃縮機，藥劑的配制、添加對濃縮池沉降效果有重要影響。通過多次處理煤泥水，在煤泥水中加入高分子絮凝劑，其中細小顆粒在絮凝劑作用下相互聚成較大的絮團，絮團不斷增大，沉降速度加快，煤泥沉降過程出現明顯澄清界面。絮凝沉降試驗采用聚合氯化鋁(濃度2%)作為凝聚劑、聚丙烯酰胺作為絮凝劑(2‰)，其沉降效果好。凝聚劑靠改變顆粒表面的電性質來實現凝聚作用，降低和消除顆粒表面的電荷和雙電層，減小排斥力為其自然沉降、絮凝結團和過濾脫水創造有利條件。添加乳化劑后應用超聲乳化器對浮選藥劑進行乳化，在浮選尾煤處加裝UGS超聲波乳化器，經試驗結果顯示，浮選精煤產率提高8.7%，尾煤產率提高16.5%，可燃體回收率從85.5%提高至93.3%。另外，對濃縮池的絮凝劑(聚丙烯酰胺陰離子藥劑)添加系統實現多點加藥，確保以最低的藥劑使用量實現最優化的沉降效果，且降低濃縮池底流粘度。相同煤泥水濃度的實驗結果比較見表5。

表5 相同煤泥水濃度的實驗結果比較

編號12345678初始沉降速度/ mh-1 0.9319.822.429.714.324.712.939.4絮凝劑用量/ gt-1 5046298531 0532 6423 2184 0534 689

由表5可知，同一煤泥水濃度絮凝劑用量由504 g/t增至1 053 g/t時，沉降速度呈激增趨勢，用量再增至2 642 g/t時，初始沉降速度反而下降，說明絮凝劑用量有最高點。

(2) 長溝選煤廠所用的廂式壓濾機(型號:KMZGS400/2000-U)為20世紀70年代制造的產品，設備機械性能滯后，尾板與活動頭板在壓緊過程中尾板偏移量過大，頭板移動過于緩慢，壓濾過程中不能很好地進行泄水和儲存濾餅。另外需配備多臺輔助設備，導致工藝復雜、耗電量增大、處理量變小，經研究決定更換QXM(A)Z型全自動壓濾機。特點為第一段采用高壓強流體靜壓力過濾脫水，脫出顆粒間游離水和部分空隙水，降低顆粒間的孔隙率和飽和度；第二段采用二維變向剪切壓力過濾脫水，改變了顆粒間的幾何結構，脫出顆粒空隙水；第三段采用強氣壓穿流壓力脫水，快速運載顆粒內的潤滑水和剩余空隙水。該機能同時實現高壓流體進料初次過濾脫水、濾餅二次擠壓壓榨脫水與壓縮空氣強氣流風吹濾餅三次脫水，解決了泡沫礦漿泵壓困難問題，降低了動力消耗，提高了濾餅脫落率，可有效地使浮選精煤產品水分降低至22%以下。另外根據煤泥水極細顆粒含量高、難沉降的現象，將壓濾機濾布由74 μm更換為45 μm，保證細顆粒高效濾出，降低極細煤泥在系統中的循環量。

4 優化應用效果

4.1 生產效果

經更換濃縮、壓濾設備對煤泥水處理系統加以完善后，洗煤循環水濃度降至10%以下，達到了一級洗煤用水標準，杜絕了高灰細泥類雜物對煤質的污染，在礦井和選煤廠嚴格執行相關措施后，外運末煤發熱量整體提高了0.11 MJ/kg，浮選精煤灰分降到10%以下，產率提高了7%，經壓濾機回收的尾煤壓板成型，水分降到21%～24%，同時改進藥劑添加方式，提高了煤泥水沉降處理效果，降低了藥劑消耗量，煤泥分選系統運行正常，生產指標穩定。

4.2 經濟效果

依據現煤質化驗數據現狀，水分每下降1個百分點，末煤發熱量即提高0.1 MJ/kg，每噸煤結算價提高4元，選煤廠月均外運末煤量約為30萬t，增加經濟效益均120萬元；對煤泥發熱量提高了約691 J/g，按年入洗原煤量90萬t計算，煤泥產率以10%計算，煤泥售價0.096元/(t·KJ),可年增收約594 000元。

5 結 語

針對長溝選煤廠原煤中矸石泥化嚴重，煤泥水灰分高，末煤中摻入細顆粒煤泥，致使浮選尾礦不易沉淀，洗煤水濃度高，在提出更換先進濃縮機、壓濾機，合理調配藥劑制度，完成煤泥水處理工藝和加藥設備系統改進，控制了尾煤壓板成型水分，改善了洗煤循環水水質，降低了煤泥灰分，提高了煤泥產率，有效解決了末煤系統混入細煤泥問題，為企業創造了可觀的經濟效益，同時為同行業優化煤泥水處理系統提供了借鑒作用。