引言

目前動力煤選煤廠常用的細煤泥處理工藝主要是先將煤泥水導入濃縮池進行濃縮沉降，然后將濃縮池底流打入加壓過濾機進行壓濾脫水處理形成低灰煤泥產品，并得到清凈的循環(huán)水返回再用。選煤廠常用細煤泥的脫水機械主要有真空過濾機、加壓過濾機、帶式壓濾機等。由于動力煤選煤廠的煤質情況不穩(wěn)定，導致煤泥水系統(tǒng)環(huán)節(jié)的問題最多、最難解決。很多選煤廠生產效率低，末煤系統(tǒng)運行不正常，循環(huán)水澄清度低，其問題都出在煤泥水處理環(huán)節(jié)上。所以很多動力煤選煤廠采取末煤不入洗的工藝來避免煤泥水處理環(huán)節(jié)，但這種工藝又導致原煤入洗率的降低以及產品的發(fā)熱量無法達標等問題。哈拉溝選煤廠隸屬于神華神東煤炭集團，是一座處理能力為14Mt/a的大型礦井型選煤廠。該選煤廠采用塊煤重介淺槽主再選工藝，末煤采用有壓兩產品重介旋流器分選工藝，粗煤泥采用離心脫水方式處理，細煤泥采用濃縮池濃縮后加壓過濾機脫水回收。末煤系統(tǒng)基本可實現(xiàn)持續(xù)性全入洗效果，但在入洗過程中加壓過濾機的運行負荷依然較重。并聯(lián)濃縮雖然有效緩解了極細泥對加壓過濾機的影響，但加壓過濾機仍存在濾液濃度較高，極細泥在濃縮池中循環(huán)的情況，故此考慮增加2臺板框加壓過濾機，用以處理系統(tǒng)中的極細泥，此舉在弛張篩改造后，可將1臺加壓過濾機停轉，系統(tǒng)只需運行3臺加壓過濾機及2臺板框壓濾機。板框壓濾機對物料的粒度組成要求相對不嚴格，較為適合處理極細顆粒物料。通過此次改造可以使該廠細煤泥實現(xiàn)分級處理，同時實現(xiàn)末煤系統(tǒng)濃縮池的串聯(lián)使用，一段底流使用加壓過濾機進行處理，二段底流使用板框進行處理。改造的目的是充分發(fā)揮不同設備對不同粒度級煤泥處理的優(yōu)點，實現(xiàn)降成本、增效益。

1.0生產現(xiàn)況

1.1工藝流程哈拉溝選煤廠屬于礦井型選煤廠，礦井原煤主要是變質程度較低的長焰煤和不粘結煤。末煤系統(tǒng)分選工藝為:經過篩分車間分級后的末煤先通過1.5mm的脫泥篩進行預先脫泥，篩下的煤泥水經分級旋流器分級后，＞0.35mm粒級的底流成為粗煤泥，采用煤泥離心機回收;＜0.35mm粒級的溢流進入濃縮池沉降，濃縮池底流采用4臺加壓過濾機處理，濃縮池溢流進入循環(huán)水池，作為系統(tǒng)清掃用水和脫介噴水。該廠的煤泥水處理工藝流程，如圖1所示。從整體工藝上來看，整個流程做到了煤泥水的固液分離和壓濾回收，但從實際生產現(xiàn)狀來看，由于系統(tǒng)中細煤泥含量較高，導致濃縮池長期處于高位運轉狀態(tài)，耙架電流經常過載容易導致耙架壓死等系統(tǒng)故障發(fā)生。同時伴隨哈拉溝礦井1－2煤的開采，細煤泥中出現(xiàn)了大量由于矸石泥化形成的極細矸石泥，影響了煤泥水沉降的速率。由于系統(tǒng)內的極細煤泥難以沉降壓濾回收，所以根據(jù)該廠的生產運行情況來看末煤系統(tǒng)的壓濾機工況、濃縮池的濃縮效果、循環(huán)水的澄清度。

1.2存在問題

無法適應矸石泥化和原煤煤質變化:哈拉溝選煤廠主要入洗哈拉溝煤礦開采的原煤。當原煤矸石量大時，矸石泥化現(xiàn)象較嚴重，濃縮池由于并聯(lián)使用導致部分細煤泥和矸石泥沉降不徹底經溢流混入循環(huán)水系統(tǒng)影響系統(tǒng)脫介噴水效果，造成不必要的介質損耗。特別是哈拉溝煤礦在搬家倒面時，原煤煤質情況不穩(wěn)定，選煤廠煤泥水處理系統(tǒng)無法適應原煤煤質變化，末煤煤泥水無法及時處理，系統(tǒng)保護動作頻繁，嚴重時只能采取末煤不入洗的方法，以降低產品質量為代價來確保整個選煤廠的正常運行。壓濾機反吹卸料困難:末煤系統(tǒng)中的細煤泥顆粒經過濃縮后進入加壓過濾機，這部分顆粒比表面積較大粘附的藥劑較多，導致形成的濾餅粘度較大，造成壓濾機反吹卸料困難，長時間粘附在濾布表面，使得濾布容易磨損，濾布更換頻繁造成人力和財力的損失。同時加壓過濾機主軸持續(xù)轉動后導致粘附在濾布表面的濾餅越來越厚，壓濾機主軸由于阻力過大導致欠速保護動作，壓濾機故障停車。濾餅卸料后經過加壓過濾機的煤泥刮板時在刮板滑道上粘附大量的煤泥。由于加壓過濾機是密封設備，崗位司機日常巡檢無法觀察到煤泥刮板的運行狀況，滑道粘附的煤泥堆積到一定程度后會導致刮板飄鏈、刮板欠速保護動作、刮板斷鏈等故障發(fā)生。尤其是刮板斷鏈后處理故障的時間大約在2h左右，嚴重影響到壓濾機的運行效率。排料困難:加壓過濾機的排料方式一般為料位計排料，由于濾餅中存在大量粘附性較強的細煤泥，在排料倉內的料位計經常會由于煤泥粘附在其表面導致料位計顯示不準確而無法進行正常排料。上下閘板無法正常開關:加壓過濾機的卸料方式較為復雜，需要在密封排料倉里上下閘板的相互配合來完成。由于濾餅中含有大量的極細煤泥顆粒，上下閘板在頻繁開合關閉的過程中將大量的極細煤泥顆粒帶到閘板液壓驅動缸內。由于閘板是由液壓驅動，帶入的細煤泥在閘板的來回動作下被壓縮成極為致密的煤泥塊，達到一定的量后會導致上下閘板無法正常開關排料，導致壓濾機故障停車。

2煤泥水粒度組成分析

煤泥水中煤泥的粒度組成很大程度上決定了煤泥水濃縮、澄清、脫水、過濾等作業(yè)的難易程度。因此，通過實驗研究選煤廠煤泥水的粒度組成、特別是極細顆粒的分布十分重要。哈拉溝選煤廠經過4臺弛張篩改造后，末煤系統(tǒng)基本可實現(xiàn)持續(xù)性全入洗效果，但在入洗過程中加壓過濾機的運行負荷依然較重，而目前選煤廠末煤系統(tǒng)濃縮池選用并聯(lián)方式使用，主要為避免串聯(lián)使用過程中出現(xiàn)的二段濃縮底流中極細顆粒含量過高，導致加壓過濾機運行效率下降等問題。設計煤泥水處理工藝方案，需要對煤泥水中煤泥粒度組成進行分析。加壓過濾機的工況與入料粒度關系很大，當極細顆粒物料較多時，處理能力與效果明顯下降;板框壓濾機對物料的粒度組成要求相對不嚴格，較為適合處理極細顆粒物料。由于當前所有物料只能進入加壓過濾機處理，煤泥粒度組成對其工況影響較大。哈拉溝選煤廠末煤濃縮池的入料來源主要是水力分級旋流器的溢流以及磁選機的尾礦。末煤系統(tǒng)共有3臺水力分級旋流器，處理能力250m3/h，分級粒度為0.2mm。該廠水力分級旋流器的入料粒度組成，見表1。

從水力分級旋流器的入料粒度組成可以看出入料中＜0.045mm粒級的極細煤泥占本級11.22%。該入料經過水力分級旋流器分級后通過泵送轉至濃縮池，濃縮沉降后又泵送至壓濾機入料桶，運輸?shù)倪^程中煤泥中的極細顆粒再度增加，所以實際上進入壓濾機中的極細煤泥遠大于這一數(shù)值。根據(jù)斯托克斯公式可知，顆粒沉降速度和其直徑的平方成正比。在濃縮池中，煤泥水中的極細顆粒受到的重力作用較小，布朗運動較為劇烈，使得極細顆粒保持較長時間的懸浮狀態(tài)。哈拉溝選煤廠的濃縮池高度在設計之初沒有考慮到極細顆粒的增加，所以大部分極細顆粒沒來得及濃縮沉降就經濃縮池溢流進入循環(huán)水系統(tǒng)造成選煤廠循環(huán)水水黑的現(xiàn)象。因此，通過對該廠煤泥水的粒度組成分析得出該廠原有的并聯(lián)使用濃縮池工藝并不適合當下的煤質情況。為了保證該廠煤泥水處理環(huán)節(jié)具有足夠的處理能力，應該通過對末煤濃縮壓濾系統(tǒng)工藝重新設計調整來保證該廠末煤系統(tǒng)的高效率運轉。

3.0優(yōu)化方案設計

3.1煤泥水分級環(huán)節(jié)改造濃縮機入料的來源主要是分級旋流器的溢流，它直接決定了進入濃縮機物料的粒度組成等性質。哈拉溝選煤廠末煤系統(tǒng)目前使用3臺海王水力分級旋流器，分級粒度0.2mm，處理能力250m3/h，處理能力基本滿足系統(tǒng)負荷要求。每臺旋流器下方配有2臺天馬弧形篩，篩縫尺寸為0.35mm。原煤在篩分車間通過弛張篩進行了預先篩分，小于6mm粒級粉煤直接上產品倉配煤銷售，所以末煤系統(tǒng)中粗煤泥量不是很大。煤泥水經過水力分級旋流器后＞0.5mm粒級的粗煤泥進入濃縮池大約為3.41%。一定量的粗煤泥在煤泥水中有助于煤泥顆粒和絮凝劑作用形成松散、多孔、具有三維空間結構的絮團。因此，在濃縮池的入料中摻入一定量的粗煤泥有助于加快煤泥水沉降速率。在保證旋流器底流呈傘狀噴出的條件下，適當調整旋流器角錐比使部分＞0.5mm粒級粗煤泥進入濃縮池入料來改善煤泥水沉降效果，同時減少了煤泥離心機中細煤泥量，降低了離心液中的含固量。

3.2煤泥水濃縮沉降環(huán)節(jié)改進濃縮池是通過使用一些藥劑來完成對煤泥水進行連續(xù)濃縮的設備。煤泥水在濃縮池中沉淀主要分為5個區(qū)，由上到下依次為:澄清水區(qū)、自由沉降區(qū)、過渡區(qū)、壓縮區(qū)、濃縮物區(qū)。煤泥顆粒在濃縮池中的運動速度與煤泥的粒度、密度、煤泥水的濃度、溫度等因素相關。哈拉溝選煤廠末煤系統(tǒng)共有3個濃縮池，直徑為30m，單臺每小時處理能力為1000m3，每個濃縮池配有2臺底流泵。目前是采用一備兩用的方式生產，2臺工作濃縮池采用并聯(lián)的方式同時入料，備用濃縮池一般作為蓄水池和調節(jié)塊末煤循環(huán)水液位用。濃縮池并聯(lián)使用的好處在于可以保證壓濾機的穩(wěn)定給料以及循環(huán)水液位高度，但是存在煤泥沉降不及時不徹底等問題。針對上述問題，該廠將濃縮池的并聯(lián)使用改為串聯(lián)使用，煤泥水先通過1、2號池進行一段濃縮，一段濃縮的溢流再進入3號濃縮池進行二段濃縮。該廠濃縮池加藥方式為多點加藥，在濃縮池入料管的中間部位設置第一個加藥點，經過充分攪拌的絮凝劑在這里與煤泥水第一次“相遇”，使得細煤泥互相凝聚形成絮團。在入料管2/3處設置第二個加藥點，使得在第一點沒有來得及凝聚的細煤泥進一步凝聚。在入料管出口處設置第3個加藥點，進行檢查性絮凝，充分保證細煤泥完全凝聚。這種加藥方式可以靈活控制和調整煤泥的沉降過程，最有效、最充分地發(fā)揮藥劑的作用，保證煤泥的回收率。一段濃縮主要沉降粒度較大的煤泥，入料濃度也較大，可以適當增加一段濃縮藥劑用量。二段濃縮主要沉降極細煤泥，入料濃度較小，可以適當減少藥劑用量。二段濃縮的溢流作為系統(tǒng)的循環(huán)用水循環(huán)使用。通過對煤泥水分段濃縮的工藝改進可以實現(xiàn)煤泥的分級脫水處理，使煤泥充分沉降，循環(huán)水系統(tǒng)更為澄清。

3.3煤泥壓濾環(huán)節(jié)改造板框壓濾機是一種常用的間歇式煤泥壓濾脫水設備。該設備主要由壓濾機濾板、液壓站系統(tǒng)、壓濾機框、濾板傳輸系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)等5大部分組成。其作用是將濃縮處理后的煤泥進行壓濾，形成大塊濾餅回收。因壓榨的濾餅含固率高、設備占地空間小、自動化程度高、運行維護成本低等特點廣泛運用于選煤工業(yè)生產中。哈拉溝選煤廠末煤系統(tǒng)現(xiàn)有4臺加壓過濾機，型號為HBF－S120，Q=90t/h，過濾面積為120m2。由于該廠煤泥水系統(tǒng)中存在大量的極細煤泥，而加壓過濾機的工況與入料粒度關系很大，當極細顆粒物料較多時，處理能力與效果明顯下降。板框壓濾機對物料的粒度組成要求相對不嚴格，較為適合處理極細顆粒物料，所以考慮采用新型板框壓濾機來處理極細煤泥。新型板框壓濾機的出料水分能夠控制在30%以下，可以有效控制商品煤水分。通過對系統(tǒng)煤泥量的計算評估，哈拉溝選煤廠末煤系統(tǒng)將新增2臺板框壓濾機來改善煤泥水的處理效果。同時將濃縮池的并聯(lián)使用工藝調整為串聯(lián)使用工藝。一段濃縮池底流可通過加藥量等手段控制粒度組成，滿足加壓過濾機對粒度組成的要求進而實現(xiàn)工況最佳;二段濃縮池底流極細顆粒物料多，使用板框壓濾機進行處理，可以充分發(fā)揮板框壓濾機的優(yōu)點。該廠在末煤系統(tǒng)建設初期已經預留了板框壓濾機的接口和安裝空間。改造需要的設備主要有2臺板框壓濾機、1臺煤泥轉載膠帶機、2個入料桶、4臺入料泵、2臺攪拌器。另外需要對末煤煤泥管道進行改造，實現(xiàn)濃縮池的串聯(lián)使用。新加的板框壓濾機給料方式為單段泵給料，同時配備相應的壓風機等設備。系統(tǒng)生產過程中板框壓濾機和加壓過濾機可以進行搭配使用。一般情況只要開啟2臺板框壓濾機和3臺加壓過濾機就可以完成系統(tǒng)中煤泥水的處理量。當系統(tǒng)中矸石泥含量較大時可以再開1臺加壓過濾機來提高末煤系統(tǒng)煤泥水處理能力，防止?jié)饪s池一段濃縮溢流流量過大影響二段濃縮處理效果。

4.0結語

(1)從哈拉溝選煤廠的生產現(xiàn)狀可看出原煤煤質的動態(tài)變化要求煤泥水處理系統(tǒng)必須要具備很高的應變能力，針對不同的煤質情況應該采取相應的煤泥水處理方案。在初期設計時應該考慮選煤廠在面對原煤煤質情況波動時應具備靈活的處理能力。

(2)煤泥水處理環(huán)節(jié)的投入和效益回報一直是動力煤選煤廠的一大爭議。如果動力煤選煤廠采取浮選工藝來處理煤泥水，可以一定程度上提高產品煤的質量。但分選工藝較為復雜，藥劑消耗較大，洗選成本增加。在動力煤選煤領域是否采用浮選工藝來處理煤泥水，還有待進一步論證。

(3)將煤泥水分級處理是通過一線生產實踐論證，充分利用不同設備的處理特點將現(xiàn)有的生產工藝進行調整改進，從而得出最優(yōu)的處理方案。實現(xiàn)了選煤廠的洗水閉路循環(huán)、煤泥廠內回收，同時降低了煤泥產品的水分、提高了品種煤的產率。

(4)在選煤廠煤泥水處理的生產實踐當中，采用了許多不同的設備來進行試驗。目前投入生產一線并使用效果較好的設備有干擾床分選機、水介質旋流器、螺旋分選機等等。在后續(xù)的生產過程中選煤廠應該多去探索將一些沒有在選煤行業(yè)使用過的設備用來處理煤泥水，以此來解決煤泥水處理難的問題。

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作者：方治民教授

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