王偉

（山西省晉神能源有限公司 沙坪洗煤廠，山西 沂州 036500）

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展和環(huán)保要求越來越嚴格，各個行業(yè)對煤炭產(chǎn)品質(zhì)量的要求也在不斷地提高，使得選煤廠煤泥水處理作業(yè)顯得越來越重要[1]。煤泥水處理系統(tǒng)是濕法選煤生產(chǎn)中的一個重要環(huán)節(jié)，煤泥水的處理效果直接影響選煤廠整個生產(chǎn)工藝流程的分選效果[2]。同時，煤泥水處理系統(tǒng)也是選煤廠實現(xiàn)“煤泥廠內(nèi)回收、洗水閉路循環(huán)”的一個重要措施。因此，根據(jù)原煤煤質(zhì)特性和煤泥性質(zhì)，如何選擇合理的煤泥水處理工藝流程，是選煤廠設(shè)計及改造的根本任務[3]。

1 煤泥水改造前的工藝系統(tǒng)

水力分級旋流器的溢流、螺旋精煤弧形篩篩下水、矸石高頻篩下水和煤泥離心機濾液入濃縮池，經(jīng)濃縮后，底流由加壓過濾機回收，濾餅摻入混煤膠帶機；濾液返回二段濃縮池。二段濃縮池的底流由壓濾機回收脫水。濃縮池的溢流作為澄清水返回系統(tǒng)復用。設(shè)2臺一段濃縮池，一用一備，以確保洗水閉路循環(huán)。

洗水中固體含量的增加將導致重力洗選結(jié)果變壞。當減少循環(huán)水中固體含量的絕對值，將增加從循環(huán)水中回收固相的單位費用。這是統(tǒng)計物理學定律的作用和循環(huán)水泥化程度與其中所含煤泥的分散性兩者之間的關(guān)系決定[4]。

1.1 煤泥水工藝生產(chǎn)狀況

原煤脫泥篩篩下含有-2 mm的粗煤泥和水首先進入原煤分級旋流器給料桶。桶內(nèi)的煤和水會被原煤分級旋流器給料泵打到二組原煤分級旋流器（一組6臺）中。旋流器的離心力會對粗煤泥進行粒度分級，將粗煤泥分為2～0.15 mm和0.15 mm以下2部分。0.15 mm以下的物料進入溢流箱，依靠自流進入一段濃縮機。

螺旋精煤首先由篩孔尺寸為0.5 mm的弧形篩脫水分級，篩下水進入一段濃縮機。篩上物進入帶刮刀的煤泥離心機，物料在旋轉(zhuǎn)離心力的作用下進一步脫水成為精煤產(chǎn)品，給入精煤皮帶。離心液經(jīng)離心液轉(zhuǎn)排桶及泵排至一段濃縮機。

末矸石從螺旋分選機的矸石槽給入末矸石高頻脫水篩脫水。篩下水進入一段濃縮機。

原煤分級旋流器溢流、螺旋精煤弧形篩篩下水、末矸高頻篩篩下水、煤泥離心機離心液入一段濃縮池。這些入料大多是小于0.15 mm的煤泥，煤泥在絮凝劑作用下依靠自重沉淀，成為底流。

濃縮機底流由2臺底流泵打入2臺加壓過濾機，其濾餅可摻入電煤。濃縮機底流泵吸入管上接有澄清水閥門，在管路堵塞時，可用來稀釋管路中的煤泥。

加壓過濾機的濾液進入二段濃縮機，底流由壓濾機脫水回收，壓濾機的濾液也進入二段濃縮機。一段濃縮機和二段濃縮機溢流進入循環(huán)水池作為全廠的循環(huán)用水。原工藝設(shè)計如圖1所示。

圖1 原工藝設(shè)計Fig.1 Original process design

1.2 煤泥對生產(chǎn)組織及精煤質(zhì)量的影響

隨著煤層開采技術(shù)的不斷創(chuàng)新和采掘設(shè)備的不斷發(fā)展，原煤的含泥量也不斷增多，從而加大了選煤廠的分選難度[5]。如要保持煤泥分選系統(tǒng)的最優(yōu)分選能力，煤泥粒度應處于0.07～0.26 mm，而粗煤泥的粒度超過0.3 mm，分選效果較差[6-7]。

現(xiàn)選煤廠采用加壓過濾機用于處理0.15×0.045 mm煤泥，以降低濾餅水分，提高產(chǎn)品發(fā)熱量，因而可將加壓過濾機回收煤泥摻入產(chǎn)品中銷售；采用壓濾機處理-0.045 mm的煤泥，避免細泥在煤泥水系統(tǒng)中循環(huán)，保證洗水質(zhì)量，從而提高重介系統(tǒng)的精煤回收率和降低介耗。

原煤篩分試驗中-0.5 mm粒級含量占原煤比例的4.18%?，F(xiàn)場實際煤泥產(chǎn)量約占原煤比例的9.2%，整體來說煤泥含量不高。選煤廠采用一段φ24 m濃縮池2個（一備一用），二段φ18 m濃縮池1個。細煤泥含量少時，煤泥處理系統(tǒng)完全滿足生產(chǎn)需求。

1.3 煤泥性質(zhì)對加壓過濾機排料時間的影響

煤泥性質(zhì)按灰分及熱值的高低可以分成3類：①低灰煤泥灰分為20%～32%，熱值為3 000～4 800 kcal；②中灰煤泥灰分為30%～55%，熱值為2000～3 000 kcal；③高灰煤泥灰分＞55%，熱值為800～1 500 kcal。粗煤泥的沉淀、回收、分選、脫水都較容易，而細粒煤泥在煤泥水中能使煤泥水的許多性質(zhì)發(fā)生急劇變化，給煤泥水處理作業(yè)帶來極大困難，是煤泥水處理中最難處理的部分。

煤泥性質(zhì)按泥化比可以分成4類：①低泥化程度，泥化比≤1.0%；②中泥化程度，泥化比1.1%～10.0%；③中高泥化程度，泥化比10.1%～20.0%；④高泥化程度，泥化比＞20.0%。

泥化比見式（1）。

式中：B為泥化比，%；W10為試樣中細泥（粒度小于10μm）的質(zhì)量分數(shù)，%；W500為500μm試驗篩篩下物質(zhì)量分數(shù)，%[8]。

加壓過濾機排料時間為100 s時，采取的煤泥樣見表1。

表1 煤泥篩分試驗（100 s）Table1 Slime screening test（100 s）

加壓過濾機排料時間為380 s時，采取的煤泥樣見表2。

表2 煤泥篩分試驗（380 s）Table2 Slime screening test（380 s）

加壓過濾機排料時間＞500 s時，采取的煤泥樣見表3。

表3 煤泥篩分試驗（500 s）Table3 Slime screening test（500 s）

由煤泥篩分試驗報告可看出：①煤泥粒度分布對加壓過濾機成餅和脫水有極大的影響，其中200目以下的顆粒的比重尤其重要，細微顆粒的比重越大，則處理量越小，而外水分越高；②煤泥灰分對煤漿的脫水影響很大，灰分越高，則脫水越困難，即處理量越低、外水水分越大，詳見灰分對加壓過濾機排料時間影響因素分析表4；③煤泥泥化比B越低，越有利于加壓過濾機回收。

表4 煤泥灰分對加壓過濾機排料時間影響因素分析Table 4 Analysis of influencing factors of coal slime ash on discharge time of pressurized filter

加壓過濾機型號：GPJ-72；過濾面積72 m2，濾盤直徑3 m，濾盤個數(shù)6個，濾盤轉(zhuǎn)數(shù)0.4～1.5，槽體最大儲液量13.5 m3，重量69 t，外形尺寸9 m×4.8 m×8.1 m。通常情況下，處理精煤時生產(chǎn)能力為0.5～0.8 t/h m2，即36～57.6 t/h，排料時間75～120 s。當泥化比為中等泥化程度以下時（-0.5 mm物料含量占比＜10%），加壓過濾機處理能力達到最大，滿足煤泥水系統(tǒng)運行平衡。隨著泥化比的增加，加壓過濾機排料時間逐步延長，當泥化比為24.02%，加壓過濾機排料時間為380 s，延長了260 s；當泥化比為32.80%，加壓過濾機排料時間為500 s，延長了380 s。煤泥泥化比B對加壓過濾機排料時間的影響因素如圖2所示。

圖2 煤泥泥化比B對加壓過濾機排料時間的影響因素Fig.2 Influence factors of slime ratio Bon discharge time of pressurized filter

煤泥泥化嚴重時，加壓過濾機不適宜處理過細煤泥導致排料時間延長，煤泥處理能力下降，濃縮池扭矩持續(xù)增高。生產(chǎn)小時帶煤量受到制約。原煤中煤泥粒度偏細，既影響煤泥的過濾效果，又影響壓濾機的處理能力，同時也使濾餅不易脫落，增加卸料時間。綜合以上因素現(xiàn)有煤泥回收系統(tǒng)很難滿足生產(chǎn)需要。

1.4 煤泥回收平衡測算

依據(jù)篩分試驗測算沙坪礦井干煤泥含量波動區(qū)間在4.2%～9.2%，考慮次生煤泥5%及煤泥帶水量15%，測算總煤泥含量在5.07%～11.10%。加壓過濾機啟用2臺，排料時間按照130 s測算，每小時煤泥處理量55 t，即5.5%，煤泥集聚0～9.2%。隨著市場對產(chǎn)品煤要求的提高，部分外來煤質(zhì)量已無法滿足客戶的要求；同時由于井下煤質(zhì)變化，原煤中的煤泥含量增加，泥化現(xiàn)象嚴重，現(xiàn)有的煤泥水系統(tǒng)已無法滿足生產(chǎn)的要求，直接制約了現(xiàn)有選煤廠和礦井的生產(chǎn)[9]。增加壓濾系統(tǒng)處理能力，新建板框壓濾車間用于處理高灰、高泥化程度煤泥，從而實現(xiàn)“煤泥廠內(nèi)回收、洗水閉路循環(huán)”，保持煤泥水系統(tǒng)平衡運行。

2 煤泥水系統(tǒng)的改造與工藝調(diào)整的完善

2.1 濃縮機分列運行

該廠煤泥水系統(tǒng)工藝設(shè)計為，一段濃縮池（401）直徑24 m，入料1 084 m3/h、溢流925 m3/h、底流159 m3/h（煤泥含量68 t/h，固體含量427 g/L，百分濃度40%）。二段濃縮池（411）直徑18 m，入料148 m3/h、溢流140 m3/h、底流8 m3/h（煤泥含量2 t/h，固體含量212 g/L，固體含量20%）。

為避免339高灰濾液水對一段濃縮池煤泥的污染，現(xiàn)將339濾液水通過新增管道閥門控制實現(xiàn)濾液水切換至二段濃縮池。由于339濾液水中大顆粒物料沉降速度過快，集中沉降于二段濃縮機（411）中心柱附近，未能擴散至濃縮機周邊，導致扭矩增長過快。為保障濃縮機平穩(wěn)運行，將部分331、332溢流水改造切換至二段濃縮池，在濃縮機中心穩(wěn)流桶處與339濾液水混合，一方面可以稀釋339濾液水的濃度，使其流動性增強；另一方面來料增大，沖刷力增大，防止在中心柱附近煤泥快速沉降。改造方案為：331、332溢流管直徑DN540，分流管道直徑DN220，按照直徑換算16%流量分入二段濃縮池，工藝改造如圖3所示。

圖3 工藝改造后示意Fig.3 Schematic after process transformation

改造后一段濃縮池（401）入料由1 084 m3/h減少至972 m3/h，底流煤泥量由73 t/h減少至58 t/h。二段濃縮池（411）入料由148 m3/h增加至258 m3/h，底流煤泥量由1.4 t/h增加至17.4 t/h。339濾液水固體含量占比50%。

2.2 工藝調(diào)整

濃縮機分列運行，實現(xiàn)了煤泥分離，一段濃縮池煤泥灰分明顯低于二段濃縮池煤泥灰分。煤泥篩分試驗中：煤泥中粒度大于0.2 mm的灰分明顯降低，有利于加壓過濾機回收，摻入混煤增加精煤產(chǎn)率，細顆粒高灰煤泥采用板框壓濾機回收外排，避免對商品煤煤質(zhì)污染。

加壓過濾機排料時間低于200 s，此時煤泥不積聚，加壓過濾機濾液水進入一段濃縮池。加壓過濾機排料時間超過300 s，此時煤泥積聚，加壓過濾機濾液水調(diào)整至二段濃縮池，防止細煤泥在系統(tǒng)內(nèi)惡性循環(huán)。

末煤離心機濾液水走向切換，煤泥性質(zhì)好時，濾液水進入煤泥桶，經(jīng)水力分級旋流器分級濃縮后再進入一段濃縮池，從而降低濃縮池粗顆粒煤泥含量，減少煤泥處理量，而且粗煤泥得到了有效回收，增加了精煤的回收率[10]。煤泥性質(zhì)差時，濾液水切換入煤泥緩存箱，直接進入一段濃縮池，增加一段濃縮池粗顆粒煤泥含量占比，提高加壓過濾機煤餅透氣性，縮短排料時間，增大煤泥處理能力。

壓濾車間投入運行后，制約生產(chǎn)因素的煤泥處理能力不足得到了解決。小時帶煤量達到了設(shè)計指標。煤泥外排杜絕了不合格煤泥對精煤的影響，保證了外運商品煤質(zhì)的穩(wěn)定。由于煤泥量大而導致的末煤入洗比例小調(diào)，不再是制約工藝調(diào)整的因素。重介淺槽及重介旋流器的部分中煤得以回收，增加了精煤產(chǎn)率。

2.3 濃縮機分列運行煤泥回收可行性分析

沙坪洗煤廠洗選原煤發(fā)熱量跨度為2 800～4 500 kcal。對應煤泥發(fā)熱量為1 700～3 500 kcal。煤泥發(fā)熱量較原煤發(fā)熱量低1 000 kcal左右。商品煤外運指標要求為5 000 kcal，若考慮煤泥回收，洗選精煤發(fā)熱量必須保障5 100 kcal以上，否則因煤泥“聚團”情況的存在，會導致商品煤“不合格”。經(jīng)測算，原煤發(fā)熱量為3 800 kcal時，是煤泥回收的零界點。即煤泥發(fā)熱量達到2 800 kcal時，具備回收條件。若原煤發(fā)熱量低，摻入煤泥反而會降低整體回收率，得不償失。當原煤發(fā)熱量高于零界點時，摻入煤泥才能保障在商品煤指標合格的情況下提升回收率。煤泥摻入回收率對比如圖4所示。

圖4 煤泥摻入回收率對比Fig.4 Comparison of coal slime recovery rate

濃縮池分列運行后，減少了煤泥水循環(huán)量，次生煤泥相應減少，煤泥性質(zhì)發(fā)生了根本改變。一段濃縮濃縮池煤泥篩分試驗報告表5與二段濃縮濃縮池煤泥篩分試驗報告表6對比，＞120 mm物料含量占比一段比二段提高5.63%，＜325 mm物料含量占比一段比二段減少0.7%，整體灰分提升8.36%。通過濃縮池分列運行實現(xiàn)了煤泥性質(zhì)的分離，一段濃縮池內(nèi)優(yōu)質(zhì)煤泥通過加壓過濾機實現(xiàn)摻入精煤進行銷售，二段濃縮池劣質(zhì)煤泥通過新增板框壓濾機進行外排，避免精煤煤質(zhì)污染。煤泥分離實現(xiàn)了提質(zhì)增效的目的。

表5 一段濃縮池煤泥篩分試驗報告Table 5 Coal slime screening test report of the first section concentration tank

表6 二段濃縮池煤泥篩分試驗報告Table 6 Test report on coal mud screening in the second stage concentrator

2.4 增加壓濾系統(tǒng)

改造現(xiàn)有加壓過濾機及壓濾機入料管路，使?jié)饪s機底流既可以打入現(xiàn)有的加壓過濾機和壓濾機處理，又可以打入新建的壓濾車間。新增壓濾車間按3臺500 m2高效節(jié)能快開壓濾機,壓濾濾液經(jīng)保護箱匯合后，進入現(xiàn)有濃縮機入料管，實現(xiàn)洗水閉路循環(huán)。高效節(jié)能快開壓濾機用于細煤泥的處理，是一種間歇性操作的加壓過濾設(shè)備，適用于各種懸浮液的固液分離，適用范圍廣、分離效果良好、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、安全可靠；改造完成后，噸煤電耗下降0.5 kw·h/t，工人的勞動強度降低很多，壓濾機技術(shù)參數(shù)如下：

高效節(jié)能快開壓濾機/臺 3

型 號 KZG500/2000X2000-U

過濾面積/m3500

濾室深度/m345

濾室容積/m311.12

濾室數(shù)量/個 72

濾餅厚度/mm 45

入料方式 二端進料（止推板，壓緊板）

進漿壓力/MPa ≤0.8

額定壓榨壓力/MPa 0.8～1.2

反吹壓力/MPa 0.5～0.7

油缸工作壓力/MPa ≤20

隔膜板尺寸/mm 2 000×2 000×95

廂式板尺寸/mm 2 000×2 000×85

3 效益分析

（1）精煤產(chǎn)率。低發(fā)熱量煤泥排出精煤產(chǎn)品，洗選精煤無需提高以便背負低發(fā)熱量煤泥從而保證商品煤質(zhì)穩(wěn)定，洗出精煤產(chǎn)率增加0.5%。精煤回收量按照2.5萬t/a，每噸商品煤按照（煤炭銷售低迷時期最低價格）150元測算，全年可創(chuàng)造經(jīng)濟利潤375萬元。

（2）電耗。電價以0.54元/kwh計算，則年可節(jié)約電費500×0.5×0.54=135萬元。

（3）設(shè)備維修費。煤泥處理效能得到提升，加壓過濾機及附屬設(shè)備壓風機運行時間縮短，年維修費用下降20萬元。

煤泥水系統(tǒng)改造完成后總經(jīng)濟效益：375+135+25=530萬元。

4 結(jié) 語

沙坪洗煤廠煤泥水工藝系統(tǒng)改造后，煤泥細化積聚的情況得到解決，煤泥性質(zhì)實現(xiàn)分離，優(yōu)質(zhì)煤泥實現(xiàn)了回收，劣質(zhì)煤泥外排避免商品煤質(zhì)污染，煤泥處理能力得到提升，工藝系統(tǒng)運行能力達到設(shè)計指標，完善了系統(tǒng)對不同性質(zhì)煤泥水的適應性。根據(jù)煤質(zhì)情況合理采用不同煤泥處理方式，可以得到良好的經(jīng)濟效益。