對(duì)煤泥水處理流程中小循環(huán)的分析

 張賢賢

(北京國(guó)華科技有限公司，北京101300)

摘要:以離心機(jī)脫水作業(yè)和浮選精煤加壓過(guò)濾作業(yè)的小循環(huán)為案例，推導(dǎo)循環(huán)系數(shù)計(jì)算式，定量確定了離心液和濾液的濃度與循環(huán)負(fù)荷之間的關(guān)系，指出了小循環(huán)對(duì)選煤生產(chǎn)的影響;介紹了“2+2”模式煤泥水處理流程的特點(diǎn)，采用該流程徹底消除了選煤生產(chǎn)中的小循環(huán)。
    關(guān)鍵詞:選煤廠;煤泥水流程;小循環(huán);循環(huán)系數(shù);“2+2”模式
    中圖分類(lèi)號(hào):TD946.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1005-8397(2012)01-0019-04
    選煤廠的煤泥水處理流程主要有以下兩個(gè)任務(wù):一是按煤泥的粒度和灰分進(jìn)行有效分選和脫水，實(shí)現(xiàn)廠內(nèi)回收，洗水閉路循環(huán)，完善地利用煤炭資源和水資源，做好環(huán)境保護(hù)工作;二是獲得盡可能清凈的循環(huán)水，實(shí)現(xiàn)清水選煤，為重力選煤和浮游選煤創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的生產(chǎn)條件。在選煤廠設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免煤泥水局部小循環(huán)，因?yàn)檫@類(lèi)小循環(huán)會(huì)增加各環(huán)節(jié)的負(fù)荷和次生煤泥量，可能造成惡性循環(huán)，嚴(yán)重破壞整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
    針對(duì)煤泥水流程中的小循環(huán)，本文以離心脫水作業(yè)和浮選精煤加壓過(guò)濾作業(yè)為案例，建立循環(huán)系數(shù)模型后進(jìn)行定量分析，并介紹解開(kāi)這種小循環(huán)“死結(jié)”的“2+2”模式煤泥水流程。
    1·離心脫水作業(yè)小循環(huán)
    采用離心脫水機(jī)對(duì)末煤或者粗煤泥進(jìn)行脫水時(shí)，其離心液中常混有數(shù)量不等的大于篩籃縫隙的粗顆粒。由煤泥泵將其輸送至煤泥篩，篩上物又返回離心機(jī)，這就造成了小循環(huán)(見(jiàn)圖1)，此循環(huán)量可通過(guò)推導(dǎo)循環(huán)系數(shù)計(jì)算式進(jìn)行定量分析。

             
    循環(huán)系數(shù)k是指循環(huán)煤量(篩上物)與需要脫水的煤量比值，k值越小，意味著循環(huán)量越小，循環(huán)系數(shù)k的計(jì)算式推導(dǎo)如下:

             
    由(1)式可知，循環(huán)系數(shù)k與脫水機(jī)、煤泥篩的固體回收率有關(guān)。眾所周知，離心脫水機(jī)的固體回收率越高，則離心液攜帶的煤量就越少，但由于篩籃篩縫的變形、磨損或機(jī)械部件破損，離心液中不可避免攜帶大于篩縫的煤粒。這部分煤量越大，脫水產(chǎn)物固體回收率就越小，循環(huán)系數(shù)k也相應(yīng)增大。
    用煤泥篩回收離心液中的粗顆粒，實(shí)質(zhì)上是對(duì)離心機(jī)篩籃的“堵漏”。由(1)式來(lái)看，減小篩上煤泥固體回收率可以相應(yīng)降低循環(huán)系數(shù)k，但工藝上絕對(duì)不可行，因?yàn)楹Y下水中煤泥數(shù)量和粒度都會(huì)增加，為后續(xù)作業(yè)增添了不必要的難度。
    對(duì)于煉焦煤選煤廠，煤泥篩的功用是盡可能回收灰分已合格的粗顆粒，并脫出灰分不合格的細(xì)顆粒。因此固體回收率應(yīng)視離心液的粒度組成而定。同時(shí)，因?yàn)楹Y上煤泥水分較高，為不影響商品煤的水分，又將它返回離心機(jī)脫水。
    表1列出了離心液濃度與循環(huán)系數(shù)k的對(duì)應(yīng)關(guān)系，由此繪制出的關(guān)系曲線見(jiàn)圖2。在正常生產(chǎn)時(shí)，離心機(jī)的離心液濃度應(yīng)保持在10%以下，脫水設(shè)備的循環(huán)量占入料量的4.6%左右，若篩籃等部件破損，未及時(shí)更換，離心液濃度上升到20%時(shí)，則循環(huán)負(fù)荷會(huì)超過(guò)10%。 

               
    2·精煤加壓過(guò)濾作業(yè)小循環(huán)
    當(dāng)浮選精煤(泡沫)采用加壓過(guò)濾機(jī)脫水回收時(shí)，因過(guò)濾機(jī)的濾液中含有細(xì)煤泥，常將這部分煤泥輸送回浮選作業(yè)，也造成了小循環(huán)(見(jiàn)圖3)。

            
            
    此作業(yè)的循環(huán)系數(shù)k’的計(jì)算式推導(dǎo)步驟與離心機(jī)脫水小循環(huán)基本相似，由(2)式可知循環(huán)系數(shù)k’與浮選精煤產(chǎn)率和加壓過(guò)濾機(jī)濾餅固體回收率有關(guān)。濾液濃度越高，濾餅固體回收率就越低。濾液濃度與循環(huán)系數(shù)k’的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表2，以此數(shù)據(jù)繪制的關(guān)系曲線見(jiàn)圖2。濾液濃度的變動(dòng)對(duì)循環(huán)系數(shù)的影響更為顯著。正常生產(chǎn)過(guò)程中，加壓過(guò)濾機(jī)的濾液濃度應(yīng)保持在2.0%的水平，其攜帶的煤泥約占入料量的5%，如果濾布網(wǎng)目與浮選泡沫粒度組成不匹配，或?yàn)V布破損，濾液濃度上升到4%時(shí)，循環(huán)煤泥量可能超過(guò)10%。
    3·消除小循環(huán)的流程
    對(duì)上述兩個(gè)小循環(huán)流程的定量分析可知，即便選煤廠加強(qiáng)對(duì)離心機(jī)和加壓過(guò)濾機(jī)的維護(hù)和檢修，也有5%左右的局部循環(huán)量，稍有疏漏，循環(huán)煤泥量就會(huì)超過(guò)10%。煤泥循環(huán)不但加大了設(shè)備負(fù)荷和動(dòng)力消耗，局部還會(huì)產(chǎn)生次生泥化，導(dǎo)致細(xì)泥增多、積聚。為消除煤泥水處理的小循環(huán)，人們做了不懈的努力，在總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，北京國(guó)華科技有限公司不斷創(chuàng)新和實(shí)踐，近年推出了適合于三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器選煤工藝的“2+2”模式煤泥水處理流程(見(jiàn)圖4)。

             
    從圖4可以看出，由10道作業(yè)所組成的煤泥水流程，不存在煤泥的小循環(huán)。該流程分為精煤泥處理和尾煤泥處理兩大系統(tǒng)。精煤泥處理系統(tǒng)包括對(duì)細(xì)煤泥的有效分選及粗、細(xì)精煤泥的脫水回收。末精煤離心脫水機(jī)的離心液與精煤脫介篩的篩下水(稀介質(zhì))經(jīng)精煤泥磁選機(jī)后，進(jìn)入精煤泥弧形篩分級(jí)，篩下水由一次浮選作業(yè)處理，一次浮選尾煤進(jìn)入尾煤泥處理系統(tǒng)。一次浮選精煤和弧形篩篩上物合并后由沉降過(guò)濾式離心脫水機(jī)脫水回收，脫水產(chǎn)物摻入精煤，離心液(含濾液)再進(jìn)行二次浮選，二次浮選的尾煤泥也進(jìn)入煤泥水系統(tǒng)，精煤由壓濾機(jī)脫水回收，濾餅摻入精煤，濾液作為循環(huán)水。
    尾煤泥處理的主要目的是將粗、細(xì)尾煤泥經(jīng)濟(jì)合理地脫水回收。浮選尾煤、中煤磁選機(jī)尾礦和截粗后的矸石磁選尾礦一起由一段濃縮機(jī)進(jìn)行水力分級(jí)，溢流進(jìn)入二段濃縮機(jī)進(jìn)行濃縮澄清，底流由沉降過(guò)濾式離心脫水機(jī)進(jìn)行一段回收，離心液(含濾液)進(jìn)入二段濃縮機(jī)，離心脫水產(chǎn)物摻入中煤，二段濃縮機(jī)的溢流作為循環(huán)水，底流由尾煤壓濾機(jī)脫水回收，溢流進(jìn)入循環(huán)水，濾餅就地銷(xiāo)售。
    末精煤離心脫水機(jī)的離心液本應(yīng)直接進(jìn)入精煤泥弧形篩，但由于離心液流量小、有時(shí)還含有粗顆粒，極難選用匹配的煤泥泵，并且離心液中常混有磁鐵礦粉，所以將離心液引入稀介質(zhì)桶與精煤脫介篩篩下水一起泵送到精煤磁選機(jī)。
    一次浮選的精煤與精煤泥弧形篩篩上物混合后，由沉降過(guò)濾式離心脫水機(jī)處理，含有細(xì)顆粒的離心液(含濾液)進(jìn)入二次浮選系統(tǒng)，而不是返回一次浮選。
    沉降過(guò)濾式離心脫水機(jī)回收了2/3以上的以0.045 mm粒級(jí)為主的煤泥，少部分小于0.045mm粒級(jí)的細(xì)泥分別由精煤或尾煤壓濾機(jī)脫水回收，由于壓濾機(jī)對(duì)固液分離較徹底，所以濾液中混有的煤泥極少，可作為循環(huán)水使用。這種煤泥水處理模式的主要特點(diǎn)如下:
    (1)按粗細(xì)煤泥的各自特點(diǎn)進(jìn)行分選或處理，可有效脫泥降灰，使銷(xiāo)售精煤的水分穩(wěn)定在10%以下，同時(shí)在保持精煤泥質(zhì)量的前提下，盡可能避免可燃物的損失;
    (2)充分發(fā)揮一段濃縮、回收設(shè)備的功用，最大限度地回收以大于0.045 mm粒級(jí)為主的粗尾煤泥，并且煤泥水分低、松散，可摻入動(dòng)力煤銷(xiāo)售，改善了選煤廠的產(chǎn)品結(jié)構(gòu);
    (3)選用工作參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)合理的沉降過(guò)濾式離心脫水機(jī)，大幅減少浮選精煤和尾煤泥的壓濾機(jī)臺(tái)數(shù);
    (4)第二段濃縮機(jī)負(fù)荷減少，為煤泥水深度澄清、實(shí)現(xiàn)清水洗煤創(chuàng)造了條件;
    (5)徹底解決了煤泥水流程中的小循環(huán)難題，避免了個(gè)別環(huán)節(jié)出現(xiàn)有可能影響全局的循環(huán)負(fù)荷。 
    2009年7月，內(nèi)蒙古烏海友誼選煤廠的“2+2”模式煤泥水處理流程投產(chǎn)(設(shè)計(jì)能力300 Mt/a)，實(shí)現(xiàn)了少投入、多產(chǎn)出的設(shè)計(jì)目標(biāo)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。其噸煤投資26.7元，實(shí)際生產(chǎn)噸煤電耗為4.0 kW·h。  
     4·結(jié)語(yǔ)
    傳統(tǒng)的煤泥水處理流程中常存在不同形式的小循環(huán)，加大了設(shè)備的負(fù)荷，并會(huì)增加次生煤泥量。從離心脫水作業(yè)和浮選精煤加壓過(guò)濾作業(yè)的小循環(huán)中推導(dǎo)了循環(huán)系數(shù)計(jì)算式，可定量確定離心液或?yàn)V液濃度與作業(yè)循環(huán)負(fù)荷之間的關(guān)系，從而說(shuō)明消除小循環(huán)的必要性。國(guó)華科技公司研發(fā)的“2+2”模式煤泥水流程徹底消除了小循環(huán)，為同類(lèi)選煤廠的設(shè)計(jì)提供了借鑒。