哈拉沟选煤厂煤泥水处理系统优化实践

张晓辉，谷 林

(1.太原理工大学 研究生院，山西 太原 030024；2.神华神东煤炭集团洗选中心，陕西 榆林 719315)

哈拉沟选煤厂是一座设计能力为14 Mt/a的特大型动力煤选煤厂，首期筛分工程于2004年8月建成，2005年12月洗选系统建成并投产，生产能力为12 Mt/a。洗选工艺为200～13 mm粒级由浅槽重介质分选机主再选、13～1.5 mm粒级由重介质旋流器分选、1.5～0.2 mm粒级粗煤泥由煤泥离心机脱水回收、0.2～0 mm粒级细煤泥浓缩后由加压过滤机回收的联合工艺。入选原煤具有低灰、低硫、特低磷、中高发热量的特点，属于优质动力煤。随着矿井1-2煤层的开采，原煤煤质发生了较大变化，2012年该选煤厂扩建并投产了一期末煤分选系统，主要用于分选<13 mm粒级末煤，此时系统生产能力扩大到14 Mt/a[1]。

由于所采的1-2煤层原煤夹矸较多，且泥化现象严重，导致煤泥水处理系统负荷增加，煤泥水难以处理，循环水发黄甚至发黑，浓缩池溢流浓度有时接近100 g/L，严重制约整个系统的正常运行。因此必须对该选煤厂的煤泥水处理系统进行优化。

1 生产现状

1.1 存在问题

哈拉沟选煤厂末煤系统以1.5 mm预先脱泥，筛下煤泥水经分级旋流器0.35 mm分级后，底流成为粗煤泥，采用煤泥离心机回收；溢流直接进入浓缩池沉降，浓缩池底流采用4台压滤机处理，浓缩池溢流进入循环水池，作为系统冲水和脱介水。该选煤厂的煤泥水处理系统原则流程如图1所示。

图1 煤泥水处理系统原则流程

这种煤泥水处理工艺比较简单，在入选原煤煤质较好时，浓缩池负荷较小，煤泥量较少，循环水浓度很低，一般不超过3 g/L。但在处理1-2煤层原煤时，由于其中矸石较多，多为蒙脱石等，且泥化现象严重，导致煤泥水处理系统负荷增加，循环水发黄甚至发黑[2]。2015年2月，在处理1-2煤层原煤时，循环水连续7 d发黑，浓缩池溢流浓度接近100 g/L，严重影响整个系统的正常生产。

1.2 原因分析

哈拉沟选煤厂所用清水为矿井复用水，按照煤泥水处理中的药剂添加经验，以原煤入选量计算，煤泥水处理系统的正常药剂用量为聚合氯化铝(PAC)2 g/t左右，聚丙烯酰胺(PAM)9 g/t左右。由于复用清水硬度较高，其中的Ca2+、Mg2+有利于煤泥水沉降，需要添加的PAC较少，甚至可以不添加；经过现场多次用pH试纸测试对比，煤泥水呈中性偏酸性，这也有利于煤泥水的沉降。

3801浓缩池的煤泥水属于难沉降煤泥水，且其具有一定代表性。参考煤炭行业有关标准，对该煤泥水采样化验，其中的煤泥粒度组成见表1、表2、表3。

表1 3801浓缩池入料粒度组成

注：样品浓度为116.40 g/L

表2 3801浓缩池底流粒度组成

注：样品浓度为521.80 g/L

表3 3801浓缩池溢流粒度组成

注：样品浓度为94.10 g/L

根据表1—表3数据，结合煤泥水沉降现象，当循环水颜色发黑时，入料中<0.045 mm粒级产率为44.10%，底流中<0.045 mm粒级产率仅为27.90%，溢流中同粒级产率为58.50%，这说明大部分细颗粒没有得到有效沉降，直接随浓缩池溢流溢出，而细颗粒不断在系统中循环、积聚，导致循环水颜色发黑。此外，在浓缩池溢流堰上发现残留细泥，其颜色呈白色，这说明未沉降部分是由矸石泥化而来的，属于高灰细泥。

要实现煤泥水系统平衡，重点是实现煤泥厂内全部回收，因此不仅需要保证煤泥在浓缩池内的沉降效果，还需要保证最终回收设备的处理能力满足要求。此外，针对该选煤厂的矸石泥化现象，要尽可能减少细泥的循环、积聚[3]。

2 优化方案

2.1 增设药剂制备系统

目前，该选煤厂选用了一套自动制药系统，通过人工将药剂干粉添加到药斗，并预先设置参数。在煤泥水难以沉降时，现场操作人员一般会增加给药泵的频率，但当其频率超过45 Hz后，药剂溶液不能及时制备出来，容易导致系统出现断药现象。为了解决这个问题，操作人员将药剂溶液搅拌时间由原来的1 800 s减小至900 s，这样虽能保证给药的连续性，但药剂制备效果很差。现场手工检测发现，药剂溶液中存在很多小结团，说明药剂没有得到充分溶解。这不但对煤泥水沉降没有促进作用，而且造成药剂浪费，甚至对加压过滤机的处理效果产生不良影响[4]。

针对此情况，该选煤厂增设了一套药剂制备系统(备用)，同时统一了制药标准，规定了药剂干粉用量范围，严格控制药剂溶液的搅拌时间，防止出现盲目操作的现象。

2.2 监测浓缩池澄清层厚度

浓缩池澄清层厚度的变化可以反映出煤泥水的沉降情况，如果对其情况掌握不及时，导致循环水发黑并进入循环系统，将难于有效处理。随浓缩池溢流出来的煤泥，一般粒度小、灰分高，其在系统内再次循环时，本身吸水膨胀，再加上泥化作用，颗粒粒度更细，回到浓缩池后更难沉降，导致系统内的细泥积聚加剧。

为此，该选煤厂制作了采水装置，定时对浓缩池溢流堰下方0～1.5 m范围内的循环水进行采取、检测，根据实际检测情况及时调整药剂用量。目前，已有选煤厂对超声波浓度计的检测效果进行测评，若该技术成熟并得到成功应用，不但方便煤泥水、循环水浓度的检测，而且能够实现药剂添加量的自动调节。

2.3 提高煤泥回收设备处理能力

该选煤厂二期工程建设时预留了板框压滤机的接口，但实际使用中并没有安装该设备。目前煤泥水处理系统有4台加压过滤机，用于处理浓缩池底流煤泥。从加压过滤机的工作原理来看，入料的粒度组成对设备压滤效果有一定的影响[5]；一般而言，入料中的细泥越多，其越易粘附在滤布上，滤布孔隙越易被塞隙，形成滤饼后的脱落效果变差，设备排料时间延长。

为此，将部分孔隙0.075 mm的滤布更换成0.045 mm的，以减少滤液中的细泥含量。同时，为改善孔隙0.045 mm滤布的透气性，在压滤机的入料缓冲桶上方增设一套掺粗管道，将系统内部分0.5 mm粒级的粗颗粒掺入待压滤煤泥中。从实际观察现象来看，压滤机的排料效果得到改善，这对细煤泥的排出有利。此外，在每个生产班工作过程中，需要对所有的压滤机排空、清洗一次，尽可能减少滤孔堵塞现象的发生。

2.4 改变浓缩池连接方式

煤泥水处理系统现有3座φ30 m的浓缩池，其中1#浓缩池的标高高于2#、3#浓缩池，且2#、3#浓缩池的高度一致。在3台浓缩池同时运行的情况下，煤泥水先进入1#浓缩池，其溢流进入2#、3#浓缩池，即2#、3#浓缩池并联工作，1#浓缩池与2#、3#浓缩池串联工作。这种连接方式造成1#浓缩池的底流中粗粒级比重较大，2#、3#浓缩池的底流中细粒级比重较大，进而导致加压过滤机难于处理，压滤效果不理想。

为此，该选煤厂在1#浓缩池的入料管道上架设挡板，使3个浓缩池可以实现并联使用，以扩大煤泥沉降面积[6]，改变压滤机的入料粒度组成。

2.5 合理使用PAC

在原煤矸石含量小时，泥化现象不严重，由于复用水的硬度偏高，所需的PAC量很少[7]；但如果泥化现象比较严重，煤泥水的澄清层就会发黄，甚至发黑。这是因为水中的阳离子量不足，必须添加PAC来中和细泥表面的负电荷，使煤泥水体系失去稳定性[8]，进而使其中颗粒迅速下沉。

根据实际生产经验，在洗选1-2煤层原煤时，要求操作人员必须添加一定量的PAC溶液，以保证高灰细泥在浓缩池内得到有效沉降[9]。

2.6 减少进入洗选系统的煤泥量

在洗选1-2煤层原煤时，入选原煤中<0.5 mm粒级的粉煤量在13%以上。在保证商品煤质量的前提下，如果能减少入选末煤中的细粒级含量，就可以极大地减小煤泥水处理系统的压力。如果原煤脱粉效率按70 %计算，则煤泥水处理系统的细煤泥量可以减少约88 t/h[10]。因此，建议采用一定的方法，将<6 mm粒级粉煤预先脱出，进一步提升煤泥水处理效果。

3 改造效果

在将滤布空隙调整为0.045 mm，并在入料中掺粗后，加压过滤机的处理效果明显改善(表4)，在确保排料水分较低的情况下，其实际处理能力提高，4台加压过滤机每小时多处理细煤泥60 t，这为上一环节节省出更多的处理空间和时间。

表4 工艺系统优化前后加压过滤机的处理效果

在对该选煤厂煤泥水处理系统优化后，煤泥水沉降效果明显改善，浓缩池的澄清层厚度能够保持在0.80～1.50 m之间；处理面积扩大了706 m2，按照表面负荷率2.32 m3/(m2·h)计算，煤泥水处理能力增加约1 638 m3/h。末煤系统的入选率由约60%提升至80%，每小时多入选末煤500 t，精煤产量增加375 t/h。该选煤厂的末精煤销路较好，可作为特低灰或优质混煤出售，按照目前的销售价格计算，每年的销售收入可增加3.96亿元。煤泥水处理系统优化前后的技术经济效益见表5。

表5 末煤处理系统技术经济效益对比结果

4 结语

哈拉沟选煤厂根据现场实际情况，从煤泥性质、工艺流程等环节对生产系统进行了切合自身情况的优化。在对煤泥水系统优化后，煤泥水难沉降的问题得到解决，实现了洗水闭路循环，不仅保证了选煤厂的生产能力，还增强了生产系统对原煤煤质的适应能力，取得了良好的效果，这对同类型的动力选煤厂的煤泥水处理系统优化有一定的借鉴作用。

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[8] 谢广元.选矿学[M].徐州.中国矿业大学出版社，2001：572-574..

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[10] 姜水军.哈拉沟选煤厂末煤选前脱粉的可行性分析[J].选煤技术，2014(6):72-74,79.