煤泥水处理系统工艺流程分析

煤泥水处理系统工艺流程分析

孙丽梅, 单忠健

( 中国矿业大学(北京校区)化学与环境学院,北京100083)

摘要: 根据中国一些选煤厂煤泥水处理系统工艺流程的应用和技术改造情况, 对中国选煤厂所使用的几种煤泥水处理工艺流程的流程结构、流程的优缺点、适应条件及处理效果进行了分析和论述。同时, 分析了引起选煤厂煤泥含量增加和循环水浓度升高的原因, 以便选煤厂根据具体原因进行煤泥水处理系统工艺流程的选择, 并进行技术改造。

关键词: 煤泥; 水处理; 工艺流程; 浮选

中图分类号:TD94 文献标识码:A 文章编号:1006-6772(2006)01-0020-05

作者简介: 孙丽梅(!\"#$%),辽宁沈阳人,女& 选矿高级工程师& 副教授& 中国矿业大学北京校区化环学院在读博士。

随着经济的不断发展和环保要求越来越严格,各个行业对煤炭产品质量的要求也在不断地提高,这就使得选煤厂煤泥水处理作业显得越来越重要。实践证明,煤泥水处理系统是湿法选煤生产中的一个非常重要的环节,煤泥水处理效果的好坏直接影响选煤厂整个生产工艺流程分选效果的好坏。同时,煤泥水处理系统也是选煤厂实现\" 煤泥厂内回收、洗水闭路循环\" 的一个重要措施。因此,根据原煤煤质特性和煤泥性质,如何选择合理的煤泥水处理工艺流程,是选煤厂设计及老厂改造的根本任务。

由于中国过去对环保要求的不严格,选煤厂在设计及建设中对煤泥水处理系统重视的不够,使许多选煤厂投产后,煤泥水处理系统工艺流程问题严重,循环水浓度高,严重影响选煤厂生产工艺的正常进行。所以,选煤厂煤泥水处理系统的技术改造越来越频繁,越来越完善。因此掌握和了解各种煤泥水处理工艺流程及其适应条件是非常重要的。

近年来, 由于种种原因, 原煤中煤泥含量增加,为了保证正常生产和产品质量的要求, 减少环境污染,许多选煤厂都在不同程度上对煤泥水处理系统进行了技术改造。下面主要对原煤中煤泥含量增加、煤泥水处理工艺流程和浮选流程结构的优缺点及适应条件等内容进行论述,为选煤厂煤泥水技术改造提供一点参考。

1 原煤中煤泥含量增加的原因

原煤中煤泥含量增加的原因主要有以下2个方面:

(1) 原煤煤质的变化:许多选煤厂由于现在处理的原煤煤质与原设计生产的原煤煤质有所不同,尤其是矿区型(中央)选煤厂这种现象更加明显。

(2) 采煤方法的变化:随着机械化采煤程度的不断提高,原煤中煤泥含量逐渐提高,如田庄选煤

厂入选原煤中煤泥含量比原设计增加10%以上。

2 循环水浓度升高的原因

选煤过程是一个复杂的系统过程,在一个完整的洗选过程中,每个作业环节对次生煤泥的产生都有影响。所以, 引起选煤厂循环水浓度升高的原因既有原煤煤质方面的原因也有

选煤工艺流程本身的原因。总结起来,主要有以下几个方面:

(1) 煤质的变化, 粒度组成的变化: 原煤中煤泥含量增加,尤其是细泥含量的增加, 另外还有洗选过程中因工艺配置的不尽合理而产生的次生泥化现象;如老屋基选煤厂因破碎环节而产生的次生煤泥量达3.05%, 并且矸石泥化严重,加重了煤泥水处理系统的负担,通过改造破碎环节和采用高效的分选工艺, 浓缩机溢流浓度由250g/L 左右降到了12g/L[1]。

(2) 分选工艺系统:一是带有预先筛分作业的选煤工艺,筛分效果不好,致使块煤分选系统的循环水浓度偏高;二是分级效果差, 沉降作业面积不足,导致循环水浓度偏高,如阳泉煤业公司选煤厂因分级设备效率低,大量粉煤进入跳汰系统,导致煤泥水处理系统不堪重负, 致使循环水浓度常在300g/L,通过煤泥水系统的改造后洗水浓度由300g/L 降到200g/L[2];三是浮选效果不佳;四是脱水作业的配置;还有就是煤泥水处理工艺流程的完善程度。

(3) 分级、浓缩、脱水及浮选设备的选择:尤其是浓缩和浮选产品脱水设备,它是影响循环水

浓度的重要因素之一;如屯兰矿选煤厂在进行煤泥水技术改造前就是因为浓缩机设备的不完善、

给料的不合理导致浓缩机溢流浓度高达70g/L[3],通过设备改进和煤泥水系统流程的技术改造后,

循环水浓度大大降低。

(4) 生产管理:尤其是煤泥水处理作业的生产管理,如过滤机操作不善、浓缩机跑粗等都

会增加循环水浓度。

(5) 絮凝剂的合理应用。

3 煤泥水处理工艺流程分析

目前国内外常用的煤泥水处理工艺概括起来有3 种流程:浓缩浮选、直接浮选、半直接浮选

流程。3 种工艺流程各有所长,中国使用直接浮选工艺流程的选煤厂越来越多,许多老选煤厂在煤

泥水系统改造中采用直接浮选来代替浓缩浮选。同时,中国选煤厂根据煤质的变化和选煤厂实际生产过程中出现的问题,在改造过程中, 结合不同处理工艺的特点提出了分级浮选处理流程。

3.1 浓缩浮选流程

浓缩浮选流程, 是指全部煤泥水进入浓缩机,经浓缩后,溢流作为选煤用循环水,底流进入浮选作业,如图1 所示。这种流程的特点是浓缩机底流浓度较高,在300～400g/L 之间,在煤浆处理装置中用清水稀释到100～200g/L 再进入浮选,所以浮选浓度较高、粒度较粗。

图1 浓缩浮选流程

该流程的缺点:大量细泥集聚在洗水系统中循环, 不能外排, 造成循环水浓度高, 常达到100～200g/L, 不仅影响重选的分选也影响浮选效果; 因循环水浓度高, 捞坑跑粗; 细粒浮选速度快,在浮选机第一、二槽浮起,此时槽内矿浆浓度高,选择性差;粗粒浮起慢,常常损失于尾矿中。

另外,为了降低洗水浓度, 须增加向系统中的补加清水量,从而导致洗水不平衡,外排煤泥水,造成煤泥流失,污染环境。

该流程的优点:这种流程因采用容量很大的浓缩机作为一个缓冲设备,提高了入浮物料的稳定性,能有效降低煤泥水输入量对浮选入料浓度的影响,浓缩系统抗干扰能力强。可提高浮选浓度。

该流程的适应条件:80 年代以前, 中国选煤厂基本上使用浓缩浮选流程。有的选煤厂处

理效

果较好。有的选煤厂浓缩机溢流浓度偏高,洗水质量差,必须补加清水,外排煤泥来降低循环水浓度,造成环境污染资源浪费。其原因是对浓缩浮选流程的特点及适应条件认识的不够充分。通过实践证明, 浓缩浮选适应于煤质变化大而频繁,细泥含量少,煤泥不易泥化的选煤厂。

3.2 直接浮选流程

直接浮选流程,是指全部煤泥水, 不经浓缩机浓缩,通过缓冲池后,直接进浮选,浮选尾煤进浓缩机,在浓缩机中添加絮凝剂或有足够的沉淀面积,所得清净的溢流作循环水使用。底流用压滤机脱水,实现厂内煤泥水闭路循环, 如图2 所示。

图2 直接浮选流程

该流程克服了浓缩浮选的缺点。近年来,在国内外得到了广泛地应用。中国新设计的炼

焦煤选煤厂多采用直接浮选流程。一些老选煤厂如田庄选煤厂、邢台选煤厂的煤泥水处理系统工艺流

程也由浓缩浮选流程改为直接浮选流程,实现了洗水闭路。

该流程的优点:流程简化,作业环节减少,取消了大面积浓缩设备,减少了厂房面积, 降低了基建投资和生产成本; 浮选入料均匀, 消除\" 跑粗\"现象;浮选浓度降低,适于细粒浮选,提高了煤泥水的选择性;直接浮选缩短了煤泥水在水中的浸泡时间,改善了煤粒表面疏水性, 提高煤泥的可浮性,缩短了浮选时间;消除了细泥循环,降低了循环水浓度, 由原来的100～150g/L 降低到1g/L 左右,减少了清水用量,改善了选煤粒度下限,提高精煤产率;减轻了泥化现象。

该流程的缺点: 直接浮选虽然有上述优点,很受青睐,但仍有一些不足。入料浓度偏低,如不能保证合适的入浮浓度(80～100g/L), 就要增加药剂消耗;需要设置适当容量的缓冲池, 来稳定浮选操作; 直接浮选因相对于浓缩浮选浓度偏低,故需要处理能力大的浮选机;浮选尾煤必须澄清,因此必须要加絮凝剂或凝聚剂。

该流程的应用,关键在于综合掌握该流程的适应条件。该流程适于煤泥含量大,尤其是细泥含量大的选煤厂,浮选尾煤采用压滤机脱水。但这种工艺极不适应极细泥质的分离与浮选。如杏花选煤厂由于入选原煤中细颗粒含量大矸石遇水极易泥化,在生产过程中产生了大量的高灰细泥,资料报道[4]浮选入料中小于0.074mm的细颗粒占入料的81.07%, 致使选煤厂根据杏化选煤厂煤质、水质的特殊性, 改进煤泥水处理工艺,由直接浮选改为原矿脱泥浮选。

3.3 半直接浮选流程

半直接浮选流程是介于上述两者之间的流程,溢流水一部分进入浓缩机, 一部分直接进入浮选作业。该流程比较灵活,适用于煤质变化大的选煤厂,一般在选煤工艺流程中有主再选作业的选煤厂中考虑,一般主洗捞坑的溢流有较高浓度直接作为浮选入料,再洗捞坑溢流因煤泥含量少,浓度较低直接作为循环水使用。

该流程目前主要用于浓缩浮选流程的老选煤厂改造,一方面减少了细泥的恶性集聚, 另一方面可保证循环水正常循环,对主洗循环水不产生负面影响。

如芦岭选煤厂根据其煤质的变化和煤泥水处理系统存在的问题,由原来的直接浮选改为部分脱泥浮选是较好解决煤泥水处理系统存在问题的有效途径[5]。

3.4 浓缩分级浮选流程

随着浮选设备的更新和浮选技术的完善,在传统的浓缩浮选和直接浮选的基础上,针对一般浮选机对较粗煤泥分选效果明显,而浮选柱对较细煤泥分选效果明显的这种情况,提出了一种新的浮选工艺流程,即分级浮选流程。浓缩分级浮选流程是煤泥水经浓缩后,底流由分级旋流器组进行分级,旋流器底流进入浮选机进行分选; 溢流进入微泡浮选柱进行分选;浮选机精煤进入过滤机脱水,浮选柱浮精进入压滤机脱水,如图3 所示。

图3 分级浮选工艺流程

该流程适用于中央型选煤厂当各矿煤质均不尽相同, 有的粉煤含量较高, 有的泥质性较强, 有的不同粒级灰分差别较大, 煤泥粒度组成较宽的情况。不同粒级的煤泥通过不同的分选设备得到充分有效的分选, 提高精煤泥回收率。

如邯郸选煤厂,根据选煤厂的煤质情况,把浓缩浮选流程改为浓缩分级浮选流程,取得了很好的分选效果和经济效果[6]。

4 浮选流程结构

浮选流程是保证煤泥水浮选获得理想的技术经济指标的重要条件。流程结构的确定取决于原煤的性质,以及对产品的质量要求。

4.1 一段浮选流程

一段浮选流程结构如图4 所示,该流程结构简单、操作方便、处理量大。适用于分选可浮性好或对精煤质量要求不太严格的煤泥。

图4 一段浮选流程结构

4.2 两段开路浮选流程

两段浮选流程结构如图5 所示,该流程是把在浮选机后几室灰分较高的泡沫产品作为最终中煤。可得到较低灰分的精煤和可废弃的高灰分尾煤,而浮选精煤产率有所降低。当中煤基本上是煤和矸石的连生体时,采用这样的流程是合适的。但由于需要一套浮选中煤脱水回收等设备,使全厂的生产系统复杂化。

图5 两段浮选流程结构

4.3 中煤返回再选的浮选流程结构

中煤返回再选的浮选流程结构如图6 所示。

该流程的目的是提高浮选精煤产率。返回量主要取决于中煤和入料的灰分,两者相近时才是合理的。当中煤和矸石基本上是单体解离时,采用此流程才有意义。

此流程适于可浮性中等的煤泥,对煤质变化有较强的适应性。但由于中煤返回形成循环负荷,使操作复杂,并降低浮选机的处理能力。

图6 中煤返回再选的浮选流程结构

4.4 一次精选的浮选流程

粗选精煤全部精选的流程结构如图7 所示。

图7 粗选精煤全部精选的浮选流程结构

当粗选精煤达到最终精煤合格指标时,也可采用部分粗选精煤精选的浮选流程结构,即分支

浮选流程结构,如图8 所示。

图8 部分粗选精煤精选的浮选流程结构

精选流程结构复杂, 浮选机处理能力低,只有当分选可浮性差的煤泥或生产低灰分精煤时才采用。精选一般采用较低的煤浆浓度,粗选精煤经过一次精选,灰分可降低1%～2.5%。

如赵各庄选煤厂因煤泥可浮性变差,1999 年为了改善浮选效果, 提高浮选精煤的回收率,把浮选流程由粗选流程改为粗选、精选和分支浮选任意可调流程, 浮选精煤产率由改造前的59.29%提高到改造后的72.35%[6]。

5 结语

在选煤厂的实际设计和技术改造过程中,采用何种煤泥水处理工艺流程,主要考虑煤质的特性、产品要求、设备状况、投资和成本等因素。

通过上述分析看到, 每种流程各有其长,在实际应用中,一定要根据煤质变化及实际生产状况对流程进行改造,扬长避短, 使整个选煤工艺达到最佳化,环境污染最小化, 实现选煤厂最佳经济效益的目标。