煤泥水处理技术 12页

'煤泥水处理技术1.前言随着采煤机械化程度的不断提高，我国选煤厂入选原煤中＜0.5mm级细粒煤的含量也逐年增多，给煤泥水处理及煤泥脱水回收增加了难度。而煤泥水处理及煤泥脱水回收是选煤厂生产的重要环节，是降低洗水浓度，实现洗水闭路循环的关键，它不仅关系到选煤厂的正常生产和发展，而且影响着选煤厂节水、回收煤炭资源，保护生态环境等经济效益和社会效益。为此，我国广大选煤工作者不断研究，探讨煤泥水处理过程中的沉降、浓缩、澄清、过滤、压滤等固液分离的机理和实践，同时开发出一批新型、高效煤泥水处理及煤泥脱水回收设备，大大改善了选煤厂的生产条件，提高了选煤厂技术经济指标。2.煤泥水的性质及其对选煤工艺的影响在选煤工艺中，尤其在湿法选煤如重介、跳汰、槽选、浮选以及脱泥、水力分级中，都是以水作为工作介质。因而，选煤工艺是缺不了水的。无论是作为分选介质的洗水，还是作为脱泥的喷水以及冲洗溜槽的运输水，除了补充部分随产品带走以及工作过程中自然蒸发而损失的水量外，绝大部分用水都要在经过处理后循环复用。这些在洗选流程中循环使用的工艺用水即称为循环水。按粒度的大小可将煤泥分成两类：含有粒度大于35-11 45微米粗粒煤泥的煤泥水，这类煤泥水的进一步处理较容易；含有粒度小于35-45微米细粒煤泥的煤泥水，这种煤泥水的性质发生变化，从而使对它的进一步处理(澄清、浓缩、浮选和过滤等)十分困难。煤泥水中小于35微米的细粒含量增加时，煤泥水的粘度大幅度增高。可见，煤泥水中固体颗粒的粒度越小，细颗粒含量越多，煤泥水的性质将发生急剧变化。煤泥水中固体物的影响表现在粘土质和泥质物对煤泥水的污染上，煤中的这些物质在水中很易泥化，形成极小颗粒，如果颗粒表面带电荷，则形成稳定的胶态悬浮体。处于这种状态的煤泥水的粘度则大大增加了。循环水的固体物含量高，给选煤工艺带来不良影响。2.1循环水浓度对洗选效果的影响循环水浓度增加后，介质粘度增加，介质对沉淀物质的阻力也增加。在生产过程中，这就将使较细粒级煤泥的分选效率随之降低。循环水浓度升高，对细粒级的分选是极为不利的。2.2循环水浓度对分级、脱水工作的影响由于介质粘度随循环水的浓度增加，所以循环水浓度增高必然使分级设备的分级效果恶化，介质粘度增加的结果是使沉淀物所受到的阻力增加，导致分级粒度变粗。高浓度的循环水，尤其是受粘土泥质严重污染的循环水，还将严重地污染精煤，特别是对细粒精煤污染更大，也增加了精煤脱水脱泥的困难，使精煤的水分、灰分都增高。11 2.3循环水浓度增加给选煤工艺带来的严重后果由于循环水增高能使分选下限变粗，精煤污染增加，澄清浓缩、分级设备发生跑粗现象，这将给选煤工艺带来严重后果。2.3.1分选下限变大，也就是提高了浮选的粒度上限。这样，除了增加煤泥水系统的负荷之外，给浮选本身也带来许多困难，增加了费用。而且未经分选的粗煤泥混入精煤后，使精煤灰分增高。2.3.2由于部分未能分选的粗煤泥和细粒泥质的污染，使得脱泥作业成为必不可少的工序。为了抵消由于煤泥污染而发生精煤灰分的增加，在操作中必然会降低分选比重，这样就增加了轻比重物在中煤、矸石中的损失，降低了精煤的回收率。2.3.3由于循环水浓度大，造成澄清、分级、浓缩设备的分级不良，煤泥水进入浓缩机后，只有粗的和较粗的煤粒沉淀较快，细粒很难沉，这就丧失了对煤泥水中细颗粒的处理机会，这部分细粒在系统中形成恶性循环。粗粒含量多的煤泥水在浓缩机中常发生压耙子、堵管道故障；在过滤机中不上煤饼；在浮选中将发生尾煤跑粗，增加尾煤损失。可见，跑粗对煤泥水系统工作的干扰是很严重的。综上所述，煤泥水的性质与选煤厂技术经济指标关系密切，只有抓好煤泥水处理才能保证选煤厂获得较好的技术经济指标。3.煤泥水处理11 在选煤厂的工艺系统中，煤泥水的处理（包括分选、回收、脱水、分级、浓缩和澄清等作业）是一个极为重要的环节。选煤厂分选效果的好坏，各产品的质量优劣，以及有无废水排出，进而造成煤泥水流失与环境污染等方面，都跟所采用的煤泥水处理系统类型、运行完善状况及其管理制度有很大关系。在选煤厂中，经主选作业分选后会产生大量的煤泥水，煤泥水的处理一般不考虑主选作业，而从主选作业的下一道工序开始。通常把经过主选作业之后，产生的煤泥水成为粗粒级煤泥水。粗粒级煤泥水处理首先要进行分级，又叫水力分级。煤泥在水中分级主要是依据粗、细颗粒在水中沉降末速的差别，陈在容器底部的煤泥较粗，矿浆比较浓，悬浮在容器上部的煤泥较细，矿浆比较稀。煤泥水的分级只分为粗、细两个不同的粒级。3.1粗颗粒煤泥水处理粗煤泥的流程结构。产品的脱水和粗煤泥回收等作业，构成了粗煤泥回收的流程结构，即煤泥水处理流程的前半段。其任务是：（1）对产物进行脱水；（2）回收质量合格的精煤，使之不能进入煤泥水中；（3）排除质量不合格的细煤泥进入煤泥水，以便后续作业处理。随着洗煤技术的不断提高，粗煤泥回收的方法也越加多样，工艺也越加完善。出现了利用煤泥重介质旋流器、干扰床（TBS）、水介质旋流器、螺旋分选机等回收粗煤泥的工艺流程。a．煤泥重介质旋流器回收粗煤泥的工艺流程11 近几年，大型无压给料三产品中介质旋流器选煤工艺得到迅猛发展，煤泥重介质工艺作为其延伸配套工艺也已应用于生产实践。煤泥重介分选是主选工艺采用不脱泥无压三产品重介分选工艺的配套工艺。由于大直径旋流器本身的分级、浓缩作用，使绝大部分小于0.5mm煤泥与磁性介质中最细的部分一起随轻产物从溢流口排出，这部分物料就是精煤脱介晒下低密度悬浮液（即合格介质）。它是一种煤介混合物料，其中非磁性物就是小于0.5mm的煤泥，正是需要进一步分选的对象。这种在不脱泥重介分选过程中自然形成的重介悬浮液，恰好是煤泥重介质旋流器的最佳入料。直接用泵送入煤泥重介质旋流器进行分选，其有效分选下限可达0.045mm,分选的可能偏差EP=0.041-0.078。工艺特点：采用煤泥重介质旋流器工艺处理粗煤泥，分选精度高，分选密度宽，对入选原煤质量的波动适应性强。选后产品用煤泥离心机回收，简单易行，设备投资低。但也存在着分选密度难以控制、精煤灰分容易波动、入料中煤泥粒度范围窄及介耗较高等缺点。b.干扰床（TBS）回收粗煤泥的工艺流程11 干扰床是一种利用上升水流在槽体内产生紊流的干扰沉降分选设备，由于颗粒的密度不同，其干扰沉降速度存在差异，从而为分选提供了依据。沉降速度大于上升水流速度的颗粒进入干扰床槽体下部，形成有悬浮颗粒组成的流化床层，即自生介质干扰床层。入料中那些密度低于干扰床层平均密度的颗粒将浮起，进入溢流。而那些密度大于干扰床层平均密度的颗粒便穿透床层，进入底流通过底部排料门排出。目前，我厂就是使用一台Φ3m的TSS分选机，使用效果良好。（TSS与TBS分选原理相同）工艺特点：干扰床分选机是基于颗粒在液固两相流中的干扰沉降进行分层和分离，分选效率和分选精度较高，干扰床能有效分选4-0.1mm的细粒煤，但要求入料粒度上、下限之比以4:1为宜，最佳分选粒度是1-0.25mm的粗煤泥。干扰床设备本身无运动部件，用水量少（10-20m³/(㎡.h)工作面积），能实现低密度（1.4kg/L）分选，其可能偏差Ep值可达0.12。其缺点是要求入料的粒度范围较窄，处理量较低。c.螺旋分选机回收粗煤泥的工艺流程液流在螺旋槽面上运动的过程中，产生了离心力，并在螺旋槽横断面上形成螺旋断面环流。矿粒在螺旋槽中的分选过程大致分为三个阶段：第一阶段是颗粒群按密度分层；第二阶段是轻重矿粒因离心力大小不同，沿螺旋槽横向展开（分带），这一阶段持续时间最长，需反复循环几次才能完成，这是螺旋分选机之所以设计成若干圈的根本原因；第三阶段运动达到平衡，不同密度的矿粒沿各自回转半径，横向从外缘至内缘均匀排列，设在排料端部的截取器将矿带分割成精中尾3种产品，从而完成分选过程。工艺特点：螺旋分选机具有基建、生产费用低、无动力、无运动部件、无噪声、结构简单、便于操作、占地面积小以及见效快等优点。但其分选精度不高，不完善度I值仅为0.20-0.25，分选密度难以控制在1.7（或1.65）kg/l11 以下，因而不宜用在低密度条件下分选低灰精煤产品。螺旋分选机有效分选粒度为6-0.075mm，但在实际生产过程中使用最多的分选粒度范围为2-0.15mm。比较适合用于细粒动力煤和粗煤泥排除高灰泥质与硫化铁。3.2细颗粒煤泥水的处理所谓细颗粒煤泥水就是那些水力分级设备产生的溢流。这部分煤泥水处理的原则流程有三种形式：浓缩浮选流程、直接浮选流程和半直接浮选流程。下面对我厂采用的直接浮选流程做一下分析直接浮选流程为了克服现有预浓缩煤泥水流程中存在的严重缺点，简化流程，改革工艺，近年来，国内，外逐步推广一种新型的煤泥水流程，称之为煤泥水直接浮选流程。(1)直接浮选流程的优点①由于全部煤泥水都经过浮选处理，以及浮选尾煤水经过有效地澄清，从而加强了水的净化，使循环水浓度大大降低，较低的洗水浓度得到保证。据有关资料介绍，洗水浓度将降低到1-2克/升，甚至可达0.5克/升以下。②由于减少了煤泥反复循环所经受的粉碎作用，而减少了次生煤泥生成量，缩短了煤粒在水中的停留时间，减弱了煤粒表面的氧化作用，最终使煤泥在粒度组成和可浮性得到改善。③由于补充清水和浮选原矿稀释水大量减少，全厂水耗可望降低1/3～1/2，从而有利于管理和实现洗水的平衡。11 ④由于全部煤泥都得到有效分选，减少了煤泥的流失，加上各分选作业的分选效率提高，使产品所受污染减低，选煤厂精煤回收率显著提高。⑤简化了流程，减少了作业层次，使煤泥水处理的设备数量和容量减少。⑥促进了浮选尾煤的有效回收，为实现洗水闭路循环，消除环境污染创造了有利的条件。因此，直接浮选流程的优点可概括为：a．取消了浓缩作业，流程简化；b．彻底解决了煤泥在系统中的循环，对主选作业有利；c．煤泥与水的接触时间缩短，使煤泥的可浮性和选择性提高；d．加强Ⅳ区的作业管理，可实现清水选煤。(2)直接浮选流程的缺点直接浮选流程虽有很多优点，但从一些选煤厂的实际生产中显示出了诸多缺点：①浮选机及过滤机的单位处理能力低。浮选机一般仅为0.25～0.4t／(m3·h)，过滤机一般仅为0.08～0.1t／(m2．h)。②浮选、过滤、压滤等工艺环节对原煤性质的变化反应敏感。当原煤泥质增多，灰分增高时，精煤灰分也随之增高。为了保持精煤灰分，必然压低尾煤，使过滤效果急剧恶化，由于压滤机的入料粒度发生变化，也干扰了压滤机的工作。③11 生产成本较高，由于浮选机和过滤机的单位处理能力较低，势必增加了吨精煤的电耗；直接浮选的入浮浓度较低，使吨精煤的药耗也增高。④直接浮选需要的浮选机的台数要比其他形式的浮选多。(3)直接浮选流程的使用条件直接浮选流程并不是对每个选煤厂都适用，在应用直接浮选流程时，必须满足下列条件：①控制选煤脱水作业区的用水量。因为用水量过大，可导致浮选入料浓度过低，对浮选机、过滤机单位处理能力影响较大，增加生产成本。②浮选前应设适当容积的缓冲池。用缓冲池的缓冲作用，对原煤的含泥量及用水量的变化进行调节。③浮选尾煤需彻底澄清。使用直接浮选流程后，浮选尾煤澄清溢流水是选煤所用循环水的惟一来源，浮选尾煤粒度细、灰分高，若不彻底澄清，会随循环水进人选煤作业，导致精煤污染。因此，浮选尾煤必须彻底澄清。④细泥含量大的选煤厂不适宜采用直接浮选流程。直接浮选流程的优点是从根本上解决了循环水中细颗粒煤泥的循环、积累问题，保证了循环水的浓度，为选煤厂各作业创造了良好的工作条件。我厂目就是采用的直接浮选流程。3.3浓缩过程及原理3.3.1浓缩过程11 借助重力或离心力作用提高煤泥水浓度的过程，称为浓缩。在连续生产的浓缩设备中，如浓缩机煤泥水沉降过程的分区现象如图5所示。分为澄清区A，沉降区B，过渡区C，压缩区D,D区下面还有耙子运动的雏形面E区。由于该区有刮板运输，刮板对浓缩物产生挤压作用，使水分渗出，进一步提高浓度，最终由浓缩机的底流口排出，成为底流产品。上述五个区中，BCD反应了浓缩的过程，称浓缩区，AE反应的是浓缩的结果，称产物区。图53.3.2浓缩原理煤泥水重力浓缩的原理，主要是让悬浮的固体沉降，其实质也是分级过程。其结果是容器底部排出大量的矿浆，容器上部排出比较澄清的溢流水，没有排出的煤泥水中仍含有一定数量来不及下沉的煤泥。浓缩的矿浆中含有一定量的粗粒煤泥，溢流水中含有一定量的细粒煤泥。3.3.3浓缩设备11 选煤厂常用的浓缩设备很多。3.3.3.1沉淀塔沉淀塔是一种高度较大（20m左右）、直径较小（一般不超过12m）的倒立圆锥型水塔式浓缩澄清设备，用钢筋混凝土浇制，锥角60°。该设施中心给料，周边溢流，底流通过椎体底部的阀门自重排放。它为钢筋混凝土结构，通常设在厂房外面，其溢流可经过管道自流到厂房内，起到循环水定压水箱的作用。沉淀塔主要用于澄清循环水。在30万吨和45万吨的选煤厂，煤泥水的浓缩设备一般也用沉淀塔。3.3.3.2耙式浓缩机耙式浓缩机通常可分为中心传动式和周边传动式两大类，构造大致相同，都是由池体、耙架、传动装置、给料装置、排料装置、安全信号及耙架提升装置组成。浓缩机的池体一般用水泥制成，小型号的可用钢板焊制，为了便于运输物料，底部有6°～12°11 的倾角；与池底距离最近的是耙架，耙架下有刮板；浓缩机的给料一般是先由给料溜槽把矿浆给入池中的中心受料筒，而后再向四周辐射；矿浆中的固体颗粒逐渐浓缩沉降到底部，并由耙架下的刮板刮入池底中心的圆锥形卸料斗中，再用砂泵排出；池体的上部周边设有环形溢流槽，最终的澄清水由环形溢流槽排出；当给料量过多或沉积物浓度过大时，安全装置发出信号，通过人工手动或自动提耙装置将耙架提起，以免烧坏电机或损坏机件。3.3.3.3高效浓缩机高效浓缩机是新型浓缩设备。其结构与耙式浓缩机相似。主要特点是：①在待浓缩的物料中添加一定量的絮凝剂，使矿浆中的固体颗粒形成絮团或凝聚体，加快其沉降速度，提高浓缩效率；②给料筒向下延伸，将絮凝料浆送至沉积及澄清区界面下；③设有自动控制系统，控制药剂用量、底流浓度等。高效浓缩机的单位处理能力为常规耙式浓缩机的4～9倍，单位面积造价虽然较高，但按单位处理能力的投资来算，比常规浓缩机约低30％。我厂目前使用的两台NXZ24浓缩机就属于高效浓缩机。11'