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上海祁立：對煤泥水處理流程中小循環的分析
摘要:以離心機脫水作業和浮選精煤加壓過濾作業的小循環為案例，推導循環系數計算式，定量確定了離心液和濾液的濃度與循環負荷之間的關系，指出了小循環對選煤生產的影響;介紹了“2+2”模式煤泥水處理流程的特點，采用該流程*消除了選煤生產中的小循環。
祁立環保上海總部：繆
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地址：上海市閔行區龍茗路2795號220-221室
：201314
公司：http://www.doser-qilee.com/
選煤廠的煤泥水處理流程主要有以下兩個任務:一是按煤泥的粒度和灰分進行有效分選和脫水，實現廠內回收，洗水閉路循環，完善地利用煤炭資源和水資源，做好環境保護工作;二是獲得盡可能清凈的循環水，實現清水選煤，為重力選煤和浮游選煤創造高產的生產條件。在選煤廠設計時應盡量避免煤泥水局部小循環，因為這類小循環會增加各環節的負荷和次生煤泥量，可能造成惡性循環，嚴重破壞整個生產系統的正常運行。
針對煤泥水流程中的小循環，本文以離心脫水作業和浮選精煤加壓過濾作業為案例，建立循環系數模型后進行定量分析，并介紹解開這種小循環“死結”的“2+2”模式煤泥水流程。
1·離心脫水作業小循環
采用離心脫水機對末煤或者粗煤泥進行脫水時，其離心液中常混有數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，這就造成了小循環（見圖1），此循環量可通過推導循環系數計算式進行定量分析。
循環系數k是指循環煤量（篩上物）與需要脫水的煤量比值，k值越小，意味著循環量越小，循環系數k的計算式推導如下:
由（1）式可知，循環系數k與脫水機、煤泥篩的固體回收率有關。*，離心脫水機的固體回收率越高，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，脫水產物固體回收率就越小，循環系數k也相應增大。
用煤泥篩回收離心液中的粗顆粒，實質上是對離心機篩籃的“堵漏”。由（1）式來看，減小篩上煤泥固體回收率可以相應降低循環系數k，但工藝上不可行，因為篩下水中煤泥數量和粒度都會增加，為后續作業增添了不必要的難度。
對于煉焦煤選煤廠，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顆粒。因此固體回收率應視離心液的粒度組成而定。同時，因為篩上煤泥水分較高，為不影響商品煤的水分，又將它返回離心機脫水。
表1列出了離心液濃度與循環系數k的對應關系，由此繪制出的關系曲線見圖2。在正常生產時，離心機的離心液濃度應保持在10%以下，脫水設備的循環量占入料量的4.6%左右，若篩籃等部件破損，未及時更換，離心液濃度上升到20%時，則循環負荷會超過10%。
2·精煤加壓過濾作業小循環
當浮選精煤（泡沫）采用加壓過濾機脫水回收時，因過濾機的濾液中含有細煤泥，常將這部分煤泥輸送回浮選作業，也造成了小循環（見圖3）。
此作業的循環系數k’的計算式推導步驟與離心機脫水小循環基本相似，由（2）式可知循環系數k’與浮選精煤產率和加壓過濾機濾餅固體回收率有關。濾液濃度越高，濾餅固體回收率就越低。濾液濃度與循環系數k’的對應關系見表2，以此數據繪制的關系曲線見圖2。濾液濃度的變動對循環系數的影響更為顯著。正常生產過程中，加壓過濾機的濾液濃度應保持在2.0%的水平，其攜帶的煤泥約占入料量的5%，如果濾布網目與浮選泡沫粒度組成不匹配，或濾布破損，濾液濃度上升到4%時，循環煤泥量可能超過10%。
3·消除小循環的流程
對上述兩個小循環流程的定量分析可知，即便選煤廠加強對離心機和加壓過濾機的維護和檢修，也有5%左右的局部循環量，稍有疏漏，循環煤泥量就會超過10%。煤泥循環不但加大了設備負荷和動力消耗，局部還會產生次生泥化，導致細泥增多、積聚。為消除煤泥水處理的小循環，人們做了不懈的努力，在總結前人經驗的基礎上，北京國華科技有限公司不斷創新和實踐，近年推出了適合于三產品重介質旋流器選煤工藝的“2+2”模式煤泥水處理流程（見圖4）。
從圖4可以看出，由10道作業所組成的煤泥水流程，不存在煤泥的小循環。該流程分為精煤泥處理和尾煤泥處理兩大系統。精煤泥處理系統包括對細煤泥的有效分選及粗、細精煤泥的脫水回收。末精煤離心脫水機的離心液與精煤脫介篩的篩下水（稀介質）經精煤泥磁選機后，進入精煤泥弧形篩分級，篩下水由一次浮選作業處理，一次浮選尾煤進入尾煤泥處理系統。一次浮選精煤和弧形篩篩上物合并后由沉降過濾式離心脫水機脫水回收，脫水產物摻入精煤，離心液（含濾液）再進行二次浮選，二次浮選的尾煤泥也進入煤泥水系統，精煤由壓濾機脫水回收，濾餅摻入精煤，濾液作為循環水。
尾煤泥處理的主要目的是將粗、細尾煤泥經濟合理地脫水回收。浮選尾煤、中煤磁選機尾礦和截粗后的矸石磁選尾礦一起由一段濃縮機進行水力分級，溢流進入二段濃縮機進行濃縮澄清，底流由沉降過濾式離心脫水機進行一段回收，離心液（含濾液）進入二段濃縮機，離心脫水產物摻入中煤，二段濃縮機的溢流作為循環水，底流由尾煤壓濾機脫水回收，溢流進入循環水，濾餅就地銷售。
末精煤離心脫水機的離心液本應直接進入精煤泥弧形篩，但由于離心液流量小、有時還含有粗顆粒，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桶與精煤脫介篩篩下水一起泵送到精煤磁選機。
一次浮選的精煤與精煤泥弧形篩篩上物混合后，由沉降過濾式離心脫水機處理，含有細顆粒的離心液（含濾液）進入二次浮選系統，而不是返回一次浮選。
沉降過濾式離心脫水機回收了2/3以上的以0.045 mm粒級為主的煤泥，少部分小于0.045mm粒級的細泥分別由精煤或尾煤壓濾機脫水回收，由于壓濾機對固液分離較*，所以濾液中混有的煤泥極少，可作為循環水使用。這種煤泥水處理模式的主要特點如下:
（1）按粗細煤泥的各自特點進行分選或處理，可有效脫泥降灰，使銷售精煤的水分穩定在10%以下，同時在保持精煤泥質量的前提下，盡可能避免可燃物的損失;
（2）充分發揮一段濃縮、回收設備的功用，zui大限度地回收以大于0.045 mm粒級為主的粗尾煤泥，并且煤泥水分低、松散，可摻入動力煤銷售，改善了選煤廠的產品結構;
（3）選用工作參數和結構參數合理的沉降過濾式離心脫水機，大幅減少浮選精煤和尾煤泥的壓濾機臺數;
（4）第二段濃縮機負荷減少，為煤泥水深度澄清、實現清水洗煤創造了條件;
（5）*解決了煤泥水流程中的小循環難題，避免了個別環節出現有可能影響全局的循環負荷。
2009年7月，內蒙古烏海友誼選煤廠的“2+2”模式煤泥水處理流程投產（設計能力300 Mt/a），實現了少投入、多產出的設計目標，取得了良好的經濟效益。其噸煤投資26.7元，實際生產噸煤電耗為4.0 kW·h。
4·結語
傳統的煤泥水處理流程中常存在不同形式的小循環，加大了設備的負荷，并會增加次生煤泥量。從離心脫水作業和浮選精煤加壓過濾作業的小循環中推導了循環系數計算式，可定量確定離心液或濾液濃度與作業循環負荷之間的關系，從而說明消除小循環的必要性。國華科技公司研發的“2+2”模式煤泥水流程*消除了小循環，為同類選煤廠的設計提供了借鑒。
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