科学技术报告-浓缩池、沉淀塔串联处理煤泥水

分类号：密级：

UDC ：编号：

四川达竹煤电（集团）有限责任公司

科学技术报告

浓缩池、沉淀塔处理煤泥水的串联工艺技术

研究与应用

主研人员：罗朝全、张新凡、龙敏、王永胜

黄伟、邹勇、李平、吴学伟

赵强、彭祖均等

工作完成日期：2013年03月

提交报告日期：2016年03月

前言

石板选煤发电厂（简称石板厂）隶属于四川达竹煤电（集团）有限责任公司，重介选煤生产线是在原年入洗原煤能力60万吨的跳汰选煤生产线的基础上于2007年8月改造完成并投产，改造后年入洗原煤能力150万吨，选煤工艺为：原煤预先脱泥入洗工艺，脱泥后的50-0.5mm粒级煤采用双供介无压三产品重介旋流器分选，0.5-0mm 细粒煤泥采用直接浮选工艺，尾煤浓缩压滤脱水。

原跳汰选煤生产线使用一台φ24m的浓缩机（编号601）和一座φ12m的沉淀塔处理煤泥水，φ24m的事故浓缩池（编号604）作为散杂水收集池，布置在工业场区的最低点。石板厂重介选煤生产线改造完成后的投产初期，煤泥水处理的运行方式为：煤泥水分别进入601、604两台浓缩机处理，其底流分别通过压滤机回收煤泥，溢流作为再生水循环使用，沉淀塔作为备用。正常情况下601、604浓缩池均为满池煤泥水，仅靠604浓缩机的溢流池作为缓冲水池。由于604浓缩机缓冲水池容量为180m3左右，稍有不慎就造成缓冲水池满导致溢流水外排，一方面造成洗煤生产系统缺水，另一方面环保部门多次提出批评，要求整改。为此石板厂对煤泥水处理运行方式进行了改进：将煤泥水分别进入601浓缩池和沉淀塔处理，604浓缩池作为事故池收集厂内散杂水，避免煤泥水外排，影响环境，运行方式为并

联。该工艺虽然能够达到沉降煤泥水的目的，但是对比浓缩池底流和沉淀塔底流的压滤机入压效果，发现入压浓缩池底流时压滤机入料缺乏稳定性，表现为压滤机入料浓度低、尾煤回收周期长，洗煤下班后要延时回收煤泥2-4小时，特别是当浓缩池中心孔积存煤泥时，尾煤回收周期更长，严重时导致“压耙”事故，严重影响洗煤生产的正常进行。

针对存在的问题，石板厂职工经多次研究、多方论证，对处理煤泥水的浓缩池和沉淀塔的运行方式进行了创新，即：将煤泥水首先进入浓缩池进行第一次沉降，其底流通过泵连续转入沉淀塔进行第二次沉降，最后对沉淀塔的底流通过压滤机回收煤泥，溢流水作为再生水循环利用。同时对压滤机的入压方式进行了创新，实现了利用沉淀塔自然高差产生的余压进行入压。

新运行方式的特点是在不增加任何硬件设施的条件下，仅对部分设备进行了技术改造，实现了尾煤回收工艺由并联向串联方式的转变，同时实现了利用沉淀塔余压入压，对浓缩池泡沫采取“拦”与“消”相结合的办法改善了循环水水质，实现了洗煤。

改造后，因压滤机入料浓度、入压方式得到改善，入压的尾煤量由7吨/个循环增加到8吨/个循环，不仅确保了煤泥水系统的运行正常，而且减少了尾矿泵、压滤机及相关配套设备的运行时间，实现了

煤泥入压与洗煤生产同步上下班。与改造前相比，单个循环的尾煤重量增加了14%，尾煤循环数减少了15%，耗电量减少了66%；循环水浓度＜0.5g/l，实现了清水洗煤，粗煤泥灰分降低了1.9个百分点，尾煤灰分增加了2.8个百分点；介耗为0.91kg/t原煤，介质用量减少了25%；洗煤清水耗为0.05m3/t原煤，清水用量减少了50%；压滤机滤板用量减少了70%，滤布用量减少了39%，聚丙烯酰胺用量减少了38%，产生的直接经济效益为650余万元，间接效益为200余万元，并实现了减人增效。

本项目研究的成果实现了原煤处理能力为180万吨/年、原生和次生煤泥含量在25%左右的选煤厂用一台φ24m的浓缩机一座φ12m 的沉淀塔串联处理煤泥水，对新建选煤厂或改扩建选煤厂的煤泥水系统设计有重要的参数价值，有着广阔的推广应用前景，不仅可以提高煤泥水系统运行的可靠性，而且可以降低固定资产投入，节约运行成本，提高经济效益。

摘要：石板选煤发电厂在优化尾煤回收过程中通过充分研究，进行大胆创新，通过改变煤泥水运行方式，实现浓缩池、沉淀塔由并联向串联运行的转变，尾煤回收利用沉淀塔的自然高差实现了无搅拌桶入压尾煤，杜绝了跑冒，回收效率大幅度提高，减少了设备运行台次及时间，减轻了职工劳动强度，节能降耗收到了明显效果，同时煤泥水系统管理难度大幅度下降，在投入极少的情况下取得了显著的经济效益和社会环境效益。

关键词：煤泥水；运行方式；沉淀塔；尾煤回收

目录

1 企业概况 (9)

2 研究项目技术路线 (10)

2.1 煤泥水的性质及其对选煤工艺的影响 (10)

2.1.1 循环水浓度对洗选效果的影响 (12)

2.1.2 循环水浓度对分级、脱水工作的影响 (13)

2.1.3循环水浓度增加给选煤工艺带来的严重后果 (13)

2.2 粗颗粒煤泥水的处理技术 (14)

2.2.1 分级的实质 (14)

2.2.2 分级原理 (16)

2.3 煤泥水的浓缩处理技术 (19)

2.3.1 浓缩原理 (19)

2.3.2 浓缩设备 (20)

2.3 极细颗粒煤泥水的处理技术 (24)

2.3.1 凝聚及凝聚原理 (25)

2.3.2 絮凝及絮凝原理 (26)

2.3.3 凝聚剂和絮凝剂 (28)

2.3.4 极细粒煤泥水的处理流程 (33)

2.4 选煤厂循环水消泡技术 (34)

2.5 洗水闭路循环 (35)

2.5.1 选煤厂洗水闭路循环的三级标准 (35)

2.5.2 实现洗水闭路循环的措施 (36)

3 跳汰改重介后煤泥水系统的运行 (39)

3.1重介改造 (39)

3.2 重介改造后煤泥水系统存在的问题 (40)

3.3 启用浓缩池+沉淀塔的煤泥水并联处理工艺 (41)

3.4 压滤机的技改 (44)

3.5 对尾煤刮板机进行改造 (45)

3.6 循环水消泡改造 (48)

3.7 絮凝剂添加工艺技术改造 (49)

4 重介扩能技改后煤泥水的改造 (51)

4.1扩能技改后煤泥水系统存在的问题 (51)

4.2方案论证 (54)

4.3将尾煤回收的运行方式由并联改串联 (56)

4.4优化压滤机供风压榨环节，停开一台空压机 (57)

4.5利用沉淀塔余压实现延时入压 (57)

4.6 尾煤运输系统集中控制升级改造 (59)

4.7 渣浆泵冷却水系统的改造 (60)

4.8 改善循环水水质 (61)

4.9 聚丙烯酰胺添加系统的改造 (63)

4.10 其它改造 (64)

4.11 强化管理 (65)

5 项目技改投入 (67)

6 技术创新点 (68)

7 达到的效果 (70)

7.1 实现的技术指标 (70)

7.2 直接经济效益 (72)

7.3 间接效益 (75)

8 结束语 (76)

1 企业概况

石板选煤发电厂是四川达竹煤电（集团）有限责任公司下属的二级单位，位于达州市达川区石板镇，现有设计能力为150万吨原煤的重介选煤厂、装机容量为2×6000KW的煤矸石发电厂和生产能力为3000万匹标砖的建材厂各1座，拥有职工760余人，其中专业技术人员100余人。其重介选煤厂是在原跳汰选煤厂的基础上于2007年8月改造完成并投入试生产的，于2007年10月投入正式生产，主要产品为8～13级冶炼精煤，煤种为1/3焦煤，具有低灰、低硫、低磷、结焦性好等优点，1991年获得“四川省优质产品”称号，1997年获“四川省名牌产品”称号并一直保持至今，产品主要销往武钢、重钢、达钢等钢铁企业。

建厂25年来，工厂先后获得多种荣誉：1991年获得―省环境保护先进企业‖称号；1991年实现原煤炭部部一级洗水闭路循环；2005年被四川省省政府授予“省级文明单位”称号，多次获得“全国优质高效选煤厂”称号；2005年完成的“煤矸石电厂灰渣综合利用的技术应用研究”、2007年完成的“选煤生产线技术改造的研究与应用”和2011年完成的“重介质选煤厂粗煤泥分选工艺的研究与应用”分别于2006、2008、2014年度荣获四川省科技进步三等奖，其中“选煤生产线技术改造的研究与应用”同时获得川煤集团科技进步二等奖，2008年完成的“煤-电-建材循环经济发展模式研究与应用”获得川煤集团科技进步一等奖。

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2 研究项目技术路线

本项目研究的成果实现了原煤处理能力为180万吨/年、原生和次生煤泥含量在25%左右的选煤厂用一台φ24m的浓缩机一座φ12m 的沉淀塔串联处理煤泥水，对新建选煤厂或改扩建选煤厂的煤泥水系统设计有重要的参数价值，有着广阔的推广应用前景，不仅可以提高煤泥水系统运行的可靠性，而且可以降低固定资产投入，节约运行成本，提高经济效益。涉及的领域为选煤厂煤泥水处理，涉及的技术有煤泥水处理技术、煤泥水絮凝沉降技术、循环水泡沫消除技术等。2.1 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，因此，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称为循环水。在湿法选煤中，原煤分级、脱泥、精选、脱水等作业分选成产品，其中很大一部分煤泥为产品所带走（主要为精煤所带走），但仍有不少的煤泥混在工艺用水中，这些流经选煤流程各作业，并混入煤泥的工艺用水称为煤泥水。煤泥水中的煤泥含量及其性质与很多因素有关。就内因而言，有煤和矸石的物理性质，如它们的硬度、泥化性质等，还有所含矿物杂质的性质等等；就外因而言，有井下开采和运输方法，选煤厂加工方法、流程，

煤泥水水量，洗选效果等。因此，各选煤厂的煤泥水浓度、粒度组成、质量都有很大的差别。

为了有效地回收宝贵的矿物资源，消除工厂排放物对环境的污染，节约工业用水，必须对选煤厂的煤泥水进行处理。煤泥水处理的基本内容包括两部分：最大限度地从煤泥水中分离出固体物，以获得符合要求的分选介质循环——水，这一步骤称为洗水澄清和煤泥水浓缩；第二部分就是煤泥处理。煤泥处理又分为粗煤泥回收和细粒煤泥处理。在整个煤泥水处理工序中，洗水澄清、浓缩、粗煤泥回收、细煤泥浮选以及浮选尾矿处理等作业的综合，即组成煤泥水流程。煤泥水处理是选煤生产中一项极其复杂而又十分重要的工作，也是衡量选煤厂管理水平的重要标志。

煤泥水中因含有煤泥颗粒，所以它的性质和纯水不同。煤泥水的特性突出表现在两个方面。其一是煤泥水的比重。煤泥水的比重是由水和其中固体物的含量及其比重决定的，也就是说，煤泥水中固体物的比重越大，含量越多，则所形成的煤泥水的比重越大。当煤泥水作为分选介质时，这种比重的改变对于分选过程自然是会产生影响的。

其二是煤泥水的粘度变化。含固体物煤泥水的粘度比纯水要高。单从煤泥水的固体含量来评定它的粘度是不够的，它的粘度变化还决定于煤泥的性质和煤泥的粒度组成。所以，虽然煤泥水的固体含量对它粘度有重要影响，但同样值得关注的是这些固体颗粒之间的复杂的相互关系。

一些资料表明，按粒度的大小可将煤泥分成两类：含有粒度大于

35～45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，处理难度也越大。

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。

2.1.1 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。在跳汰选煤过程中，这就将使较细粒级煤泥的分选效率随之降低。降低循环水浓度有利于降低洗选下限，改善细粒级的分选效果。一般认为，循环水的浓度以40～100克/升为宜。有人建议，含粘土质多的煤泥循环水浓度应以50克/升为宜；含粘土质少的煤泥循环水浓度以80克/升为宜，最多不能超过120克/升。应当记住，循环水浓度升高，对细粒级的分选是极为不利的。

2.1.2 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浓缩池，沉淀塔等分级效果恶化，介质粘度增加的结果是使沉淀物所受到的阻力增加，导致浓缩池分级粒度变粗。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。如某选煤厂细粒精煤用离心机脱水，当循环水浓度由50克/升上升到109克/升时，精煤水分由8.5%上升到10.5%，可见其影响之大。

2.1.3循环水浓度增加给选煤工艺带来的严重后果

由于循环水浓度增高能使跳汰、重介分选的下限变粗，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。

（1）重介分选下限变大，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）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，在重介选煤的主洗操作过程中必然会降低分选密度，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。

(3)循环水浓度增大，将导致澄清、分级、浓缩设备的分级效果

变差，洗煤过程中的尾矿水进入大面积浓缩机后，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。粗颗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。

2.2 粗颗粒煤泥水的处理技术

对于采用湿法分选的选煤厂来说，经主选作业后就会产生大量的煤泥水，那么煤泥水的处理就从主选作业的下一道工序开始。

经主选作业产生的煤泥水，粒度组成极为复杂，但是粗颗粒含量最大，我们把这部分煤泥水称为粗颗粒煤泥水。它是煤泥水处理的第一步。粗颗粒煤泥水处理一般是进行分级，由于湿法选煤大都用水做介质，所以分级有时又叫水力分级。它是根据颗粒在水介质中的沉降速度不同，将宽级别粒群分成两个或多个粒度相近的窄级别的过程。煤泥水的分级只分成粗、细两个不同的粒级。分级作业和筛分作业的性质相同，均是将粒度范围宽的粒群分成粒度范围窄的产物。但是筛分是比较严格地按几何尺寸分开，而分级则是按沉降速度差分开。

2.2.1 分级的实质

分级是在水介质中进行的，颗粒在水介质中的自由沉降速度可

按斯托克斯公式求得：

从上式可以看出，υg取决于颗粒的粒度、颗粒的密度以及悬浮液的浓度。其中υg∝d2，即颗粒的粒度对υg的影响最大，而υg又决定分级，因此可以说对分级起主要作用的是颗粒的粒度，或者可以说粒度决定分级，有的书中习惯叫分级粒度。但υg又受颗粒的密度和悬浮液浓度的影响，实际上应尽量克服两者的干扰。选煤厂分级设备的分级粒度应与主选设备的分选下限相一致，这是因为分级的目的是

把主选设备已完成分选的部分和未完成分选的部分区分开来，分别进行处理。分选设备的分选下限一般为0.3(0.2)～0.5mm。另外，在工艺上分级设备的分级粒度还与沉淀面积及设备的入料量有关。

2.2.2 分级原理

分散体系的煤泥水沉降可用在层流状态下的斯托克斯公式来描述，分级设备中的沉降分离过程，一般可引用海伦模型。该模型假定：煤泥水的颗粒和流动速度在整个水池断面上是均匀分布的，并保持不变。悬浮液在分级设备中流动是理想的缓慢流动，颗粒只要一离开流动层，就认为已经成为沉物。该模型又称浅池原理。

在实际生产中，分级工作是一个连续的过程。物料由一端给入，溢流由另一端排出，沉物则由下部排出。若分级设备的长度为L，宽度为B，进入设备的煤泥水量为W。如果分级设备有足够的深度，煤泥水溢流从另一端排出时，其上部有一流动层，其厚度设为h，在流动层的下部的煤泥水可以认为是静止的。流动层中的颗粒同时受到两个力的作用，其一为重力，使颗粒具有一个下沉速度υ；其二是物料给入容器后受到的向前的推动力，因此，有一水平速度u。所以，颗粒在流动层中的运动轨迹是一条曲线。当入料量W一定时，曲线倾斜程度主要受颗粒大小的影响。按照海伦模型，颗粒从给料端运动到溢流端以前，不管在何处由于轨迹的偏移离开了流动层，那么该颗粒在流动层下部将继续下沉。最终作为沉物排出。反之，颗粒从给料端运动到溢流端，仍处于流动层中，则该颗粒将从溢流排出，成为溢流

产品，见图2.1。

图2.1 分级原理示意图

按上面的分析有如下关系，煤泥水在设备中的水平流速u为：

颗粒从给料端运动到溢流端所需时间t1为：

式中S——分级设备面积(S=BL)。

任一粒度为d的颗粒，其下沉速度为υ，通过流动层所需时间t2为：

如果，某颗粒从给料端运动到溢流端所需时间t1大于其通过流动

层的时间t2，即t1>t2，则该颗粒未到达溢流端时，已通过流动层，即成为沉物；反之，当t l

当t1=t2时，可得下式

W＝Sυ

该式反映了煤泥水流量、设备面积和分级粒度下沉速度之间的关系。对于固定的设备，在不同的处理量时，可求出不同的υ值，即有不同的分级粒度。当要求分级粒度一定时，所需要的分级面积S与煤泥水的流量成正比。当煤泥水的流量一定时，所需的分级面积S与分级粒度的下沉速度成反比，即与分级粒度成反比。要求的分级粒度越细，所需要的分级设备面积则越大。因此，可以通过控制分级设备的面积来控制分级粒度。

通常以每平方米沉淀面积、每小时所能处理的矿浆量的立方米数表示分级沉淀设备的能力，称为分级沉淀设备的单位负荷，用ω表示。

式W＝Sυ中的S以1m2代人，得

W＝υ＝ω

该式说明分级粒度的下沉速度与分级设备的单位负荷在数值上是相等的。

分级设备面积选取，在设计中常用沉淀设备的单位面积负荷来计

算。该法为经验数据法。

式中K——不均衡系数(煤泥水系统通常取1.25)。

常用分级沉淀设备的单位负荷见表9－2。

表2.1 常用分级沉淀设备的单位负荷单位：m3／(m2.h)

斗子捞坑、

倾斜板沉淀池煤泥捞坑沉淀塔浓缩机

角锥沉淀池

15～20 50～70 13～15 5～8 2.0～3.5 若取斗子捞坑的单位负荷为17.5m3／(m2.h)，则分级粒度沉降速度约为4.86mm／s。

2.3 煤泥水的浓缩处理技术

2.3.1 浓缩原理

煤泥水在浓缩机中的沉淀浓缩过程通常可分为五个区。如图2.2所示。前四个区与量筒中的沉降试验完全相同。即A区为澄清区，B 区为自由沉降区，C区为过渡区，D区为压缩区。压缩区的下面，便是浓缩物区E。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。

图2.2 浓缩机浓缩过程

在这五个区中，B、C、D反映了浓缩的过程，A、E反映的是浓缩的结果，即产物区。为使浓缩过程顺利进行，浓缩机池体需有一定深度，该深度应包括5个区各自的高度。

2.3.2 浓缩设备

重力场中的浓缩设备很多，这里主要介绍沉淀塔、耙式浓缩机、深锥浓缩机和较典型的高效浓缩机。

①沉淀塔

沉淀塔是一种高度较大、直径较小(通常直径在12m左右)的倒立圆锥形水塔式浓缩澄清设备，用钢筋混凝土浇制，锥角60°，塔高可达20m，如图2.3。