高效濃縮機(jī)在煤炭行業(yè)的應(yīng)用工藝研究

劉新安

（北京華宇工程有限公司選煤一所，北京 100120）

伴隨著我國選煤技術(shù)發(fā)展的是越來越大的選煤廠。有很多煉焦煤選煤廠達(dá)到了4Mt/a以上的選煤能力。有些依靠動力煤的選煤廠的處理能力，甚至達(dá)到了20Mt/a。原煤處理能力的增強(qiáng)，需要更大量的煤泥水。隨著采煤機(jī)械化程度的提高，進(jìn)入選煤廠中的原煤中＜0.5mm粒級含量開始增多。煤泥水濃縮、沉淀工藝環(huán)節(jié)成為選煤廠中更加具有挑戰(zhàn)性的環(huán)節(jié)。通過比較可知，普通濃縮機(jī)的缺點(diǎn)很明顯，機(jī)器的質(zhì)量大，基礎(chǔ)建設(shè)成本高，占地面積很大，效率低下，在停電和給料不均勻的情況下，壓耙現(xiàn)象很突出。這很容易破壞機(jī)器的驅(qū)動系統(tǒng)，濃縮機(jī)的濃縮池需要架空清刷，而且維修時(shí)間很長，給選煤廠帶來了很大的壓力。高效濃縮機(jī)的發(fā)明，給選煤廠帶來的改變是十分巨大的。一臺十多米的高效濃縮機(jī)，就能夠?qū)⒁蛔禾幚砹繛?00t/h的大型選煤廠產(chǎn)生的尾礦水，處理得游刃有余。所以，在煤炭行業(yè)引入高效濃縮機(jī)，是十分明智的選擇，不僅可以節(jié)省資金，還能帶來許多無法直接看到的間接效應(yīng)。

1 爐粉煤灰在脫水過程中出現(xiàn)的問題

一直以來，對粉煤灰的處理方法，是將粉煤灰從平流沉淀池中撈出來，經(jīng)過自然脫水后，用車輛運(yùn)輸至掩埋場進(jìn)行掩埋，或用于粉煤灰制磚等其他用途。

1.1 粉煤灰脫水過程的困擾

在實(shí)際的處理工作中，粉煤灰脫水過程，是一個(gè)十分困擾工人的問題，主要體現(xiàn)在：

（1）撈出粉煤灰相當(dāng)困難。由于粉煤灰很細(xì)，沉淀后更加密實(shí)，用一般的刮板除灰機(jī)不能刮動，抓斗也不起作用。處理方法只能是用兩座平流沉淀池輪流操作，進(jìn)行人工除灰，清理這些板結(jié)的煤灰，人力和物力的浪費(fèi)太嚴(yán)重。

（2）把這些煤灰清理出來后，還不能馬上運(yùn)走。因其含有大量的水分，質(zhì)量太大，需要大面積的堆放場地自然脫水。而脫水后的粉煤灰，容易被風(fēng)從灰堆表層吹起來，嚴(yán)重污染了空氣，而灰堆里面的水分仍舊無法蒸發(fā)并將其運(yùn)送至填埋場。

（3）沒有充分脫水的粉煤灰在運(yùn)輸過程中，會出現(xiàn)灰水分層的現(xiàn)象，污染了運(yùn)輸?shù)牡缆贰Ｆ搅鞒恋沓爻恋硇Ч?，循環(huán)水含灰量太高，以及因此造成的煤氣除塵效果差，都給工廠的其他機(jī)器帶來了極大的麻煩。

所以，尋找一種高效的煤灰清理裝置，解決粉煤灰的嚴(yán)重問題，是勢在必行。

1.2 粉煤灰快速高效脫水工藝的論證

經(jīng)過多方考察和論證，用相關(guān)技術(shù)進(jìn)行機(jī)器的改造，針對如何給粉煤灰脫水，采用快速高效隔膜壓濾機(jī)和高效濃縮機(jī)，對粉煤灰進(jìn)行連續(xù)脫水工藝，并將其成功地應(yīng)用于粉煤灰脫水過程中，能取得良好的脫水效果，同時(shí)具有良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。

（1）普通濃縮機(jī)的濃縮原理。是讓煤灰自行產(chǎn)生重力沉降，礦漿顆粒的自由沉降是實(shí)現(xiàn)顆粒的沉降分層的機(jī)理，靜壓的作用使深池壓縮區(qū)內(nèi)的灰料進(jìn)一步被壓實(shí)。這種原理告訴我們，灰料的沉降速度，直接決定了濃縮機(jī)的處理能力及溢流水中的固體含量的高低。所以，提高濃縮機(jī)處理能力最基本的措施，就是加快顆粒的沉降速度。“固體顆粒的沉降速度與顆粒直徑的平方成正比，與固體顆粒和其周圍介質(zhì)的密度差成正比”，這是選礦學(xué)中斯托克斯定律的內(nèi)容。因此，提高固體顆粒的沉降速度，要求我們增大顆粒的直徑或者是增大固體顆粒和周圍介質(zhì)的密度。

（2）普通耙式濃縮機(jī)的缺點(diǎn)。普通的耙式濃縮機(jī)，有著自身無法克服的缺點(diǎn)：連續(xù)工作過程中，固體顆粒的沉降方向與澄清流上升的方向是相反的。煤泥水的出口流速快，煤泥水來不及充分沉淀，就從出口流出；加之原本沉淀的煤泥，在入料上升流的作用下，再次被攪起，這樣使得灰料又一次進(jìn)入到溢流中，那些在溢流中沒有沉淀的細(xì)小懸浮顆粒，再次進(jìn)入到循環(huán)水系統(tǒng)，進(jìn)行生產(chǎn)和工作。如此多次的循環(huán)下去，部分細(xì)小的顆粒越來越多，煤泥水的濃度也變得越來越大，形成一種惡性的循環(huán)。

雖然有的企業(yè)自己進(jìn)行了技術(shù)改造，提高了煤灰的處理能力，但是這些高效的濃縮機(jī)是在傳統(tǒng)的笨重、耗材多、質(zhì)量大、占地大、成本高、耗電量大的濃縮機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造的。這些原本就有的缺點(diǎn)，仍然給生產(chǎn)帶來了很大的麻煩。所以，這種所謂的高效濃縮機(jī)，仍然無法長期生存在選煤廠，必然被淘汰。高效濃縮機(jī)的需求，越來越明顯。

2 高效濃縮機(jī)的發(fā)展過程和特點(diǎn)

高效濃縮機(jī)的研究和起源，可以上溯到上世紀(jì)70年代末期。當(dāng)時(shí)在國外，選礦過程中礦漿高濃度輸送技術(shù)，就開始迅速興起，各種類型高效濃縮機(jī)紛紛發(fā)明并投入使用。上世紀(jì)80年代，我國引進(jìn)了高效濃縮機(jī)技術(shù)，國內(nèi)的選礦行業(yè)開始重視這種機(jī)器。我國也開始了自主研究和開發(fā)，其中最著名的品牌有GXN系列、XGN系列高效濃縮機(jī)等。到了21世紀(jì)，高效濃縮機(jī)已經(jīng)在許許多多的選煤廠得到了運(yùn)用，緩解了許多迫在眉睫的問題。

2.1 設(shè)計(jì)原理和基本概況

高效濃縮機(jī)作為一種新型灰水濃縮處理設(shè)備，是根據(jù)流體淺層理論設(shè)計(jì)的，不僅具有體積小、濃縮效率高、工程造價(jià)低、安裝使用維護(hù)簡便的性能，而且具有占地面積少、節(jié)能、節(jié)水、減少環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。在火力發(fā)電廠除灰系統(tǒng)灰水處理過程和建材和水源、污水處理和礦山、煤炭、化工的一切含固料漿的濃縮和凈化分離過程中，都有著無與倫比的優(yōu)勢，是混凝土結(jié)構(gòu)濃縮沉淀池的最佳換代產(chǎn)品。

高效濃縮機(jī)由耙架提升裝置、給料裝置、濃縮池、耙架、傳動裝置、卸料裝置和信號安全裝置等組成，其脫水過程是一種技術(shù)的革命和創(chuàng)新。

2.2 優(yōu)點(diǎn)分析

（1）處理量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通濃縮機(jī)。通常的情況下，高效濃縮機(jī)的單位處理量，比普通濃縮機(jī)高4～9倍，甚至更高。美國某公司有實(shí)驗(yàn)表明，高效濃縮機(jī)的處理能力，甚至比普通濃縮機(jī)高出13倍多。

（2）投資少。建設(shè)投資比相同處理能力的普通濃縮機(jī)低了將近1/3。

（3）濃縮效果好。其操作費(fèi)用雖然比普通濃縮機(jī)高一些，但是由于高效濃縮機(jī)電耗較低，而且可得到較高濃度的底流。這些超過的費(fèi)用，也就不顯得是高了。

（4）沉積層厚度大，池深靜壓高。高效濃縮機(jī)的入料方式，和傳統(tǒng)濃縮機(jī)的入料方式不一樣，在進(jìn)入濃縮機(jī)前，就對入料礦漿排氣，并把礦漿輸送到濃縮機(jī)底部的壓縮區(qū)，這使其沉積層厚度更大和池深靜壓更高，大大提高了濃縮的效率。

（5）脫氣裝置在給礦管前，可消除礦漿中的空氣。如果濃縮機(jī)的入料礦漿有比較多的氣量，固體顆粒的相對密度就會降低，而物料在給入濃縮機(jī)后，會因?yàn)榱黧w的干擾和相互撞擊，排出礦漿中的空氣，并且這些空氣會在礦漿內(nèi)形成氣泡，氣泡在上升過程中，粘附上許多細(xì)小的顆粒，這會使原來就不容易沉降的細(xì)小顆粒，又被氣泡帶到濃縮機(jī)的上面，不利于礦粒的沉降。這也會使溢流的固體濃度增加，很大程度地影響溢流水的清澈品質(zhì)。所以，設(shè)計(jì)一個(gè)脫氣裝置于給礦管前，可以消除礦漿中的空氣，對固體顆粒的沉降十分有利，也將濃縮機(jī)的處理能力大大提高。

（6）通過深層給料井，把礦漿送到濃縮池底。高效濃縮機(jī)的深層入料，將固體顆粒的沉降路程大大縮短，粗?？焖龠M(jìn)入到壓縮區(qū)，降低了中上部煤泥水的濃度；與此同時(shí)，給料處上部厚厚的沉積阻礙層，也對細(xì)粒物料的沉降有利。進(jìn)入濃縮機(jī)前的礦漿，就和絮凝劑混合在一起了，在給料井出口地方絮凝，并迅速形成的大絮團(tuán)，快速沉降到底，那些細(xì)小顆粒也在上升過程中遭受大量絮凝團(tuán)顆粒的碰撞，降低了上升的動能；另外，上面的絮團(tuán)物料層對上升液體中的細(xì)小顆粒，也起到了過濾的作用，這使得上升的液體濃度更小，也就使絮凝物料層和著粗細(xì)物料顆粒，一起沉入高效濃縮機(jī)底部并被排出。

2.3 濃縮池尺寸的改革

由于我國現(xiàn)在許多選煤廠所用的普通濃縮機(jī)，大多是上世紀(jì)60年代冶金礦山使用的礦山用濃縮機(jī)經(jīng)過改造生產(chǎn)出來的，采礦處理的礦漿含有密度很大的固體顆粒，能夠很好地沉淀，澄清區(qū)效果好，即使?jié)饪s池很淺，但溢流澄清水的品質(zhì)仍然有很高的清澈度。在采礦的企業(yè)中使用這種淺濃縮池效果較好，不會出現(xiàn)煤泥水帶來的各種問題。然而，因?yàn)槊耗嗨械墓腆w顆粒密度小，難以沉降，淺濃縮池的弊端也就顯現(xiàn)出來。沉淀速度慢很多，這和礦產(chǎn)沉淀物區(qū)別很大，因此如果再沿用這種普通的濃縮機(jī)，就會給濃縮池的溢流水帶來很大的麻煩，造成水的惡性循環(huán)，最終破壞濃縮機(jī)。除非加深濃縮池的深度，否則這個(gè)問題無法解決。

由于小的固體顆粒很容易與水流一起流出，溢流水水質(zhì)不高，濃縮機(jī)的處理能力就大打折扣了。再者，普通濃縮機(jī)池底的坡度范圍較小，一般為3°～7°，這樣的坡度有利于金屬礦產(chǎn)的漿料水的沉淀，卻阻礙了向中心排料口排料的泥漿的速度。

高效濃縮機(jī)改進(jìn)了技術(shù)，再一次克服了普通濃縮機(jī)的這一缺點(diǎn)。其采用了較高的池深，不僅使顆粒在池中的有更長的沉降濃縮時(shí)間，也把壓縮區(qū)的靜壓大大提高了。另外，高效濃縮機(jī)的設(shè)計(jì)中，還將池底的坡度增大了（一般為8°～16°），這樣池底的泥漿向中心排料口集中，就更加容易了。

2.4 高效濃縮機(jī)的革新——藥劑混合裝置的植入

由于在高效濃縮機(jī)的結(jié)構(gòu)中，增加了藥劑混合裝置，將絮凝劑添加進(jìn)泥漿中，這種方式對絮凝效果產(chǎn)生了積極的影響，絮凝效果的好壞對濃縮機(jī)的工作品質(zhì)有著質(zhì)的影響。

“如果絮凝劑添加點(diǎn)在浮選機(jī)尾礦箱，由于尾礦箱離尾煤濃縮機(jī)的距離較遠(yuǎn)，因此作用時(shí)間過長，而絮凝劑與物料的混合時(shí)間過長，會造成已形成的絮團(tuán)解離，絮凝效果不好；如果在濃縮機(jī)入料管添加絮凝劑，則作用時(shí)間短，絮凝劑與物料則來不及充分混合，無法形成絮團(tuán)，絮凝效果也不好?！边@是《選煤技術(shù)》雜志2002年第12期朱長玉先生的結(jié)論。

我們可以得出一個(gè)結(jié)論：添加絮凝劑的過程，必須有時(shí)間的限制，如果絮凝劑與入料礦漿接觸沒有充分混合，那么絮凝劑的絮凝效果就無法充分發(fā)揮出來，這也會增加藥劑的消耗。在進(jìn)入濃縮機(jī)前加藥，這是高效濃縮機(jī)的新設(shè)計(jì)理念，只有更為科學(xué)的加藥方式，才能使煤泥與藥劑得到充分混合，并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以最好的絮凝狀態(tài)進(jìn)入到高效濃縮機(jī)中，提高絮凝效果，降低藥耗。

目前，高效濃縮機(jī)的藥劑混合方式有許多種，通常國外高效濃縮機(jī)采用的裝置有Envir倒錐形裝置，旋流分散裝置和機(jī)械攪拌給料裝置。我國國內(nèi)使用的是GXN系列機(jī)器，為了提泥漿水的高絮凝效果，采用了靜態(tài)混合器及多點(diǎn)加藥方式。

2.5 對耙架位置的設(shè)計(jì)革新——中心傳動的方式

經(jīng)比較得知：高效濃縮機(jī)的單位處理能力，比普通耙式濃縮機(jī)高出3～9倍。相同處理能力的高效濃縮機(jī)直徑，較普通濃縮機(jī)的要小得多，需要的傳動力矩也小很多。所以，中心傳動方式，可以保證機(jī)器的正常運(yùn)行。這種傳動方式的最大的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)機(jī)器的負(fù)荷過大的時(shí)候，能夠把耙架自動提起來，荷載消除之后，耙架又自動恢復(fù)原位。而且中心傳動方式的濃縮效果好，溢流的水品質(zhì)高。

所有這些優(yōu)點(diǎn)，對選煤廠的長時(shí)間的連續(xù)生產(chǎn)來說，是非常節(jié)約的。前文在分析普通耙式濃縮機(jī)時(shí)已經(jīng)知道，在停電或給料不均時(shí)，容易壓耙，需要很多天的時(shí)間，才能重新開始運(yùn)轉(zhuǎn)。所以，這種自動提耙裝置，也是高效濃縮機(jī)高效的一種體現(xiàn)。

有一點(diǎn)不足的地方是，這種傳動方式的驅(qū)動裝置比較復(fù)雜。所以對于直徑大的高效濃縮機(jī)來說，驅(qū)動力矩變大帶來的作用，采用周邊傳動的方式會更好一些。

最后，在機(jī)器的操作方面，高效濃縮機(jī)的操作更為復(fù)雜一些。所以，對溢流水質(zhì)的控制，絮凝效果的把握，也都需要更高的技術(shù)操作含量。

3 結(jié)束語

煤泥水的有效處理，是一項(xiàng)關(guān)乎選煤廠能否持續(xù)高效運(yùn)行的程序。我國選煤技術(shù)的不斷突破與革新，將給高效濃縮機(jī)的發(fā)展帶來更好的性能。我國的煤炭需求量十分大，許多大型的選煤廠將會運(yùn)用到高效濃縮機(jī)。這種設(shè)計(jì)科學(xué)合理、占地少、結(jié)構(gòu)簡單、安裝和操作便捷、處理能力強(qiáng)大和溢流含固體量低的裝備，必將在選煤行業(yè)里面占據(jù)其不可動搖的地位。高效濃縮機(jī)是經(jīng)過不斷實(shí)踐和改革，并耗費(fèi)了大量的人力物力財(cái)力才最終設(shè)計(jì)出來的先進(jìn)的機(jī)器，可以斷定，這種機(jī)器將會得到更加廣泛的應(yīng)用。

[1]人力資源和社會保障部教材辦公室.采煤概論[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2009.

[2]謝廣元，等.選礦學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2001.

[3]劉 晰，等.NXZ系列高效濃縮機(jī)介紹 [J].煤炭技術(shù)，2000，（6）：77-78.

[4]趙光宇.高效濃縮機(jī)濃縮機(jī)理及其效率提高的措施[J].研究探討，2001，（3）：122-123.

[5]荊煒華.高效濃縮機(jī)在選煤廠的應(yīng)用 [J].煤礦設(shè)計(jì)，2000，（6）：144-146.

[6]廣東工學(xué)院資源系.選礦濃縮機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算方法[J].廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，（3）：95-96.

[7]汪建華，王知敏，濃縮機(jī)全底流浮選工藝的應(yīng)用 [J].選煤技術(shù)，2003，（3）：55-57.

[8]中國礦業(yè)出版社編委會.2009版選煤實(shí)用新技術(shù)手冊[K].北京：中國礦業(yè)出版社，2009.

[9]周春生.我國選煤廠煤泥水處理技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展方向[J].甘肅科技，2005，（2）：34-35.

[10]朱長玉.選煤機(jī)械技術(shù)研究[J].選煤技術(shù)，2002，（12）：77-79.