選煤廠洗水凈化再生工藝分析與探討

戴化震

(中國煤炭科工集團(tuán) 北京華宇工程有限公司，河南 平頂山 467002)

選煤廠洗水凈化再生工藝分析與探討

戴化震

(中國煤炭科工集團(tuán) 北京華宇工程有限公司，河南 平頂山 467002)

分析介紹了有代表性的四座選煤廠的洗水凈化再生工藝，提出了一種新的煤泥水一段濃縮+ DH高效污水凈化器凈化工藝，詳細(xì)闡述了該工藝關(guān)鍵設(shè)備——DH高效污水凈化器的工作原理及凈化過程，并基于礦井水的凈化再生實(shí)踐，預(yù)測了該工藝的運(yùn)行效果。

選煤廠；洗水凈化再生；洗水凈化再生工藝；DH高效污水凈化器；動(dòng)態(tài)過濾

煤泥水凈化回收系統(tǒng)運(yùn)行的好壞是決定選煤廠能否正常生產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)洗水閉路循環(huán)的關(guān)鍵因素。選煤工作者也一直將煤泥水的高效凈化回收作為重點(diǎn)研究的方向，業(yè)界已有的研究表明，煤泥水凈化回收的難點(diǎn)在于高灰微細(xì)顆粒的較難沉降[1]。為了更方便地調(diào)節(jié)選煤廠的洗水平衡及進(jìn)一步降低循環(huán)水的濃度，努力實(shí)現(xiàn)清水洗煤，近年來已有十余座選煤廠采用了洗水凈化再生工藝[2]，例如成莊選煤廠、龍固選煤廠、屯蘭選煤廠、謝橋選煤廠等。

1 幾種洗水凈化再生工藝介紹

1.1 成莊選煤廠洗水凈化再生工藝

經(jīng)過多年的實(shí)踐與研究，晉城煤業(yè)集團(tuán)成莊選煤廠在煤泥水處理方面摸索出了一套成功的經(jīng)驗(yàn)。

該選煤廠原煤分選分為塊煤分選系統(tǒng)及末煤分選系統(tǒng)，原設(shè)計(jì)中塊煤分選系統(tǒng)與末煤分選系統(tǒng)的煤泥水是分別進(jìn)行濃縮、壓濾脫水回收的，循環(huán)水系統(tǒng)也是相互獨(dú)立的，全廠的煤泥水處理工藝管理難度較高，生產(chǎn)中曾因管理疏忽發(fā)生過幾次洗水外排事故。后經(jīng)分析研究，該廠對(duì)煤泥水系統(tǒng)進(jìn)行了改造：將原系統(tǒng)中的末煤濃縮機(jī)(φ30.5 m)作為全廠塊煤、末煤分選系統(tǒng)共用的尾煤濃縮機(jī)，將塊煤、末煤分選系統(tǒng)的尾煤水進(jìn)行統(tǒng)一濃縮回收處理；尾煤濃縮機(jī)的底流利用原有的壓濾機(jī)脫水回收，壓濾機(jī)的濾液返回尾煤濃縮機(jī)；尾煤濃縮機(jī)的溢流給入改造后的循環(huán)水池(將原有塊煤循環(huán)水池與末煤循環(huán)水池在底部用水管連通)，作為塊煤、末煤分選系統(tǒng)共用的生產(chǎn)循環(huán)水；另外，將原系統(tǒng)中的備用濃縮機(jī)(φ30 m)改造作為凈化濃縮機(jī)，其底流與尾煤濃縮機(jī)底流一同利用壓濾機(jī)脫水回收，其中部用水管與循環(huán)水池的上部連通。這樣，改造后的循環(huán)水池與凈化濃縮機(jī)就共同形成了一個(gè)容量巨大的緩沖池，能在較大范圍內(nèi)自動(dòng)調(diào)節(jié)生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)的水量盈虧，可避免生產(chǎn)系統(tǒng)水量不平衡時(shí)的洗水外排。同時(shí)，因凈化濃縮機(jī)與循環(huán)水池相連通，凈化濃縮機(jī)內(nèi)的洗水繼續(xù)凈化后能進(jìn)一步降低生產(chǎn)循環(huán)水的濃度[3,4]。該廠對(duì)煤泥水系統(tǒng)改造，采用洗水凈化再生工藝(圖1)后，不僅不再外排煤泥水，而且生產(chǎn)中可保持洗水濃度不高于10 g/L，達(dá)到了選煤廠一級(jí)洗水閉路循環(huán)的要求(即洗水濃度<50 g/L)[3]。

圖1 成莊選煤廠洗水凈化再生系統(tǒng)

1.2 龍固選煤廠洗水凈化再生工藝

龍固選煤廠采用的洗水凈化系統(tǒng)(圖2)工藝流程為：生產(chǎn)系統(tǒng)排出的煤泥水給入尾煤濃縮機(jī)，尾煤濃縮機(jī)溢流進(jìn)入循環(huán)水池，供生產(chǎn)循環(huán)使用；尾煤濃縮機(jī)底流的高濃度煤泥水經(jīng)泵送至尾煤壓濾機(jī)脫水后回收煤泥；尾煤壓濾機(jī)的濾液經(jīng)加藥沉淀后再給入凈化濃縮機(jī)，凈化濃縮機(jī)的溢流進(jìn)入澄清水池，澄清水可作為渣漿泵軸封水使用；凈化濃縮機(jī)的底流與尾煤濃縮機(jī)底流一同經(jīng)尾煤壓濾機(jī)脫水回收。系統(tǒng)中凈化濃縮機(jī)的中部用水管與循環(huán)水池相連通。

圖2 龍固選煤廠洗水凈化再生系統(tǒng)

與成莊選煤廠洗水凈化工藝相比，龍固選煤廠的洗水凈化工藝的不同之處在于：凈化濃縮機(jī)除中流管與循環(huán)水池相連通之外，還有另一部分的入料組成，即尾煤壓濾機(jī)的濾液；而成莊選煤廠是將尾煤壓濾機(jī)的濾液返回了尾煤濃縮機(jī)，而不是給入凈化濃縮機(jī)。龍固選煤廠的洗水凈化工藝優(yōu)點(diǎn)在于：雖然壓濾機(jī)在入料的初始階段濾液濃度略高，但在隨后的成餅、壓濾、壓榨階段濾液濃度非常低，綜合壓濾機(jī)一個(gè)工作周期來說，壓濾機(jī)濾液的總體濃度遠(yuǎn)低于尾煤濃縮機(jī)的入料濃度，因此壓濾機(jī)濾液給入凈化濃縮機(jī)可使凈化濃縮機(jī)的溢流濃度比尾煤濃縮機(jī)的溢流濃度低很多，從而可實(shí)現(xiàn)凈化濃縮機(jī)的溢流可作為澄清水使用。另外，尾煤壓濾機(jī)的濾液不再返回尾煤濃縮機(jī)，還可以減少尾煤濃縮機(jī)的水處理負(fù)荷，改善尾煤濃縮機(jī)中煤泥沉降、濃縮的效果，從而降低尾煤濃縮機(jī)的溢流濃度。

1.3 屯蘭選煤廠洗水凈化再生工藝

屯蘭選煤廠的洗水凈化再生工藝流程如圖3所示。其與龍固選煤廠洗水凈化再生工藝不同之處在于：龍固選煤廠的煤泥水在進(jìn)入凈化濃縮機(jī)之前只經(jīng)過一段濃縮，一段濃縮機(jī)為φ50 m的大型濃縮機(jī)，而屯蘭選煤廠的煤泥水在進(jìn)入凈化濃縮機(jī)之前經(jīng)過了兩段濃縮，其中一段濃縮機(jī)為φ30 m，二段濃縮機(jī)為φ45 m，凈化濃縮機(jī)為φ30 m。生產(chǎn)實(shí)踐表明，屯蘭選煤廠一段濃縮機(jī)的溢流濃度一般可控制在30 g/L，二段濃縮機(jī)的溢流一般在15 g/L以下，凈化濃縮機(jī)的溢流濃度一般在0.5 g/L以下。屯蘭選煤廠二段濃縮機(jī)的溢流做生產(chǎn)循環(huán)水使用，凈化濃縮機(jī)的溢流則作為生產(chǎn)清水返回系統(tǒng)復(fù)用[5]。

1.4 謝橋選煤廠洗水凈化再生工藝

謝橋選煤廠的洗水凈化再生工藝如圖4所示。其與屯蘭選煤廠不同之處在于：屯蘭選煤廠一段濃縮機(jī)的底流采用旋流分級(jí)+高頻篩脫水回收，旋流分級(jí)的溢流與高頻篩的篩下水又返回了一段濃縮機(jī)；而謝橋選煤廠一段濃縮機(jī)的底流采用沉降過濾離心機(jī)脫水回收，沉降過濾離心機(jī)的濾液與一段濃縮機(jī)的溢流一同給入二段濃縮機(jī)。該工藝比屯蘭選煤廠的略簡化，能在一定程度上避免微細(xì)顆粒在一段濃縮機(jī)內(nèi)的循環(huán)積聚。

圖3 屯蘭選煤廠洗水凈化再生工藝

圖4 謝橋選煤廠洗水凈化再生工藝流程

2 洗水凈化再生新工藝探討

通過前述成莊、龍固、屯蘭、謝橋等選煤廠洗水凈化再生工藝的簡述可知，現(xiàn)有洗水凈化再生工藝至少需要一段尾煤濃縮+凈化濃縮，甚至有的還需要兩段尾煤濃縮+凈化濃縮，采用的方法主要是重力(自然)沉降法，其特點(diǎn)是凈化時(shí)間長，占用場地較大，基建投資費(fèi)用較高。

2012年，受業(yè)主委托，對(duì)安家?guī)X選煤廠煤泥水系統(tǒng)進(jìn)行改造，將煤泥水進(jìn)行高度凈化后返回生產(chǎn)系統(tǒng)作為渣漿泵軸封水使用。結(jié)合該廠廠區(qū)可用場地小的情況，提出了煤泥水一段濃縮+ DH高效污水凈化器凈化工藝，即：將煤泥水一段濃縮機(jī)溢流(循環(huán)水)給入DH高效污水凈化器進(jìn)行凈化，得到的澄清水做為渣漿泵軸封水使用，同時(shí)DH高效凈化器的反沖洗也利用少量自身產(chǎn)出的澄清水；凈化器排出的污水再返回濃縮機(jī)。其工藝流程見圖5。

圖5 煤泥水一段濃縮+ DH污水凈化工藝Fig.5 One-stage thickener + DH purifier purification process

2.1 關(guān)鍵設(shè)備

DH污水凈化器(圖6)為該工藝的關(guān)鍵設(shè)備，該設(shè)備在火電廠灰渣水處理、水電站砂石料洗水處理中已有成熟應(yīng)用的案例[6-8]，但在選煤廠的煤泥水凈化工藝中尚鮮有應(yīng)用。

圖6 DH高效污水凈化器結(jié)構(gòu)

根據(jù)已有的文獻(xiàn)介紹可知，DH污水凈化器與選煤廠常用的煤泥水水力濃縮分級(jí)旋流器工作過程部分相似，如同一個(gè)放大的水力濃縮分級(jí)旋流器，主要區(qū)別是在罐體內(nèi)部離心分離區(qū)與溢流出水口之間增加了一個(gè)動(dòng)態(tài)過濾層，將離心分離區(qū)與底流排污口之間錐部的錐角加大，形成了一個(gè)污泥濃縮區(qū)。

煤泥水在DH污水凈化器中分級(jí)、凈化包括三個(gè)主要過程，即離心分離、動(dòng)態(tài)過濾、污泥壓縮。工作時(shí)，入料煤泥水在一定壓力下沿切向進(jìn)料口給入凈化器罐體，在罐體內(nèi)形成一個(gè)回轉(zhuǎn)流，產(chǎn)生離心力；回轉(zhuǎn)流中的較粗顆粒(含較大絮體)受到的離心力作用相對(duì)較大，被甩向旋轉(zhuǎn)流外側(cè)，并沿罐體器壁隨下旋流運(yùn)動(dòng)至罐體下部的濃縮區(qū)，而回轉(zhuǎn)流中的細(xì)小顆粒則被向心的液流推向罐體中心并向上運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入動(dòng)態(tài)過濾層；動(dòng)態(tài)過濾層是該設(shè)備能實(shí)現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)將微細(xì)顆粒有效截留的關(guān)鍵，此區(qū)域填充了特殊結(jié)構(gòu)、微小粒徑的表面吸附懸浮濾料，填充的濾料可以根據(jù)出水水質(zhì)的要求進(jìn)行不同的粒徑配置以及設(shè)計(jì)不同的填充高度；借助罐體內(nèi)的旋流及上升流，濾料間相互摩擦、碰撞，產(chǎn)生撓動(dòng)，濾料不易板結(jié)，不會(huì)在過濾面形成泥餅，顆粒吸附物容易凝聚脫落下沉，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)過濾。罐體下部錐體的污泥濃縮過程與選煤廠濃縮機(jī)的下部壓縮區(qū)工作原理類似，即污泥因相互接觸及上層顆粒的重力作用，下層顆粒間的液體被擠出，顆粒物被進(jìn)一步壓縮并從排污口排出[6-8]。

類似于選煤廠濃縮機(jī)入料中添加凝聚劑、絮凝劑的原理，DH污水凈化器也可通過在混凝器前后分別加入無機(jī)藥劑及有機(jī)藥劑的方法，進(jìn)行微細(xì)顆粒的絮凝造粒。

2.2 應(yīng)用效果

煤泥水一段濃縮+ DH高效污水凈化工藝通過了業(yè)主方認(rèn)可，目前該項(xiàng)目現(xiàn)已進(jìn)入施工階段，雖然還未正式運(yùn)行，但已有的礦井水處理工程可為本項(xiàng)目提供參考。例如，高莊煤礦礦井水治理中，使用DH高效凈化器處理水力采煤廢水，在入料固體物含量達(dá)60 g/L，污水中粒徑在5～10 μm的懸浮物占30%～40%的情況下，經(jīng)DH高效凈化器處理后，懸浮物固體含量<10 mg/L，色度<4倍。預(yù)計(jì)本工程建成運(yùn)行后，能夠使澄清水固體含量不高于10 mg/L，懸浮物截留粒度達(dá)到10 μm，可將澄清水用作渣漿泵軸封水使用。

3 結(jié)語

選煤廠常見的洗水凈化再生工藝主要是采用重力(自然)沉降法，其特點(diǎn)是凈化時(shí)間長，占用場地較大。在現(xiàn)有洗水凈化再生工藝的基礎(chǔ)上，提出的煤泥水一段濃縮+ DH高效污水凈化工藝的創(chuàng)新點(diǎn)主要是采用動(dòng)態(tài)過濾的方法，對(duì)煤泥水中的微細(xì)顆粒進(jìn)行截留處理，優(yōu)點(diǎn)是凈化速度快，并可節(jié)省占地面積和基建投資，非常適用于煤泥水凈化的技改項(xiàng)目。

[1] 李亞萍，李躍金．粒度組成對(duì)煤泥水沉降影響的研究[J]．廣東化工，2011，38(6)：312-314.

[2] 李天福. 選煤廠煤泥水作業(yè)處理上應(yīng)解決的問題[J].煤炭技術(shù)，2008(7):119-120.

[3] 盧武科，姬迎春. 選煤廠洗水處理工藝的研究與實(shí)踐[J].煤炭加工與綜合利用，2007(3):14-16.

[4] 張 軍. 謝橋新選煤廠煤泥水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 煤炭工程，2013(4):24-26.

[5] 劉永光. 淺析屯蘭礦選煤廠煤泥水處理循環(huán)利用[J]. 山西焦煤科技，2012(2):36-38,44.

[6] 劉清海，王利華. DH高效污水凈化器技術(shù)在火電廠高濃度灰渣水處理中的應(yīng)用[EB/OL]. [2016-05-20]. http://www.xchen.com.cn/dyjy/sxdylw/485675.html.

[7] 李 輝. 水利水電砂石工程廢水處理方法研究[J].水電與新能源，2013(6):72-75.

[8] 張 博，關(guān) 薇. 砂石加工系統(tǒng)廢水處理新工藝探討[J].西北水電，2009(6):50-52,56.

Study and analysis of coal preparation plant washwater purification and reclaimation process

DAI Hua-zhen

(Beijing Huayu Engineering Co., Ltd., China Coal Engineering and Technology Group, Pingdingshan 467002, Henan, China)

Following an analysis of washwater purification and reclaimation process applied in 4 representative coal preparation plants, a novel high-efficiency slurry water purification process is proposed. The process proposed involves the use of a single-stage thickener and a DH high-efficiency purifier. The paper presents a detailed description of the working principle and the effluent purification process of the DH purifier, a key equipment applied in the washwater purification and reclaimation process. Based on the result of purification of mine water with DH purifier, the performance of the unit for purification of washwater is predicted.

coal preparation plant; washwater purification and reclaimation; washwater purification and reclaimation process; DH high-efficiency effluent purifier; dynamic filtration

1001-3571(2016)04-0051-04

TD946.2

B

2016-05-30

10.16447/j.cnki.cpt.2016.04.014

戴化震(1983—)，男，江蘇省徐州市人，碩士，工程師，從事選煤廠設(shè)計(jì)工作。

E-mail:15886713953@163.com Tel: 15886713953

戴化震. 選煤廠洗水凈化再生工藝分析與探討[J]. 選煤技術(shù)，2016(4)：51-54.