老虎臺(tái)礦礦井水與煤泥水綜合治理工程實(shí)施應(yīng)用

班 健

(老虎臺(tái)礦選煤廠，遼寧 撫順 113001)

0 引 言

我國(guó)作為煤炭開采和洗選生產(chǎn)的大國(guó)，在煤炭洗選加工的過程中，礦井水和煤泥水的循環(huán)利用至關(guān)重要。我國(guó)許多礦區(qū)水資源匱乏，近70%的礦區(qū)面臨缺水而其中40%礦區(qū)嚴(yán)重缺水[1]，因此礦井水的綜合利用成為解決礦區(qū)缺水問題的關(guān)鍵所在，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益統(tǒng)一的有效途徑。遵循“資源循環(huán)利用與節(jié)能環(huán)保”的原則，減少或避免長(zhǎng)距離輸水則可緩解或解決礦區(qū)嚴(yán)重的缺水問題并改善職工的生活條件，滿足煤炭行業(yè)持續(xù)發(fā)展對(duì)水資源的需求則對(duì)提高社會(huì)效益和資源循環(huán)利用及環(huán)境保護(hù)具有重要意義。

老虎臺(tái)礦選煤廠主要負(fù)責(zé)對(duì)其井下原煤進(jìn)行洗選加工，但近年由于原煤煤泥含量增加而導(dǎo)致選煤廠的煤泥水洗煤循環(huán)水質(zhì)量濃度提升，循環(huán)水已不能重復(fù)使用故需對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步處理。井下生產(chǎn)產(chǎn)生的礦井污水也需對(duì)其進(jìn)行深度處理，即先將礦井水與選煤廠煤泥水匯集至總?cè)莘e為2 500 m3的調(diào)節(jié)池，經(jīng)混合、攪拌后再用泵送至高效濃縮機(jī)內(nèi)進(jìn)行濃縮、沉淀，濃縮機(jī)底流進(jìn)入選煤廠處理，溢流進(jìn)入1 000 m3中間水池作為選煤廠生產(chǎn)補(bǔ)充水使用或經(jīng)過濾后外排。工程處理的具體設(shè)計(jì)水量、水質(zhì)及出水標(biāo)準(zhǔn)如下：① 設(shè)計(jì)水量。礦井水水量為8 000 m3/d，質(zhì)量濃度為2～5 g/L(設(shè)計(jì)時(shí)取最大值)；選煤廠水量、質(zhì)量濃度、煤泥真密度分別為5 496 m3/d、204 g/L、1.6 g/cm3；② 設(shè)計(jì)要求。入水量16 000 m3/d，質(zhì)量濃度小于100 g/L；③ 出水標(biāo)準(zhǔn)。出水為外排達(dá)標(biāo)水,懸浮物含量小于20 mg/L;④ 項(xiàng)目建設(shè)用地:老虎臺(tái)礦供應(yīng)科院內(nèi)。

工程以國(guó)家建設(shè)部、國(guó)家環(huán)保部等部門的有關(guān)文件、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家及地方的現(xiàn)行有關(guān)建設(shè)、環(huán)境保護(hù)的各項(xiàng)環(huán)保法規(guī)及經(jīng)濟(jì)技術(shù)政策，工藝流程科學(xué)合理，確保各項(xiàng)出水指標(biāo)達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合廢水水質(zhì)、水量特點(diǎn)，借鑒和汲取類似行業(yè)廢水治理的成功案例和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[2-12]，老虎臺(tái)礦礦井水與煤泥水綜合治理工程本著“技術(shù)上先進(jìn)、運(yùn)行上安全可靠、經(jīng)濟(jì)上合理可行”的原則，建設(shè)工藝科學(xué)、流程簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低、占地面積小、處理效果穩(wěn)定的廢水處理系統(tǒng)，確保污水治理裝置出水水質(zhì)和水量的穩(wěn)定，滿足老虎臺(tái)礦和選煤廠連續(xù)生產(chǎn)要求。

1 煤泥水治理項(xiàng)目技術(shù)要求與自動(dòng)化系統(tǒng)

1.1 老虎臺(tái)礦煤泥水治理項(xiàng)目技術(shù)要求

依據(jù)國(guó)家環(huán)保部門提出的相關(guān)要求，老虎臺(tái)礦煤泥水處理廠出水水質(zhì)指標(biāo)要達(dá)到GB/T 50335—2002《污水再生利用工程設(shè)計(jì)規(guī)定》中“循環(huán)冷卻系統(tǒng)補(bǔ)充水”標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)[13-14]，施工標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)高于該標(biāo)準(zhǔn)，以便國(guó)標(biāo)要求提高后可確保該系統(tǒng)還能夠滿足要求；系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置足夠容積的事故池，停留時(shí)間按國(guó)家相關(guān)要求設(shè)定；系統(tǒng)配制藥劑可采用生活水，設(shè)備內(nèi)部清洗等采用老虎臺(tái)礦工業(yè)水；煤泥水水質(zhì)存在一定的波動(dòng)性，甚至超出設(shè)計(jì)時(shí)提供的煤泥水水質(zhì)指標(biāo)，煤泥水處理廠要有一定的適應(yīng)能力，避免由于煤泥水的質(zhì)量濃度波動(dòng)或煤泥水質(zhì)超出給定范圍而造成煤泥水處理廠停運(yùn)、處理量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求或出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)。礦井水和煤泥水治理工程的主要工藝為高效濃縮機(jī)加過濾器，工藝流程如圖1所示。

圖1 礦井水和煤泥水治理工程工藝流程

圖2 礦井水綜合利用示意

圖3 后續(xù)計(jì)劃實(shí)施后礦井水綜合利用示意

1.2 工程自動(dòng)化系統(tǒng)

該工程自動(dòng)化系統(tǒng)采用目前工業(yè)領(lǐng)域非常成熟、先進(jìn)的全廠計(jì)算機(jī)管理控制系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱SCADA)，是用工業(yè)以太網(wǎng)為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)并配以高性能與高可靠的管理計(jì)算機(jī)、具有服務(wù)器功能的中央監(jiān)控操作站、PLC現(xiàn)場(chǎng)控制站組成的以選煤廠集成自動(dòng)化為概念的生產(chǎn)過程自動(dòng)化系統(tǒng)[15]。該自動(dòng)化系統(tǒng)是由現(xiàn)場(chǎng)控制站、中央監(jiān)控操作站和工廠計(jì)算機(jī)管理級(jí)組成的3級(jí)計(jì)算機(jī)管理控制系統(tǒng)。場(chǎng)控制站由現(xiàn)場(chǎng)儀表、執(zhí)行器和PLC組成，中央監(jiān)控操作站由監(jiān)控計(jì)算機(jī)、故障和圖表打印機(jī)組成。預(yù)留通訊接口，可將煤泥水治理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與工廠管理級(jí)計(jì)算機(jī)連接并進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊，控制方式如下：① 手動(dòng)模式。通過手動(dòng)模式可就地控制箱或MCC上的按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的啟停操作；② 軟手動(dòng)模式。即遠(yuǎn)程手動(dòng)控制方式，操作人員通過操作面板或操作站的監(jiān)控畫面用鼠標(biāo)器或鍵盤以控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備；③ 自動(dòng)方式。設(shè)備的運(yùn)行完全由PLC根據(jù)各檢測(cè)儀表傳送的信號(hào)、煤泥水治理系統(tǒng)的工況及工藝參數(shù)來完成對(duì)設(shè)備的啟停控制，而不需要人工干預(yù)。

上述3種方式的控制級(jí)別由低到高排序?yàn)槭謩?dòng)控制、軟手動(dòng)控制、自動(dòng)控制。對(duì)于設(shè)備自帶的控制單元、電氣系統(tǒng)提供給監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)的信號(hào)單元等，其接口點(diǎn)為各自所在區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)控制站。

煤泥水治理裝置整套系統(tǒng)工藝及設(shè)備應(yīng)滿足以下要求：① 采用先進(jìn)、成熟、可靠的技術(shù)，造價(jià)經(jīng)濟(jì)、合理，力爭(zhēng)節(jié)省能源、水和原材料，降低建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用；② 系統(tǒng)設(shè)備的可利用率不低于上游設(shè)備，且裝置操作簡(jiǎn)便并降低崗位員工勞動(dòng)強(qiáng)度，便于運(yùn)行維護(hù)及確保人員和設(shè)備安全；③ 系統(tǒng)安全、環(huán)保，達(dá)到無任何形態(tài)物質(zhì)泄漏的要求；④ 系統(tǒng)的調(diào)試、啟/停和運(yùn)行應(yīng)不影響上下游生產(chǎn)工序設(shè)備的正常使用；⑤ 系統(tǒng)應(yīng)能快速啟動(dòng)投入，在負(fù)荷調(diào)整時(shí)有良好的適應(yīng)性，在運(yùn)行條件下能可靠和穩(wěn)定地連續(xù)運(yùn)行；⑥ 在調(diào)節(jié)池的使用、停用、檢修及負(fù)荷變動(dòng)等過程中，該煤泥水系統(tǒng)要有充分的適應(yīng)性，并能夠穩(wěn)定運(yùn)行；⑦ 在設(shè)計(jì)和安裝上留有足夠的空間，包括施工、檢修需要的吊裝及操作空間；⑧ 嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家有關(guān)化工防腐質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；⑨ 在確保煤泥水治理裝置穩(wěn)定運(yùn)行、出水指標(biāo)經(jīng)環(huán)保部門監(jiān)測(cè)達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)的前提下，運(yùn)行費(fèi)用不得高于投標(biāo)書中報(bào)價(jià)；⑩ “三廢”處理滿足環(huán)保要求，不能有新的污染物和二次污染產(chǎn)生，充分做到除臭和防噪，達(dá)到《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16297—1996)、《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 14554—1993)的要求。

2 礦井水與煤泥水綜合治理工程實(shí)施應(yīng)用

老虎臺(tái)礦礦井水主要分凈水和渾水2個(gè)部分組成，凈水主要為地下水及地表水下滲，而渾水是井下生產(chǎn)過程中摻雜的水，老虎臺(tái)礦礦井水與煤泥水綜合治理1期時(shí)已實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井水中的渾水與選煤廠生產(chǎn)產(chǎn)生的洗煤用水進(jìn)行回收利用。其中，渾水先經(jīng)選煤廠西山圓池排至礦井水處理工藝系統(tǒng)，經(jīng)濃縮、過濾后符合環(huán)保達(dá)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)再外排至東露天礦西南泵站，也可將渾水處理達(dá)標(biāo)后用以自用。

老虎臺(tái)礦礦井水與煤泥水綜合治理 2 期工程主要處理井下水中凈水部分與選煤廠過濾后的外排水集中回收利用，其中凈水供給主要包括千金油廠用水、選煤廠生產(chǎn)用水、礦區(qū)生活用水、暖氣廠鍋爐用水 4 個(gè)部分，凈水總量約為10 000 m3/d，分配比例約為3∶3∶3∶1。千金油廠每天的凈水需求量為7 000 m3左右，而老虎臺(tái)礦的供給量每天約為3 000 m3，差額水量需要東露天西北泵站供給。在 1 期工程的基礎(chǔ)上增設(shè)水泵、供水管線改設(shè)等工藝環(huán)節(jié)，將過濾后外排水充分回收至西山水池后并與井下凈水集中利用供給千金油廠，老虎臺(tái)礦礦井水與煤泥水綜合治理 2 期工程調(diào)整井下凈水供給方式，實(shí)現(xiàn)過濾水再利用，不僅供選煤廠自己生產(chǎn)用水使用，更有效實(shí)現(xiàn)對(duì)千金油廠的供水補(bǔ)給。

2.1 改造背景及方案可實(shí)施性確定

在工程改造前期，集團(tuán)公司提出利用老虎臺(tái)礦選煤廠處理后的外排水供給千金油廠的設(shè)想，由選煤廠落實(shí)該設(shè)想的可實(shí)施性。選煤廠經(jīng)過實(shí)地勘察后，一致認(rèn)為若將外排水供給千金油廠則工程量大、資金投入多?；谝陨峡紤]并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，調(diào)整西山水池井下凈水的供給方式，凈水部分按千金油廠需求量供給，每天增加4 000 m3清水，多余的部分仍可作為礦區(qū)生活用水和鍋爐用水使用，而選煤廠洗煤生產(chǎn)用水利用礦井水處理系統(tǒng)工藝處理后的外排水。該種方式只需對(duì)選煤廠內(nèi)部供水管網(wǎng)進(jìn)行調(diào)整，所有施工選煤廠可自行處理，充分利用閑置舊設(shè)備和水池、管路，具備改造量少、工期短、投資少的特點(diǎn)。為了確定方案的可實(shí)施性，選煤廠對(duì)生產(chǎn)用水供給方式變化可能產(chǎn)生的影響因素進(jìn)行逐項(xiàng)分析，基于采用外排水加藥不會(huì)影響藥劑溶解和作用發(fā)揮，甚至考慮到40 m濃縮機(jī)加藥用水水性變化是否會(huì)影響藥性，綜合所有因素以確保改造方案的可實(shí)施性。

改造方案的重點(diǎn)在于保證外排水供給選煤廠生產(chǎn)的穩(wěn)定性，確定將閑置的6DA月牙池的南部水池清理干凈作為緩沖水池。從φ40 m濃縮機(jī)外排水管路引出 1 條線路至6DA月牙池內(nèi)，在月牙池外底部增設(shè) 1 臺(tái)水泵，將泵的出水口與原211號(hào)供水管線對(duì)接，形成φ40 m外排水→月牙池→底流泵→211號(hào)沖水系統(tǒng)完整線路以供應(yīng)選煤廠的生產(chǎn)用水，沿途將老廠加藥用水、烘干脫硫噴淋用水、崗點(diǎn)清掃用水等用水點(diǎn)連接至該管線，實(shí)現(xiàn)選煤廠生產(chǎn)用水全部使用外排水的目的，如圖 2 所示。

2.2 改造方案實(shí)施

改造方案從2022-03-28立項(xiàng)前期材料準(zhǔn)備開始，于2022-04-18結(jié)束，歷時(shí)工期17 d。工程量包括增設(shè)S系列雙吸水泵(配套電機(jī))1臺(tái)；φ425 mm、φ273 mm等各種型號(hào)管路共計(jì)65 m，各種型號(hào)水門4臺(tái)，彎頭12個(gè)。改造投入檢修作業(yè)人員及現(xiàn)場(chǎng)管理人員共計(jì)60 余人次。經(jīng)過生產(chǎn)過程中實(shí)踐驗(yàn)證，新改造的供水系統(tǒng)基本能滿足生產(chǎn)需要。同時(shí)，6DA區(qū)域今后將作為選煤廠生產(chǎn)用水供給的樞紐站，集中力量對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行治理，拆除廢棄的管路、平臺(tái)等，規(guī)范整治區(qū)域內(nèi)的樓梯、護(hù)欄、走臺(tái)、平臺(tái)，在使用的管路外部重新刷油，設(shè)置流向標(biāo)識(shí)牌以提高現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化水平。

2.3 效益測(cè)算

老虎臺(tái)礦礦井水與煤泥水綜合治理工程改造實(shí)施后可為企業(yè)增加經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)省生產(chǎn)成本。在資金投入方面，選煤廠提出的改造方案一次性材料投入共計(jì)6.48 萬元，相比之前方案可節(jié)省材料費(fèi)45.5 萬元(未考慮外委施工費(fèi))，此外供給方式的調(diào)整可產(chǎn)生長(zhǎng)期效益。

(1)調(diào)整前4 000 m3的差額水需要東露天礦西北泵站供給，供給距離遠(yuǎn)，泵的功率大(功率560 kW及流量625 m3/h)；調(diào)整后仍由選煤廠西山水泵供給，泵功率小(功率75 kW及流量486 m3/h)，若按照每天4 000 m3水量、電價(jià)0.7元/(kW·h)計(jì)算，年可節(jié)省電費(fèi)75.8 萬元。

(2)調(diào)整前選煤廠的外排水排往東露天西南泵站，現(xiàn)在一部分水截留選煤廠自用，排往西南泵站總體水量減少。西南泵站使用泵功率560 kW，流量1 181 m3/h，按照每天4 000 m3水量計(jì)算，年可節(jié)省電費(fèi)48.5 萬元。綜上計(jì)算，共計(jì)年節(jié)省資金169.8 萬元，其中一次性投入年節(jié)資45.5 萬元，年節(jié)省電費(fèi)124.3 萬元。

2.4 后續(xù)實(shí)施計(jì)劃

前期改造形成后，考慮到千金油廠可能增加兩部爐作業(yè)，用水量仍會(huì)增加。且東露天礦西南泵站有可能因?yàn)槟蠑U(kuò)拆除，建議將選煤廠處理后的外排水全部回收，一部分作為選煤廠生產(chǎn)用水，余下的部分排至西山水池以作為凈水供油廠使用，不再往東露天西南泵站排水。月牙池分南部池(小)和北部池(大)，目前將南部池作為選煤生產(chǎn)用水緩沖池，北部池收集大車道來水，池滿后排往西山渾水池。

由于月牙北部池有成熟的西山排水管線，后續(xù)實(shí)施計(jì)劃將調(diào)換南北部池的作用，以南部池作為大車道匯水池，通過泵排至選煤廠水處理系統(tǒng)中。外排水進(jìn)北部池，保證在不出溢流的前提下，一部分作為選煤廠生產(chǎn)用水，余下部分全部排往西山凈水池，供給千金油廠或集團(tuán)內(nèi)其他用水單位。如圖 3 所示。

在設(shè)備投入上需新購(gòu)置 2 臺(tái)高揚(yáng)程水泵(一開一備)，實(shí)現(xiàn)廠內(nèi)各生產(chǎn)區(qū)域所使用的清水全部由北部池供水。鑒于目前北部池供西山水泵由局內(nèi)調(diào)劑而得，泵的狀態(tài)不佳，且無備用泵，目前間斷性開啟而今后運(yùn)行率將大幅增加，需購(gòu)置 2 臺(tái)高揚(yáng)程水泵(一開一備)，泵的選型目前選煤廠正在試驗(yàn)中。上述改動(dòng)形成后，可實(shí)現(xiàn)往西山多供凈水的設(shè)想。

3 結(jié) 語

近年來，老虎臺(tái)礦選煤廠經(jīng)過多次技術(shù)改造升級(jí)，通過跳汰機(jī)改造升級(jí)后提高精煤產(chǎn)率，有效增加單位時(shí)間的商品煤產(chǎn)量。通過板框壓濾機(jī)改造升級(jí)、煤泥烘干深加工等改造工程，增加煤泥回收產(chǎn)量并實(shí)現(xiàn)煤泥的深加工，濕煤泥經(jīng)烘干加工成烘干粉進(jìn)行銷售，企業(yè)收入得以增加。通過增設(shè) 40 m凈化水車間對(duì)選煤廠煤泥水和礦井水濃縮過濾處理從而實(shí)現(xiàn)煤泥的高效回收，過濾后的水質(zhì)達(dá)到國(guó)家外排標(biāo)準(zhǔn)。

由上可知，通過礦井水與煤泥水綜合利用改造工程，可實(shí)現(xiàn)過濾后外排水自身回收利用，同時(shí)成功實(shí)現(xiàn)對(duì)有用水需求的其他單位之供水嘗試，踐行企業(yè)的綠色發(fā)展理念。

目前老虎臺(tái)礦選煤廠的洗煤工藝更加優(yōu)化，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更具多樣性，通過技術(shù)改造可為企業(yè)增加效益，同時(shí)符合國(guó)家能源綠色發(fā)展的戰(zhàn)略，為國(guó)家雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)作出微小貢獻(xiàn)。