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选煤厂煤泥水浓缩技术及发展趋势
摘要：讲述了浓缩在选煤厂煤泥水处理系统中的重要性，介绍了几种常见的浓缩工艺和常见浓缩机，并分析了影响浓缩机的因素，对未来选煤厂浓缩技术发展做了一些预测。
关键词 ：煤泥水； 浓缩； 耙式浓缩机 ；斜管浓缩机 Abstract: About the importance of concentrate in coal slurry treatment system in coal preparation plant, the concentration proce of several common and common thickener, and analyzed the influence of thickener factors, make some predictions for the future development of coal preparation plant concentration technology.Key words：Coal slurry；Concentrate；The rake thickener；Inclined tube thickener 1 引言
在煤炭分选加工中，除某些干法作业外，都需要大量的水作为洗选介质，通常洗选1吨原煤消耗3-5吨水，洗煤产生的煤泥水不能直接外排，以免造成环境污染。为节省水资源和保护环境，煤泥水需经过处理循环再利用。煤泥水系统是选煤厂中工艺最复杂，环节最繁琐的工艺系统。它可以保持整个选煤厂进出煤泥量的平衡，并控制循环用水的固体含量浓度，保证洗水闭路循环。随着采煤机械化程度的提高，入选原煤中的煤泥含量越来越大，煤泥水处理系统的作用也越来越明显，而浓缩系统更是煤泥水处理系统的重要环节。我国选煤概况变化
据统计，2000年，我国拥有选煤厂1 594座，设计能力521．99Mt／a，实际入选原煤量336．65Mt。选煤厂能力利用率为64．5％，原煤入选率为33．7％，在237座国有重点选煤厂中，炼焦煤选煤厂145座，设计能力194．86Mt／a；动力煤选煤厂92座，设计能力169．92blt／a，根据不完全统计，截止2006年末，全国共有年人选原煤15万t以上(包括15万t)的选煤厂l 043座，年入选原煤能力91 602万t。其中原国有重点煤矿357座，年人选能力71 669万t；地方同有煤矿约170座，年人选能力9 770万t；乡镇和民营煤矿约516座，年入选能力10 163万t。在1 043座选煤厂中，炼焦煤选煤厂582座，年人选能力38 159万t，占总能力的41 6％；动力煤选煤厂461座，年人选能力53 443万t，占总能力的58 4％。在原闻有重点煤矿357鹰选煤厂中，炼焦煤选煤厂194座，入选能力28 389万t，占同有重点煤矿选煤厂总能力的39 6％；动力煤选煤厂163座，入选能力43 280万t，占总能力的60.4％，2009年末，国有重点煤矿有矿井905座，核定能力132 755万t；国有地方煤矿l 247座．2009年末，国有重点煤矿共有选煤厂312座．约占全国选煤厂数量的17．3％；入选能力为94 419万t，占全国的54．o％；共入选原煤80 880万t，占全国的48。8％；洗出精煤60 204万t。其中：炼焦煤选煤厂183座，入选能力34 542万t，人选原煤30 009万t，洗出炼焦精煤18 794万t，产率为63％；动力煤选煤厂129座，入选能力为59 835万t。入选原煤50 871万t，洗出动力煤4l 410万t，产率为81％。全国重点煤矿原煤入选率为60．92％。
从以上数据表明，我国煤炭发展迅速，尤其是煤炭洗选加工的发展更加迅猛，同时对选煤厂的要求也更加严格和规范，选煤厂向着大型化，高效率，节能化发展。煤泥水处理是 选煤厂节能化，高效化生产的重要环节，对 浓缩技术的要求 更加规范严格。煤泥水浓缩系统
3.1浓缩工艺
目前国内外常用的煤泥水处理工艺概括起来有“ 种流程#浓缩浮选+直接浮选(半直接浮选流程!” 种工艺流程各有所长“中国使用直接浮选工艺流程的选煤厂越来越多”许多老选煤厂在煤泥水系统改造中采用直接浮选来代替浓缩浮选!同时“中国选煤厂根据煤质的变化和选煤厂实际生产过程中出现的问题”在改造过程中“ 结合不同处理工艺的特点提出了分级浮选处理流程
3.1.1浓缩浮选流程
浓缩浮选流程是指全部煤泥水进入浓缩机”经浓缩后“溢流作为选煤用循环水”底流进入浮选作业如图1所示这种流程的特点是浓缩机底流浓度较高300-400g/l 之间“在煤浆处理装置中用清水稀释到100-200g/l再进入浮选”所以浮选浓度较高.粒度较粗。
该流程的缺点:大量细泥集聚在洗水系统中循环,不能外排造成循环水浓度高,常达到100-200g/l,不仅影响重选的分选也影响浮选效果,因循环水浓度高;捞坑跑粗;细粒浮选速度快。在浮选机第一、二槽浮起，此时槽内矿浆浓度高，选择性差；粗粒浮起慢；常常损失于尾矿中。另外，为了降低洗水浓度，须增加向系统中的补加清水量，从而导致洗水不平衡；外排煤泥水造成煤泥流失；污染环境。
该流程的优点：这种流程因采用容量很大的浓缩机作为一个缓冲设备，提高了入浮物料的稳定性，能有效降低煤泥水输入量对浮选入料浓度的影响，浓缩系统抗干扰能力强，可提高浮选浓度。该流程的适应条件：80年代以前，中国选煤厂基本上使用浓缩浮选流程，有的选煤厂处理效果较好；有的选煤厂浓缩机溢流浓度偏高；洗水质量差，必须补加清水，外排煤泥来降低循环水浓度，造成环境污染资源浪费。其原因是对浓缩浮选流程的特点及适应条件认识的不够充分!。通过实践证明：浓缩浮选适应于煤质变化大而频繁，细泥含量少，煤泥不易泥化的选煤厂。
3.1.2直接浮选流程
直接浮选流程：是指全部煤泥水不经浓缩机浓缩，通过缓冲池后直接进浮选，浮选尾煤进浓缩机，在浓缩机中添加絮凝剂或有足够的沉淀面积所得清净的溢流作循环水使用。底流用压滤机脱水，实现厂内煤泥水闭路循环。如图2所示
该流程克服了浓缩浮选的缺点，近年来，在国内外得到了广泛地应用，中国新设计的炼焦煤选煤厂多采用直接浮选流程，一些老选煤厂如田庄选煤厂、邢台选煤厂的煤泥水处理系统工艺流程也由浓缩浮选流程改为直接浮选流程，实现了洗水闭路。
该流程的优点：流程简化，作业环节减少#取消了大面积浓缩设备，减少了厂房面积，降低了基建投资和生产成本，浮选入料均匀，消除(跑粗)现象，浮选浓度降低，适于细粒浮选，提高了煤泥水的选择性，直接浮选缩短了煤泥水在水中的浸泡时间，改善了煤粒表面疏水性，提高煤泥的可浮性，缩短了浮选时间，消除了细泥循环，降低了循环水浓度，由原来的100-150g/l,降低到 1g/l,左右，减少了清水用量#改善了选煤粒度下限，提高精煤产率，减轻了泥化现象。该流程的缺点：直接浮选虽然有上述优点，很受青睐。但仍有一些不足：入料浓度偏低，如不能保证合适的入浮浓度（80-100g/l），就要增加药剂消耗，需要设置适当容量的缓冲池，来稳定浮选操作。直接浮选因相对于浓缩浮选浓度偏低，故需要处理能力大的浮选机，浮选尾煤必须澄清，因此必须要加絮凝剂或凝聚剂。
3.1.3浓缩分级浮选流程
随着浮选设备的更新和浮选技术的完善，在传统的浓缩浮选和直接浮选的基础上，针对一般浮选机对较粗煤泥分选效果明显，而浮选柱对较细煤泥分选效果明显的这种情况，提出了一种新的浮选工艺流程，即分级浮选流程：浓缩分级浮选流程是煤泥水经浓缩后，底流由分级旋流器组进行分级，旋流器底流进入浮选机进行分选，溢流进入微泡浮选柱进行分选，浮选机精煤进入过滤机脱水，浮选柱浮精进入压滤机脱水，如图3所示
该流程适用于中央型选煤厂，当各矿煤质均不尽相同，有的粉煤含量较高#，有的泥质性较强，有的不同粒级灰分差别较大，煤泥粒度组成较宽的情况。不同粒级的煤泥通过不同的分选设备得到充分有效的分选，提高精煤泥回收率。
3.2浓缩设备 3.2.1耙式浓缩机
（1）工作原理
浓缩澄清是将煤泥水分离成澄清水和稠煤浆的过程
如下图表示在连续生产的浓缩机中的浓缩过程。需浓缩的煤泥水送入圆筒形容器中央的自由沉降区B，下面是过渡区C，再下是压缩区D，底层为耙子运动的锥形表面区E。在B区上面是澄清区A，澄清水流入环形槽中，作为溢流（循环水排出。对于一定的入料，浓缩机溢流的澄清度和底流的浓度与它在浓缩机中停留的时间有关。显然，入料停留的时间越长，溢流越清，底流越浓。选煤厂的浓缩作业兼具煤泥浓缩和洗水澄清两种作用，以得到稠煤浆，回收煤泥，澄清水循环使用。当然，随着浓缩设备在工艺流程中的位置不同，在操作控制上有所差别。如：尾煤及原煤煤泥水的浓缩，其溢流作循环水，底流去过滤或压滤，要求溢流浓度愈低愈好，底流浓度愈高愈好；而对底流去浮选的煤泥浓缩，则要求溢流的浓度愈低愈好，底流的浓度符合浮选入料要求即可。在一般工作条件下，浓缩机入料中煤泥粒度应小于0.5mm，溢流中煤泥粒度应小于0.05-0.1mm。
如图所示浓缩池内煤泥分级为： A-澄清区 B-沉降区 C-过渡区 D-压缩区 E-板结区
注：用探杆测量煤泥时，所说“煤泥高度”指的是D-压缩区。（2）浓缩机入料方式及入料流速对处理效率的影响
一般情况浓缩机的入料分上部或下部入料两种方式：
①上部入料：入料管槽敷设在浓缩机上部的管桥上，煤泥水由浓缩机中心柱的上方进入分散器分散于浓缩机内。
②下部入料：入料管道敷设在浓缩机的底部通廊内，并由中心柱内部穿入池顶将煤泥水送入分散器内。
为了更好地对比入料方式对处理效果的影响，分析悬浮颗粒在浓缩机内运动的普遍规律及其分离效果就很有必要，为此可提出概念化的假定：①浓缩机内煤泥按水平方向流动，从人料口到出口，分布均匀，每个质点都按水平流速流动；②悬浮颗粒沿整个水深均匀分布，其水平分速等于煤泥水的水平流速u，每个颗粒的沉速u固定不变；③颗粒一经沉淀，就不再会上浮。
浓缩机的进水流速是影响处理效率的一个重要因素，对于上部入料的浓缩机来讲，入料的输送方式大多数情况下是采用自流式，流速和坡度都易于控制，不须做复杂的减压装置。由于压力与水流速度的平方成正比，因此只须把由于几何高差所造成的多余水头消掉即可。这种消能方式的通常做法是在煤泥水进入浓缩机之前，设置一个稳流箱，稳流箱内设有导流挡板，煤泥水经过导流挡板后消除多余的水头。，入料方式与流速对提高浓缩机的处理效率具有很大的影响。鉴于这种原因，各个制造商和科研设计单位都在努力改善浓缩机的人料方式，降低入口流速。通常浓缩机的中心管内流速规定不大于30mm∥s，溢流速度为0．15～0．05mm／s。目前国内制造的高效浓缩机中心管处出口流速为1l一9mm／s，溢流浓度可达2—3g／L。
3.2.2斜管浓缩机
斜管浓缩机工作原理
煤泥水从入料槽均匀进入浓缩机，煤泥水通过斜管时被高效浓缩、结团, 结成大颗粒后依靠自身重力快速沉降至浓缩池底部，靠池底的锥角集中到煤泥坑，由煤泥泵打到下一作业脱水和回收设备同时澄清水不断上浮，并收集到溢流水槽，然后集中流入循环水池,，循环利用。
斜管高效浓缩机原理如图所示
（1）斜管主要通过缩短沉降时间提高沉降效率
从图中可看出,：A(直立)、B(倾斜)试管装上同样浓度煤泥水, A 态下沉淀面积仅为试管断面积(圆)沉降距离为H, B 态下沉淀面积为椭圆,而靠近上管壁C 部分的煤泥颗粒由于重力也同时下沉, 因上下侧壁距离H1 较短, 故煤泥较迅速地沉淀到下侧壁上, 同时沉淀的煤泥靠自重下滑, 故B 比A 缩短了沉降时间。（2）改善水力条件
① 降低了雷诺数(Re), 水流由紊流变为层流。Re= vR /r 式中v 为斜管中的水流速度；R为水力半径；r 为 水的运动黏滞系数。由于斜管的水力半径大大降低, 使水流由紊流变为层流, 为提高上升流速提供了有利条件。一般斜管的雷诺数均小于50。
②提高了弗罗德数(Fr), 增加水流的稳定性, 提高容积利用系数。说明水流的流型朝稳定方向发展, 稳定的水流使沉淀过程稳定, 因而得到稳定的沉淀效果。发展趋势
通过阅读大量煤泥水浓缩的期刊文章，我认为 浓缩技术的发展有以下几个方面
1）在 煤泥水处理流程上，应该朝着 浓缩分级浮选方向靠拢，并且在粗细煤泥的分选时，像分级旋流器组，螺旋分选，等方法极具有推广的价值，螺旋分选机，具有分选精度高，分选下限低，操作简单，加工费低 等优点
2）在 浓缩设备上，我认为高效浓缩机将是未来浓缩机的主力，高效浓缩机是一种新型高效设备，高效浓缩机的入料煤泥水直接给到浓缩机布料筒液面下一定深度，当煤泥水由布料筒流出时，呈辐射状水平流向，流速缓慢，有助于煤泥颗粒沉降，提高沉降效率。参考文献
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