XJM-KS8型機(jī)械攪拌式浮選機(jī)在浮選精煤制漿系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉萬超

(1.河北聯(lián)合大學(xué), 河北 唐山 063009；2.天地科技股份有限公司唐山分公司，河北 唐山 063012；3. 河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心，河北 唐山 063012)

XJM-KS8型機(jī)械攪拌式浮選機(jī)在浮選精煤制漿系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉萬超1, 2,3

(1.河北聯(lián)合大學(xué), 河北 唐山 063009；2.天地科技股份有限公司唐山分公司，河北 唐山 063012；3. 河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心，河北 唐山 063012)

介紹了水煤漿產(chǎn)品的重要性及其現(xiàn)狀，闡述了制漿工藝環(huán)節(jié)，并著重分析了浮選精煤制漿工藝。根據(jù)機(jī)械攪拌式浮選機(jī)的特點(diǎn)，結(jié)合其在山東自強(qiáng)工貿(mào)制漿廠使用情況，論述了機(jī)械攪拌式浮選機(jī)在浮精制漿工藝中的優(yōu)勢(shì)，為機(jī)械攪拌式浮選機(jī)在煤泥制漿領(lǐng)域的應(yīng)用提供了借鑒。

水煤漿；浮選精煤制漿；制漿工藝；浮選機(jī)； 浮選柱

水煤漿(CWM)為煤代油的物理加工產(chǎn)品, 是20世紀(jì)70年代石油危機(jī)中發(fā)展起來的一種新型煤基低污染燃料, 是由65%～70%的煤粉、30%～35%的水和約1%的化學(xué)添加劑通過一定的加工工藝而制成的一種代油燃料，具有良好的穩(wěn)定性和流變性，可以像石油產(chǎn)品一樣泵送、霧化、貯存、運(yùn)輸，不僅具有不易燃、穩(wěn)定著火燃燒的優(yōu)良特性，還具有燃燒效益高、負(fù)荷調(diào)整便利、環(huán)境污染少、改善勞動(dòng)條件和節(jié)省用煤等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)換算，大約2～2.5 t普通水煤漿可代替1 t重油在鍋爐中燃燒，燃燒效率達(dá)96%～99%，鍋爐效率在90%左右，達(dá)到燃油同等水平，燃燒調(diào)節(jié)方便，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。與其他燃料燃燒一樣，水煤漿燃燒會(huì)產(chǎn)生污染物，但與直接燃煤相比，其污染物排放少，且可以做到有效調(diào)節(jié)及控制。水煤漿燃燒溫度在1 200～1 300 ℃，比燃油和粉煤溫度低100～150 ℃， SO2和NOx排放濃度較低；另外，在水煤漿制備過程中可以通過加入脫硫劑來達(dá)到脫硫效果，脫硫率可達(dá)40%；同時(shí)，水煤漿燃燒環(huán)境粉塵和噪聲低，排渣活性好，燃燒后的灰渣可作為水泥摻合料綜合利用，無二次污染。我國的經(jīng)驗(yàn)表明, 與燃煤相比，燃用水煤漿燃燒效率高，污染物排放低,能取得較為顯著的經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益。因此, 水煤漿技術(shù)是現(xiàn)階段最適宜的代油、環(huán)保、節(jié)能技術(shù)，用煤制取清潔燃料(氣化原料)是我國能源穩(wěn)定發(fā)展戰(zhàn)略和現(xiàn)實(shí)選擇[1]。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2006年國內(nèi)水煤漿生產(chǎn)能力為1 200萬t/a，但截至2009年底，全國各類漿廠的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力已超過8 000萬t/a，其中氣化用漿約5 000萬t/a，燃料用漿3 000萬t/a，制漿廠生產(chǎn)規(guī)模也由幾萬噸向百萬噸級(jí)發(fā)展[2]。

1 浮選精煤制漿工藝

制漿工藝是水煤漿技術(shù)的核心技術(shù)之一，完善的制漿工藝對(duì)于提高水煤漿的質(zhì)量和燃燒效率，降低水煤漿成本起著決定性作用。水煤漿生產(chǎn)工藝通常由不同的準(zhǔn)備環(huán)節(jié)組成，包括選煤、破碎、磨礦(加入添加劑) 、捏混、攪拌與剪切、濾漿等多個(gè)環(huán)節(jié)[3]，其中選煤是制漿的基礎(chǔ)，包括兩方面：一是選擇合適的制漿用煤或配煤，因?yàn)樵厦旱男再|(zhì)直接影響水煤漿質(zhì)量；二是對(duì)原料煤進(jìn)行脫灰與脫硫處理，以保證制漿用煤的質(zhì)量，減少燃燒排放。

浮選精煤制漿工藝是濕法制漿工藝的一種，具有中國特色。它是采用選煤廠生產(chǎn)的浮選精煤作制漿原料煤(即選煤廠<0.5 mm粒級(jí)煤泥經(jīng)浮選、壓濾脫水后的濾餅)，生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定合格的水煤漿產(chǎn)品，具體流程為：浮精濾餅與適量分散劑先經(jīng)雙軸攪拌機(jī)預(yù)攪，然后再進(jìn)行強(qiáng)力攪拌，形成具有一定流動(dòng)性的漿體；之后，漿體進(jìn)入振動(dòng)磨機(jī)進(jìn)行磨細(xì)和粒度級(jí)配調(diào)整，再進(jìn)入濾漿器除去大顆粒和雜質(zhì)；濾漿器排出的漿體加入適量穩(wěn)定劑后進(jìn)入強(qiáng)化裝置，在此使煤顆粒與添加劑充分接觸，對(duì)煤漿起到均質(zhì)化的作用；最后，制備好的成品漿經(jīng)檢測(cè)合格后存入水煤漿產(chǎn)品儲(chǔ)漿罐以備外運(yùn)。整個(gè)制漿工藝流程如圖1所示。

圖1 浮選精煤制漿工藝流程

浮選精煤制漿工藝特點(diǎn)為：

(1)制漿工藝簡(jiǎn)單，投資少，低于同等規(guī)模的制漿廠。

(2)選用浮選精煤濾餅(粒度在0.5 mm以下，水分一般為28%～33%)制漿，在制漿過程中不需對(duì)煤進(jìn)行粗碎，省掉了破碎作業(yè)，簡(jiǎn)化了流程。同時(shí)，由于浮選精煤粒度細(xì)，磨機(jī)磨礦功耗低，制漿成本較低。

(3)選煤廠的浮選精煤一般灰分高、水分大、粒度細(xì)，若摻雜到主洗精煤中，會(huì)造成綜合精煤灰分、水分偏高，不利于儲(chǔ)運(yùn)和使用。把這部分細(xì)粒精煤用于制備水煤漿，既可以降低綜合精煤灰分和水分，提高洗精煤質(zhì)量，又可多生產(chǎn)一種水煤漿產(chǎn)品[4]。

2 浮選精煤制漿實(shí)踐

2.1 自強(qiáng)工貿(mào)制漿廠生產(chǎn)現(xiàn)狀及存在問題

山東自強(qiáng)工貿(mào)制漿廠原設(shè)計(jì)能力為年產(chǎn)水煤漿10萬t，采用浮選精煤制漿生產(chǎn)工藝，依托選煤廠生產(chǎn)線，由選煤廠的浮選系統(tǒng)直接供料，與浮選系統(tǒng)同步運(yùn)行。選煤廠原煤入選量為60 t/h，入選原煤中<0.5 mm粒級(jí)含量平均為26%，另外次生煤泥量約為4.5%，合計(jì)入浮煤泥量為30.5%，小時(shí)入浮煤泥量為18.3 t。選煤廠原采用一臺(tái)φ3 m浮選柱處理<0.5 mm粒級(jí)煤泥，浮選入料濃度為100 g/L左右，入料灰分在27%左右，精煤灰分9%，每小時(shí)的浮精供應(yīng)量為13 t。

然而，在選煤廠實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)常出現(xiàn)浮選精煤泡沫發(fā)虛、粒度細(xì)的現(xiàn)象，導(dǎo)致>0.25 mm粒級(jí)精煤回收率低，尾礦跑煤現(xiàn)象嚴(yán)重，尾煤灰分約43%，浮精產(chǎn)率47%，每小時(shí)僅可提供浮精8.5 t，比原設(shè)計(jì)浮精供應(yīng)量少了4.5 t/h，浮精產(chǎn)量滿足不了制漿系統(tǒng)對(duì)浮選精煤量的需求。同時(shí)，由于精煤量小造成煤漿球磨機(jī)開停車頻繁，工人操作任務(wù)繁重。為改善浮精供應(yīng)不足問題，經(jīng)多次調(diào)研，自強(qiáng)工貿(mào)制漿廠最終選用天地科技唐山分公司的XJM-KS8型機(jī)械攪拌式浮選機(jī)(以下簡(jiǎn)稱XJM-KS8浮選機(jī))對(duì)原浮選系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2.2 XJM-KS8浮選機(jī)

XJM-KS8浮選機(jī)屬自吸空氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)[5]，是針對(duì)我國煤泥可浮性變化大、選煤方法與工藝流程多樣化的情況而開發(fā)的煤泥浮選設(shè)備，該機(jī)適應(yīng)性較強(qiáng)[6]。XJM-KS8浮選機(jī)(圖2)主要由礦化器、槽體、驅(qū)動(dòng)裝置、攪拌機(jī)構(gòu)、放礦機(jī)構(gòu)、刮泡機(jī)構(gòu)等部件組成[7]。

圖2 XJM-KS8浮選機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理簡(jiǎn)圖

其工作原理為：加壓后的入料礦漿進(jìn)入預(yù)礦化器(入料壓力0.08～0.12 MPa)，在高壓射流過程中吸入藥劑和空氣，礦漿與藥劑初步混合后經(jīng)擴(kuò)散管給入浮選機(jī)；浮選槽內(nèi)葉輪高速旋轉(zhuǎn)使輪腔內(nèi)形成負(fù)壓，輪腔內(nèi)的礦漿經(jīng)輪緣甩至槽內(nèi)攪拌區(qū)，在負(fù)壓的作用下，假底穩(wěn)流板下的礦漿進(jìn)入下層葉輪，槽內(nèi)礦漿經(jīng)由上調(diào)節(jié)環(huán)和鐘形罩之間的環(huán)形孔進(jìn)入上層葉輪，定子蓋板上的20個(gè)循環(huán)孔也將礦漿從槽內(nèi)吸進(jìn)輪腔，三股礦漿繼而被葉輪再次甩出，如此周而復(fù)始地工作；由于負(fù)壓的存在，空氣由套管架體與攪拌軸之間通道，經(jīng)由鐘形罩內(nèi)腔進(jìn)入輪腔，被葉輪剪切，繼而又被強(qiáng)湍流彌散，與礦漿中的煤粒均勻、頻繁地碰撞、黏附，從而完成氣泡的礦化過程；礦化氣泡在氣泡的升力作用下上浮至槽體表面，富集成精煤泡沫層，由刮泡機(jī)構(gòu)刮出，而未被捕獲的煤粒則隨礦漿進(jìn)入后一室重復(fù)同樣的過程，最終成為尾礦從尾礦箱排出[8]。

2.3 改造方案及效果分析

改造方案為：拆除原來的φ3 m浮選柱及入料泵，新增一臺(tái)浮選機(jī)入料泵及一臺(tái)XJM-KS8浮選機(jī)。改造前浮選柱入料泵功率250 kW，改造后浮選機(jī)入料泵功率55 kW，浮選機(jī)裝機(jī)功率92 kW。

與原來浮選柱相比，該浮選機(jī)具有操作簡(jiǎn)單、節(jié)省人工、煤種適應(yīng)性強(qiáng)、能耗低、藥劑量省、單位容積處理能力大、泡沫層穩(wěn)定、強(qiáng)行刮泡等優(yōu)點(diǎn)[9]。

(1)改造完成后，在保證浮選精煤滿足制漿灰分的前提下，尾礦灰分高達(dá)73%，浮選精煤產(chǎn)率提高到72%，增加了25個(gè)百分點(diǎn)，可保證制漿系統(tǒng)生產(chǎn)正常連續(xù)運(yùn)行，每小時(shí)穩(wěn)定供應(yīng)浮精13 t左右，滿足了制漿系統(tǒng)對(duì)浮選精煤量的需求。

(2)浮選藥劑用量由原來的噸干煤泥1.58 kg降低到1.23 kg，按選煤廠年入選煤泥9.66萬t，藥劑8 000元/t計(jì)算，僅降低油耗一項(xiàng)，年可節(jié)省資金27.05萬元左右。

(3)此外，浮選設(shè)備電耗由250 kW·h變?yōu)?47 kW·h，年可節(jié)約用電54.38 萬kW·h，如電費(fèi)按照0.8元/( kW·h)計(jì)算，年可節(jié)約電費(fèi)43.5萬元，節(jié)電效益顯著。

后來因自強(qiáng)工貿(mào)制漿廠制漿產(chǎn)能的擴(kuò)升，每小時(shí)需要的浮精量由原來的13 t增加到20 t，選煤廠又增設(shè)了外來煤泥處理系統(tǒng)：外來煤泥經(jīng)高壓水槍沖擊稀釋后，過篩除去雜物與大顆粒，也進(jìn)入XJM-KS8浮選機(jī)分選，入料濃度約100 g/L，使浮選機(jī)的入料量由原來的180 m3/h增加到280 m3/h。生產(chǎn)實(shí)踐表明，在滿足各項(xiàng)指標(biāo)要求的前提下，XJM-KS8浮選機(jī)浮精產(chǎn)率仍保持為72%左右，使自強(qiáng)工貿(mào)制漿廠制漿能力由原來的10萬t/a提高到了15萬t/a，擴(kuò)能成效顯著。

3 結(jié)語

目前，煤泥的回收利用得到了各個(gè)制漿廠的重視，浮選精煤制漿工藝符合當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)，正在國內(nèi)逐步得到推廣[10]。在山東新泰地區(qū)，僅2010～2013年的三年時(shí)間就發(fā)展起來浮精制漿廠約30余家。XJM-KS8浮選機(jī)在自強(qiáng)工貿(mào)制漿廠浮精制漿生產(chǎn)中的成功應(yīng)用，為浮選精煤制漿廠提供了良好借鑒。近幾年，天地科技股份有限公司唐山分公司在多年從事浮選理論、工藝和設(shè)備研究基礎(chǔ)上，已研制成功了XJM-S24、28、36、45等一系列大型浮選機(jī)，在符合選煤設(shè)備大型化發(fā)展趨勢(shì)的同時(shí)[11]，也可很好地滿足大型制漿廠浮選精煤制漿工藝對(duì)大型浮選機(jī)的需求。

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Application of XJM-KS8 type subaeration flotation machine in the process of flotation concentrate CWM preparation

LIU Wan-chao1,2,3

(1. Hebei United University, Tangshan, Hebei 063009, China; 2. Tangshan Branch of Tandi Science & Technology Co., Ltd., Tangshan, Hebei 063012, China; 3. Coal Preparation Engineering & Technology Research Center of Hebei Province, Tangshan, Hebei 063012, China)

The importance and present conditions of coal water mixture are introduced, and coal water mixture preparation technology is explained, then it focuses on analysis of this technology by flotation concentrate. Based on subaeration flotation machine features and its application in CWM preparation plant of ziqiang industry and trade company of Shandong, the subaeration flotation machine has remarkable advantage in the process of preparing coal water mixture by flotation concentrate, which can provide reference for application of this equipment in slime CWM preparation industry.

CWM; flotation concentrate CWM preparation; CWM preparation technology; flotation machine; flotation column

TD943

A

1001-3571(2015)04-0031-03

2015-03-06

10.16447/j.cnki.cpt.2015.04.008

劉萬超(1982—)，男，河北省蠡縣人，助理研究員，碩士，從事浮選機(jī)的設(shè)計(jì)、研發(fā)工作。

E-mail：flotator@163.com Tel：0315-7759908