王 丹，李衍方，崔小峰，倪 琳

(徐州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督綜合檢驗(yàn)檢測(cè)中心，江蘇 徐州 221000)

隨著我國(guó)煤礦機(jī)械自動(dòng)化采煤的比例不斷增加，加之原煤經(jīng)篩分、破碎、洗選等作業(yè)后，煤中的細(xì)粒高灰煤泥含量不斷增大，從而增加了選煤廠煤泥處理的負(fù)荷和難度。濃縮機(jī)是選煤廠煤泥水處理的重要設(shè)備，實(shí)現(xiàn)濃縮機(jī)高效穩(wěn)定運(yùn)行，既能保證尾煤泥的高效回收，又可以減少煤泥水外排污染和水資源浪費(fèi)[1]。

通常添加絮凝劑后煤泥水進(jìn)入濃縮機(jī)，通過藥劑的絮凝橋接作用將細(xì)泥聚合成大絮團(tuán)，絮團(tuán)依靠自身重力沉降到底部，此底流進(jìn)入壓濾機(jī)脫水回收；濃縮機(jī)溢流和壓濾機(jī)濾液合并進(jìn)入循環(huán)水池。倘若濃縮效率低，濃縮機(jī)溢流水中含有較多的高灰細(xì)泥，循環(huán)使用的溢流水會(huì)惡化細(xì)粒煤的分選效果，導(dǎo)致分選物料錯(cuò)配物多，浮選泡沫發(fā)粘，精煤灰分不穩(wěn)定。因此，提高濃縮機(jī)工作效率是一項(xiàng)具有重要意義的研究工作。

1 濃縮機(jī)入料方式

對(duì)于常規(guī)的濃縮機(jī)，煤泥水經(jīng)管道給入位于濃縮機(jī)中心位置無底無蓋的圓形給料筒中后流入濃縮機(jī)主體。雖然給料筒的直徑較入料管道的大很多倍，但由于沒有限制煤泥水流動(dòng)的功能，帶有較大動(dòng)能的煤泥水進(jìn)入濃縮機(jī)后，會(huì)干擾入料筒周圍尚未完全沉淀的煤泥顆粒的沉降過程，迫使澄清水濁度增加。另一方面會(huì)使底部已經(jīng)沉淀的煤泥受到?jīng)_擊而重新上浮。重新浮起的煤泥增加了沉淀區(qū)的處理負(fù)荷，從而影響了工作效率[2-3]。

濃縮機(jī)中煤泥主要是在水平流中沉降，傳統(tǒng)入料方式會(huì)使煤泥沉降效率和速度受到影響。同時(shí)，煤泥在濃縮機(jī)底部主要集中在斜面中上段，而只有少部分煤泥分布在底部，這就嚴(yán)重影響了濃縮機(jī)的處理效率。入料形式對(duì)煤泥水沉降效果有著不可小覷的影響，不合理的入料形式可能會(huì)導(dǎo)致濃縮池液面翻花，不利于煤泥的快速、有效沉降。合理的入料方式主要在于有效地降低濃縮機(jī)入料的動(dòng)能，改善入料的流動(dòng)狀態(tài)，使?jié)饪s機(jī)內(nèi)部的流態(tài)更加穩(wěn)定，即在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定的最小沉降速度，避免入料破壞已經(jīng)或正在形成的沉降層，使入料對(duì)濃縮機(jī)內(nèi)煤泥沉降的影響達(dá)到最小程度，保證濃縮池液面平穩(wěn)以及沉降的正常有序進(jìn)行。

在《基于最小沉降速度的濃縮機(jī)入料裝置改進(jìn)研究》[4]一文中，作者曾提出幾種改進(jìn)型的濃縮機(jī)入料裝置。本文將提出另外幾種入料方式。

1.1 跌落式入料

跌落式入料筒如圖1所示。入料經(jīng)過跌落板的幾次折向流動(dòng)后，其本身的動(dòng)能受到不斷削減，流速不斷降低。另外，煤泥水最初的紊流狀態(tài)得到一定改善，逐漸向?qū)恿鳡顟B(tài)過渡，以較平穩(wěn)的狀態(tài)進(jìn)入濃縮機(jī)主體后，在較短的時(shí)間內(nèi)即可達(dá)到沉淀所需要的水力狀態(tài)。另外一定程度的跌落混合有助于藥劑的網(wǎng)捕橋接作用，強(qiáng)化了絮團(tuán)的形成。

圖1 跌落式入料筒

1.2 環(huán)形入料

環(huán)形入料方式如圖2所示。煤泥水先經(jīng)由入料緩沖筒，再進(jìn)入環(huán)形入料槽，最后物料溢流進(jìn)入濃縮機(jī)主體。帶有較大動(dòng)能的煤泥水進(jìn)入入料緩沖筒后，流速大幅降低，緩緩流入環(huán)形入料槽后，流速和動(dòng)能進(jìn)一步降低，并逐漸由紊流狀態(tài)向?qū)恿鳡顟B(tài)過渡，以較平穩(wěn)的狀態(tài)溢流進(jìn)入濃縮機(jī)主體。

圖2 環(huán)形入料筒

1.3 切向入料

切向入料方式如圖3所示。煤泥水切向給入入料筒上部，自上旋轉(zhuǎn)而下，在入料筒中部布置有導(dǎo)流板，將煤泥水的較大動(dòng)能有效分散，向下煤泥水經(jīng)圓臺(tái)孔自周邊緩慢流出，由于圓臺(tái)孔內(nèi)小外大，煤泥水的動(dòng)能和流速進(jìn)一步降低。

圖3 切向入料筒

1.4 其他入料方式

如圖4(a)所示，入料首先進(jìn)入入料緩沖桶，緩沖后動(dòng)能得到一定程度減小，然后進(jìn)入設(shè)有擋板的入料筒，入料溢流進(jìn)入濃縮機(jī)主體，由于擋板右側(cè)遠(yuǎn)寬于左側(cè)，在進(jìn)入濃縮機(jī)之前動(dòng)能很大程度得到降低，以較平穩(wěn)的狀態(tài)進(jìn)入濃縮機(jī)主體。

如圖4(b)所示，由于斜面的收縮作用，入料進(jìn)入入料筒后，先流經(jīng)左側(cè)較大空間，動(dòng)能得到很大程度削減后，再緩緩經(jīng)過彎頭，能量又得到一定程度減小，最后由鐘形口流出，流速再次降低后，平穩(wěn)緩慢流入濃縮機(jī)主體。

圖4 其他形式入料筒

2 濃縮機(jī)溢流堰形式

濃縮機(jī)目前常用的溢流堰形式主要有普通溢流堰、鋸齒三角堰、高圍堰。在流量較穩(wěn)定的情況下，三者均能保證濃縮機(jī)溢流水的質(zhì)量；但是當(dāng)入料量突然增大時(shí)，普通溢流堰和鋸齒三角堰均有可能產(chǎn)生溢流跑粗、溢流水渾濁不達(dá)標(biāo)等現(xiàn)象。而高圍堰是在普通溢流堰的溢流槽上增加了一塊可根據(jù)濃縮機(jī)入料量的大小，上下調(diào)節(jié)其高度的調(diào)節(jié)板，以保證溢流水質(zhì)量，是值得推薦的溢流堰形式。

另外，瑞典薩拉公司設(shè)計(jì)的“利用壓差經(jīng)節(jié)流孔排出”的方案比普通溢流堰和鋸齒三角堰更具優(yōu)勢(shì)，它能使偶然浮至液面的粗顆粒有機(jī)會(huì)再次沉至濃縮機(jī)下部；但當(dāng)流量太大時(shí)，由于溢流面與溢流槽內(nèi)液面的壓差過大，溢流孔內(nèi)液流穿行速度過快，會(huì)形成抽吸作用，將液面附近的部分中等粒度顆粒帶進(jìn)溢流，從而產(chǎn)生跑粗現(xiàn)象[5-6]。

3 使用高效先進(jìn)的沉降設(shè)備

先進(jìn)高效的濃縮沉降設(shè)備可以大大提高濃縮效率，增加煤泥水處理能力。目前，國(guó)內(nèi)選煤廠常用的高效濃縮設(shè)備主要有高效耙式濃縮機(jī)和高效煤泥水濃縮機(jī)，其中高效煤泥水濃縮機(jī)又分為帶斜管和不帶斜管兩種。經(jīng)過驗(yàn)證，高效濃縮機(jī)與普通耙式濃縮機(jī)相比，無論在基建投資、占地面積，還是單位面積處理能力方面，前者都明顯優(yōu)于后者[7-8]。有關(guān)資料表明，ST系列高效濃縮機(jī)的單位面積處理能力達(dá)到8 m3/(m2·h)以上[9]。

4 合理的藥劑制度

4.1 浮選劑用量的控制

合理控制浮選劑用量，尤其是起泡劑的用量，可避免泡沫在系統(tǒng)中循環(huán)聚集。通常進(jìn)入濃縮機(jī)液面的泡沫難以消除，另外泡沫上可能粘附高灰細(xì)泥，進(jìn)入溢流水隨其在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)積聚，也會(huì)影響其他分選設(shè)備的分選效果及整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4.2 絮凝劑、凝聚劑用量的控制

當(dāng)系統(tǒng)中絮凝劑含量過多時(shí)，可能導(dǎo)致磁鐵礦粉介質(zhì)和細(xì)粒煤粘結(jié)，不利于介質(zhì)的回收再利用，造成資源浪費(fèi)；同時(shí)也可能造成磁鐵礦粉損失在細(xì)粒煤中或過多的細(xì)粒煤混入介質(zhì)系統(tǒng)，以致介質(zhì)系統(tǒng)密度偏低，需要額外添加磁鐵礦粉，以保證合適的密度；也可能導(dǎo)致細(xì)粒精煤粘附在中煤或矸石顆粒表面，造成精煤的損失。

另外過多的絮凝劑會(huì)使系統(tǒng)中的細(xì)粒煤抱團(tuán)，從而包裹高灰細(xì)泥進(jìn)入浮選精煤；也可能使精煤損失到尾煤中，影響分選效果，致使產(chǎn)品質(zhì)量下降甚至不合格。

過量使用凝聚劑也會(huì)對(duì)洗選系統(tǒng)造成一定的影響。一般系統(tǒng)水質(zhì)pH值保持在中性或弱堿性比較有利于煤泥水的有效沉降，當(dāng)系統(tǒng)水質(zhì)pH值過大或過小，都會(huì)對(duì)濃縮沉降產(chǎn)生不利的影響，可能會(huì)使原本合適的沉降效果變差。

4.3 多點(diǎn)加藥

對(duì)于細(xì)粒煤的沉降，多點(diǎn)加藥往往優(yōu)于單點(diǎn)加藥，加藥量也往往少于單點(diǎn)加藥。多點(diǎn)加藥有利于絮凝劑與煤泥水的二次混合、絮凝沉降，對(duì)細(xì)粒煤沉降有著較好的效果[10-11]。

5 消泡措施

泡沫可能粘附有高灰細(xì)泥，若泡沫隨溢流水進(jìn)入系統(tǒng)再循環(huán)，不僅會(huì)使部分高灰細(xì)泥在系統(tǒng)中循環(huán)積聚，而且可能導(dǎo)致循環(huán)水質(zhì)量不符合正常生產(chǎn)的要求。另外，泡沫大量積聚也從側(cè)面反映了生產(chǎn)系統(tǒng)正處于非正常狀態(tài)，需要究其原因，從根本上消除造成這種現(xiàn)象的原因。

為避免泡沫對(duì)正常生產(chǎn)的不利影響，必要時(shí)需要進(jìn)行有效的消泡。具體的消泡措施主要有以下幾種：一是環(huán)形布水，逆溢流流向噴水。即布置環(huán)形管道，自周邊向中心噴水，泡沫大量集聚時(shí)可采取此布水方式；二是布網(wǎng)擋泡，集中消泡。即當(dāng)液面有少量泡沫時(shí)，為防止其隨溢流進(jìn)入循環(huán)水在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，可采用布網(wǎng)擋泡，待其自行消泡或集聚較多時(shí)集中進(jìn)行消泡。

6 結(jié) 語

目前，我國(guó)多數(shù)選煤廠受煤泥水處理能力的制約，無法提升入選原煤處理量。而濃縮機(jī)作為煤泥水處理作業(yè)的核心環(huán)節(jié)[12]，應(yīng)不斷研究提高其工作效率的有效措施。

對(duì)濃縮機(jī)入料裝置進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，改變濃縮機(jī)的溢流堰形式，輔以合理的藥劑添加制度，均可有效提高濃縮機(jī)的工作效率，保障選煤廠循環(huán)水濃度，為選煤生產(chǎn)創(chuàng)造良好的條件。