王 丹，李衍方，崔小峰，倪 琳

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

隨著我國煤礦機械自動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荷和難度。濃縮機是選煤廠煤泥水處理的重要設(shè)備，實現(xiàn)濃縮機高效穩(wěn)定運行，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[1]。

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

1 濃縮機入料方式

對于常規(guī)的濃縮機，煤泥水經(jīng)管道給入位于濃縮機中心位置無底無蓋的圓形給料筒中后流入濃縮機主體。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的功能，帶有較大動能的煤泥水進入濃縮機后，會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)的處理負荷，從而影響了工作效率[2-3]。

濃縮機中煤泥主要是在水平流中沉降，傳統(tǒng)入料方式會使煤泥沉降效率和速度受到影響。同時，煤泥在濃縮機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，這就嚴重影響了濃縮機的處理效率。入料形式對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入料的動能，改善入料的流動狀態(tài)，使?jié)饪s機內(nèi)部的流態(tài)更加穩(wěn)定，即在較短的時間內(nèi)達到穩(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，使入料對濃縮機內(nèi)煤泥沉降的影響達到最小程度，保證濃縮池液面平穩(wěn)以及沉降的正常有序進行。

在《基于最小沉降速度的濃縮機入料裝置改進研究》[4]一文中，作者曾提出幾種改進型的濃縮機入料裝置。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后，其本身的動能受到不斷削減，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)進入濃縮機主體后，在較短的時間內(nèi)即可達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，強化了絮團的形成。

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，再進入環(huán)形入料槽，最后物料溢流進入濃縮機主體。帶有較大動能的煤泥水進入入料緩沖筒后，流速大幅降低，緩緩流入環(huán)形入料槽后，流速和動能進一步降低，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)溢流進入濃縮機主體。

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，將煤泥水的較大動能有效分散，向下煤泥水經(jīng)圓臺孔自周邊緩慢流出，由于圓臺孔內(nèi)小外大，煤泥水的動能和流速進一步降低。

圖3 切向入料筒

1.4 其他入料方式

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

如圖4(b)所示，由于斜面的收縮作用，入料進入入料筒后，先流經(jīng)左側(cè)較大空間，動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)緩慢流入濃縮機主體。

圖4 其他形式入料筒

2 濃縮機溢流堰形式

濃縮機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溢流水的質(zhì)量；但是當入料量突然增大時，普通溢流堰和鋸齒三角堰均有可能產(chǎn)生溢流跑粗、溢流水渾濁不達標等現(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，它能使偶然浮至液面的粗顆粒有機會再次沉至濃縮機下部；但當流量太大時，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，會形成抽吸作用，將液面附近的部分中等粒度顆粒帶進溢流，從而產(chǎn)生跑粗現(xiàn)象[5-6]。

3 使用高效先進的沉降設(shè)備

先進高效的濃縮沉降設(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和高效煤泥水濃縮機，其中高效煤泥水濃縮機又分為帶斜管和不帶斜管兩種。經(jīng)過驗證，高效濃縮機與普通耙式濃縮機相比，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系列高效濃縮機的單位面積處理能力達到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。通常進入濃縮機液面的泡沫難以消除，另外泡沫上可能粘附高灰細泥，進入溢流水隨其在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)積聚，也會影響其他分選設(shè)備的分選效果及整個系統(tǒng)的正常運行。

4.2 絮凝劑、凝聚劑用量的控制

當系統(tǒng)中絮凝劑含量過多時，可能導(dǎo)致磁鐵礦粉介質(zhì)和細粒煤粘結(jié)，不利于介質(zhì)的回收再利用，造成資源浪費；同時也可能造成磁鐵礦粉損失在細粒煤中或過多的細粒煤混入介質(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使系統(tǒng)中的細粒煤抱團，從而包裹高灰細泥進入浮選精煤；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對洗選系統(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，當系統(tǒng)水質(zhì)pH值過大或過小，都會對濃縮沉降產(chǎn)生不利的影響，可能會使原本合適的沉降效果變差。

4.3 多點加藥

對于細粒煤的沉降，多點加藥往往優(yōu)于單點加藥，加藥量也往往少于單點加藥。多點加藥有利于絮凝劑與煤泥水的二次混合、絮凝沉降，對細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泥，若泡沫隨溢流水進入系統(tǒng)再循環(huán)，不僅會使部分高灰細泥在系統(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。

為避免泡沫對正常生產(chǎn)的不利影響，必要時需要進行有效的消泡。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，泡沫大量集聚時可采取此布水方式；二是布網(wǎng)擋泡，集中消泡。即當液面有少量泡沫時，為防止其隨溢流進入循環(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集中進行消泡。

6 結(jié) 語

目前，我國多數(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。

對濃縮機入料裝置進行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，改變濃縮機的溢流堰形式，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。