XJM-KS8型机械搅拌式浮选机在浮选精煤制浆系统中的应用

刘万超

(1.河北联合大学, 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. 河北省煤炭洗选工程技术研究中心，河北 唐山 063012)

XJM-KS8型机械搅拌式浮选机在浮选精煤制浆系统中的应用

刘万超1, 2,3

(1.河北联合大学, 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. 河北省煤炭洗选工程技术研究中心，河北 唐山 063012)

介绍了水煤浆产品的重要性及其现状，阐述了制浆工艺环节，并着重分析了浮选精煤制浆工艺。根据机械搅拌式浮选机的特点，结合其在山东自强工贸制浆厂使用情况，论述了机械搅拌式浮选机在浮精制浆工艺中的优势，为机械搅拌式浮选机在煤泥制浆领域的应用提供了借鉴。

水煤浆；浮选精煤制浆；制浆工艺；浮选机； 浮选柱

水煤浆(CWM)为煤代油的物理加工产品, 是20世纪70年代石油危机中发展起来的一种新型煤基低污染燃料, 是由65%～70%的煤粉、30%～35%的水和约1%的化学添加剂通过一定的加工工艺而制成的一种代油燃料，具有良好的稳定性和流变性，可以像石油产品一样泵送、雾化、贮存、运输，不仅具有不易燃、稳定着火燃烧的优良特性，还具有燃烧效益高、负荷调整便利、环境污染少、改善劳动条件和节省用煤等优点。根据换算，大约2～2.5 t普通水煤浆可代替1 t重油在锅炉中燃烧，燃烧效率达96%～99%，锅炉效率在90%左右，达到燃油同等水平，燃烧调节方便，运行稳定可靠。与其他燃料燃烧一样，水煤浆燃烧会产生污染物，但与直接燃煤相比，其污染物排放少，且可以做到有效调节及控制。水煤浆燃烧温度在1 200～1 300 ℃，比燃油和粉煤温度低100～150 ℃， SO2和NOx排放浓度较低；另外，在水煤浆制备过程中可以通过加入脱硫剂来达到脱硫效果，脱硫率可达40%；同时，水煤浆燃烧环境粉尘和噪声低，排渣活性好，燃烧后的灰渣可作为水泥掺合料综合利用，无二次污染。我国的经验表明, 与燃煤相比，燃用水煤浆燃烧效率高，污染物排放低,能取得较为显著的经济环境效益。因此, 水煤浆技术是现阶段最适宜的代油、环保、节能技术，用煤制取清洁燃料(气化原料)是我国能源稳定发展战略和现实选择[1]。

据不完全统计，2006年国内水煤浆生产能力为1 200万t/a，但截至2009年底，全国各类浆厂的设计生产能力已超过8 000万t/a，其中气化用浆约5 000万t/a，燃料用浆3 000万t/a，制浆厂生产规模也由几万吨向百万吨级发展[2]。

1 浮选精煤制浆工艺

制浆工艺是水煤浆技术的核心技术之一，完善的制浆工艺对于提高水煤浆的质量和燃烧效率，降低水煤浆成本起着决定性作用。水煤浆生产工艺通常由不同的准备环节组成，包括选煤、破碎、磨矿(加入添加剂) 、捏混、搅拌与剪切、滤浆等多个环节[3]，其中选煤是制浆的基础，包括两方面：一是选择合适的制浆用煤或配煤，因为原料煤的性质直接影响水煤浆质量；二是对原料煤进行脱灰与脱硫处理，以保证制浆用煤的质量，减少燃烧排放。

浮选精煤制浆工艺是湿法制浆工艺的一种，具有中国特色。它是采用选煤厂生产的浮选精煤作制浆原料煤(即选煤厂<0.5 mm粒级煤泥经浮选、压滤脱水后的滤饼)，生产质量稳定合格的水煤浆产品，具体流程为：浮精滤饼与适量分散剂先经双轴搅拌机预搅，然后再进行强力搅拌，形成具有一定流动性的浆体；之后，浆体进入振动磨机进行磨细和粒度级配调整，再进入滤浆器除去大颗粒和杂质；滤浆器排出的浆体加入适量稳定剂后进入强化装置，在此使煤颗粒与添加剂充分接触，对煤浆起到均质化的作用；最后，制备好的成品浆经检测合格后存入水煤浆产品储浆罐以备外运。整个制浆工艺流程如图1所示。

图1 浮选精煤制浆工艺流程

浮选精煤制浆工艺特点为：

(1)制浆工艺简单，投资少，低于同等规模的制浆厂。

(2)选用浮选精煤滤饼(粒度在0.5 mm以下，水分一般为28%～33%)制浆，在制浆过程中不需对煤进行粗碎，省掉了破碎作业，简化了流程。同时，由于浮选精煤粒度细，磨机磨矿功耗低，制浆成本较低。

(3)选煤厂的浮选精煤一般灰分高、水分大、粒度细，若掺杂到主洗精煤中，会造成综合精煤灰分、水分偏高，不利于储运和使用。把这部分细粒精煤用于制备水煤浆，既可以降低综合精煤灰分和水分，提高洗精煤质量，又可多生产一种水煤浆产品[4]。

2 浮选精煤制浆实践

2.1 自强工贸制浆厂生产现状及存在问题

山东自强工贸制浆厂原设计能力为年产水煤浆10万t，采用浮选精煤制浆生产工艺，依托选煤厂生产线，由选煤厂的浮选系统直接供料，与浮选系统同步运行。选煤厂原煤入选量为60 t/h，入选原煤中<0.5 mm粒级含量平均为26%，另外次生煤泥量约为4.5%，合计入浮煤泥量为30.5%，小时入浮煤泥量为18.3 t。选煤厂原采用一台φ3 m浮选柱处理<0.5 mm粒级煤泥，浮选入料浓度为100 g/L左右，入料灰分在27%左右，精煤灰分9%，每小时的浮精供应量为13 t。

然而，在选煤厂实际生产中，经常出现浮选精煤泡沫发虚、粒度细的现象，导致>0.25 mm粒级精煤回收率低，尾矿跑煤现象严重，尾煤灰分约43%，浮精产率47%，每小时仅可提供浮精8.5 t，比原设计浮精供应量少了4.5 t/h，浮精产量满足不了制浆系统对浮选精煤量的需求。同时，由于精煤量小造成煤浆球磨机开停车频繁，工人操作任务繁重。为改善浮精供应不足问题，经多次调研，自强工贸制浆厂最终选用天地科技唐山分公司的XJM-KS8型机械搅拌式浮选机(以下简称XJM-KS8浮选机)对原浮选系统进行改造。

2.2 XJM-KS8浮选机

XJM-KS8浮选机属自吸空气机械搅拌式浮选机[5]，是针对我国煤泥可浮性变化大、选煤方法与工艺流程多样化的情况而开发的煤泥浮选设备，该机适应性较强[6]。XJM-KS8浮选机(图2)主要由矿化器、槽体、驱动装置、搅拌机构、放矿机构、刮泡机构等部件组成[7]。

图2 XJM-KS8浮选机结构与工作原理简图

其工作原理为：加压后的入料矿浆进入预矿化器(入料压力0.08～0.12 MPa)，在高压射流过程中吸入药剂和空气，矿浆与药剂初步混合后经扩散管给入浮选机；浮选槽内叶轮高速旋转使轮腔内形成负压，轮腔内的矿浆经轮缘甩至槽内搅拌区，在负压的作用下，假底稳流板下的矿浆进入下层叶轮，槽内矿浆经由上调节环和钟形罩之间的环形孔进入上层叶轮，定子盖板上的20个循环孔也将矿浆从槽内吸进轮腔，三股矿浆继而被叶轮再次甩出，如此周而复始地工作；由于负压的存在，空气由套管架体与搅拌轴之间通道，经由钟形罩内腔进入轮腔，被叶轮剪切，继而又被强湍流弥散，与矿浆中的煤粒均匀、频繁地碰撞、黏附，从而完成气泡的矿化过程；矿化气泡在气泡的升力作用下上浮至槽体表面，富集成精煤泡沫层，由刮泡机构刮出，而未被捕获的煤粒则随矿浆进入后一室重复同样的过程，最终成为尾矿从尾矿箱排出[8]。

2.3 改造方案及效果分析

改造方案为：拆除原来的φ3 m浮选柱及入料泵，新增一台浮选机入料泵及一台XJM-KS8浮选机。改造前浮选柱入料泵功率250 kW，改造后浮选机入料泵功率55 kW，浮选机装机功率92 kW。

与原来浮选柱相比，该浮选机具有操作简单、节省人工、煤种适应性强、能耗低、药剂量省、单位容积处理能力大、泡沫层稳定、强行刮泡等优点[9]。

(1)改造完成后，在保证浮选精煤满足制浆灰分的前提下，尾矿灰分高达73%，浮选精煤产率提高到72%，增加了25个百分点，可保证制浆系统生产正常连续运行，每小时稳定供应浮精13 t左右，满足了制浆系统对浮选精煤量的需求。

(2)浮选药剂用量由原来的吨干煤泥1.58 kg降低到1.23 kg，按选煤厂年入选煤泥9.66万t，药剂8 000元/t计算，仅降低油耗一项，年可节省资金27.05万元左右。

(3)此外，浮选设备电耗由250 kW·h变为147 kW·h，年可节约用电54.38 万kW·h，如电费按照0.8元/( kW·h)计算，年可节约电费43.5万元，节电效益显著。

后来因自强工贸制浆厂制浆产能的扩升，每小时需要的浮精量由原来的13 t增加到20 t，选煤厂又增设了外来煤泥处理系统：外来煤泥经高压水枪冲击稀释后，过筛除去杂物与大颗粒，也进入XJM-KS8浮选机分选，入料浓度约100 g/L，使浮选机的入料量由原来的180 m3/h增加到280 m3/h。生产实践表明，在满足各项指标要求的前提下，XJM-KS8浮选机浮精产率仍保持为72%左右，使自强工贸制浆厂制浆能力由原来的10万t/a提高到了15万t/a，扩能成效显著。

3 结语

目前，煤泥的回收利用得到了各个制浆厂的重视，浮选精煤制浆工艺符合当前社会发展的趋势，正在国内逐步得到推广[10]。在山东新泰地区，仅2010～2013年的三年时间就发展起来浮精制浆厂约30余家。XJM-KS8浮选机在自强工贸制浆厂浮精制浆生产中的成功应用，为浮选精煤制浆厂提供了良好借鉴。近几年，天地科技股份有限公司唐山分公司在多年从事浮选理论、工艺和设备研究基础上，已研制成功了XJM-S24、28、36、45等一系列大型浮选机，在符合选煤设备大型化发展趋势的同时[11]，也可很好地满足大型制浆厂浮选精煤制浆工艺对大型浮选机的需求。

[1] 周长丽，王春玉.煤泥浆的制备及燃烧特性的分析[J].贵州化工,2005(4):5-7.

[2] 梁 兴.水煤浆制备工艺的应用与发展[J].煤炭加工与综合利用,2006(5):51-54.

[3] 郝祯娟, 付晓恒, 张晓波.水煤浆干法制浆工艺发展现状[J]. 煤炭加工与综合利用,2010(2):41-42.

[4] 何国锋，詹 隆，王燕芳.水煤浆技术发展与应用[M].北京:化学工业出版社,2012.

[5] 程宏志,蔡昌凤,张孝钧,等.浮选微观动力学和数学模型[J].煤炭学报,1998,23(5):545-549.

[6] 沈政昌,杨丽君,陈 东.充气机械搅拌式浮选机放大方法的研究[J].有色金属(选矿部分),2007(3):32-37.

[7] 张 鹏.XJM-(K)S系列浮选机在选煤厂的应用[J].选煤技术,2009(6):23-26.

[8] 刘万超.XJM-S28浮选机的设计[J]. 选煤技术,2010(4):4-6.

[9] 石 焕.应用XJM-S浮选机技术对老式浮选机的改造实践[J].选煤技术,2003(6):82-84.

[10] 程宏志.充气速率和叶轮线速度对浮选效果的影响及机械搅拌式浮选机充气机理的探讨[D].徐州:中国矿业大学,1992.

[11] 程宏志.我国选煤技术现状与发展趋势[J].选煤技术,2012(2):79-83.

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

刘万超(1982—)，男，河北省蠡县人，助理研究员，硕士，从事浮选机的设计、研发工作。

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