深锥导流式多级沉降无耙浓缩装置研发设计

叶佳辉 宋鹏飞 周佳乐 琚童心 刘储蓄 王超

摘要：本著节能、降耗、提效的目的，本研究提出了一种深锥导流式多级沉降无耙浓缩装置，主要包括混合入料装置、精煤富集回收装置，多级导流沉降装置，浓缩池等，本装置的设计实现了传统多段浓缩池在结构上的合二为一，大大减少了传统多段浓缩池的占地面积。本装置实际工作过程中煤泥水经过混合入料装置，通过引射作用吸入絮凝剂，实现药剂添加。混合物料从中心槽体的上方向中心槽体的中部流动，然后通过分散导流板向四周扩散，煤泥聚团沉降后到达沉淀层，上清层中反应后的残余矿化气泡和细煤泥从中心槽体的内侧壁向上运动到精煤富集回收装置中，精煤富集回收装置从外向内依次设置有边缘进料区、灭泡区，物料的残余矿化气泡经过灭泡区进行锤击灭泡，精煤得到有效回收，尾煤泥进入到多级导流沉降装置，经过多级干扰沉降后，细煤泥得到充分沉降，达标后的溢流水经浓缩池边上的溢流槽流出，进入系统循环。本装置实现了残余精煤的回收，增加了经济效益，同时通过多级干扰沉降实现细泥的充分沉降分离，极大改善循环水造成的洗选工艺恶化现象，达到了节能减排及提效的目的，具有较大的推广和应用价值。

关键词：导流式 多级沉降 无耙浓缩 锤击灭泡 精煤回收

Abstract：In order to save energy， reduce consumption and improve efficiency， a deep cone diversion multistage sedimentation rake free concentration device is proposed in this study， which mainly includes mixing feeding device， clean coal enrichment and recovery device， multistage diversion sedimentation device， concentration tank， etc. the design of this device realizes the structural integration of the traditional multistage concentration tank and greatly reduces the floor area of the traditional multistage concentration tank. In the actual working process of the device， the coal slurry water passes through the mixing feeding device and inhales the flocculant through the injection action to realize the addition of reagent. The mixed material flows from the upper part of the central tank to the middle part of the central tank， and then diffuses around through the dispersion deflector. The coal slime agglomerates and settles and reaches the sedimentation layer. The residual mineralized bubbles and fine coal slime after reaction in the supernatant move upward from the inner wall of the central tank to the clean coal enrichment and recovery unit. The clean coal enrichment and recovery unit is successively provided with edge feed areas from the outside to the inside In the defoaming area， the residual mineralized bubbles of the material are hammered and defoaming through the defoaming area， the clean coal is effectively recovered， the tail slime enters the multi-stage diversion sedimentation device， the fine slime is fully settled after multi-stage interference sedimentation， and the overflow water after reaching the standard flows out through the overflow tank beside the concentration tank and enters the system circulation. The device realizes the recovery of residual clean coal and increases economic benefits. At the same time， it realizes the full settlement and separation of fine mud through multi-stage interference settlement， greatly improves the deterioration of washing process caused by circulating water， achieves the purpose of energy conservation， emission reduction and efficiency improvement， and has great popularization and application value.

Keywords： diversion type， multistage sedimentation， rake free concentration， hammer defoaming， clean coal recovery

前言

目前，我国在煤泥水处理领域存在很多环节需要优化及改进，如一些洗煤厂在洗选工艺的收尾环节处理不好，煤泥产量高，一些小的选煤厂还没有实现洗水闭路循环，甚至有些地区将煤泥进行倾倒掩埋，这些都造成了很大的资源浪费与环境污染，随着洗煤厂的集成化、大型化，处理量大幅的提高，煤泥水产出量以及煤泥水中的细泥含量也随之大幅增加，因此浓缩装置在应用过程中不仅直径要不断增加，现有设备有的已经达到45m及以上的规格，且多段浓缩占用大量土地，为了将多段沉降技术实现浓缩机结构上的多段浓缩合并，同时利用消泡技术实现残余矿化泡沫上精煤的回收利用，我们设计一种导流式多级沉降无耙浓缩装置，以期解决上述问题。

1无耙浓缩装置的设计原理

如图1所示为无耙浓缩装置结构设计示意图，主要包括混合入料装置、精煤富集回收装置，多级导流沉降装置，浓缩池等。结合图2所示为煤泥水流处理流程示意图，煤泥水经过混合入料装置，通过引射作用吸入絮凝剂，实现药剂添加。混合物料从中心槽体的上方向中心槽体的中部流动，然后通过分散导流板向四周扩散，煤泥聚团沉降后到达沉淀层，上清层中反应后的残余矿化气泡和细煤泥从中心槽体的内侧壁向上运动到精煤富集回收装置中，精煤富集回收装置从外向内依次设置有边缘进料区、灭泡区，物料的残余矿化气泡经过灭泡区进行锤击灭泡，精煤得到有效回收，尾煤泥进入到多级导流沉降装置，经过多级干扰沉降后，细煤泥得到充分沉降，达标后的溢流水经浓缩池边上的溢流槽流出，进入系统循环，底流浓缩物通过排料口排出。

2核心部件的设计原理

2.1 混合入料装置

如图3所示，混合入料装置包括主入料管、变径管、药剂引射管。

主入料管的中部设有变径管，变径段由圆球及圆管组成，形成突扩及突缩交替的葫芦状。药剂引射管均布于变径管的突缩处，并与突缩处的圆管相连通，由于突缩处的流速会突然增加，在药剂引射管与变径管的交接处形成负压，絮凝剂被很好的抽吸入到煤泥水中，而在突扩处压力增大，流速变慢，此刻紊流强度增大，絮凝剂与煤泥水得到充分混合。药剂引射管的入口开度可由上级阀门控制，用以调控药剂吸入量。

2.2 精煤富集回收装置

图4为精煤富集回收装置，包括边缘进料区、锤击灭泡区，其中灭泡区环形阵列布置于边缘进料区与中心入料管之间。每个灭泡区均包括沿着圆柱部径向方向设置的多个灭泡器，灭泡器包括支撑部件、锤击部件、驱动部件、导流部件。

支撑部件由两根边杆与下方的支撑板形成三脚架，这样不仅起到了支撑作用，还不影响物料进入灭泡区和在灭泡区中流动。

驅动部件包括冲击管、带槽滚轮、往复弹簧;冲击管上端与射流入料管相通，下端与带槽滚轮上的精煤集料槽内壁相对，锤击杆的中部通过往复弹簧与支架两根边杆的中部连接，带槽滚轮设置于锤击杆上，通过转轴连接。

锤击部件包括锤击灭泡板、精煤集料槽、锤击杆。锤击杆一端与支架铰接，另一端与锤击灭泡板铰接;精煤集料槽固定在边板上。锤击灭泡板向下锤击带煤泡沫时，锤击杆受冲击后，沿中心偏摆量要小于往复弹簧的压缩量。当入料管内的物料从冲击管流入到带槽滚轮时，使带槽滚轮进行非匀速转动，由于整个驱动部件和锤击部件质量增加，往复弹簧为压缩状态，锤击灭泡板向精煤集料槽内压缩，直至带槽滚轮中物料过多，导致滚轮转动倾倒出所有物料，此处，往复弹簧积蓄的能量使锤击灭泡板远离精煤集料槽，周期运动实现锤击灭泡板在精煤集料槽内往复拍打精煤集料槽，实现灭泡。冲击管中甩出的煤泥水也会对锤击灭泡板上的精煤进行冲洗，使精煤由精矿排料口排放到精煤集料槽中，并进行收集。

2.3多级导流沉降装置

图5为多级导流沉降筛，包括两侧边的边板和下方板体围成的导流区，下方板体与其下方的底流排料管通过排料阀导通，这样沉积在底部的精煤可以回收。底流排料管输出端伸出槽体。定时开启排料阀，即可排出下方板体上沉淀的带有精煤的物料。边板的上端高于边缘进料区的外边缘，这样从边缘进料区溢出到第一导流区的物料不会再直接溢出，需要经过精煤富集回收装置的处理。导流区的高位板上端部的高度沿煤泥水的流动方向逐渐降低。

导流区沿着流体流动方向交替间隔设置有高位板和低位板，高位板与低位板上下错位，且间隔固结于两个边板之间。流体从高位板的下端和低位板上端流过，增加细煤泥沉降速率。每个下方板体处的排料阀的右侧均为高位板，左侧均为低位板。高位板与低位板围成的上升流区间内设置有突缩突扩扰流板，增加逃逸泡沫的二次富集作用，排除细煤泥，便于灭泡区后端的锤击灭泡回收。

3结语

（1）本装置实现传统多段浓缩池在结构上的合二为一，大大减少了传统多段浓缩池的占地面积。

（2）本装置把精煤收集组件中灭泡区设置在中心槽体内，且（使流体）向中心槽体的中心汇集，沿径向方向流体通过设置在中心槽体外侧壁的导流沉降区由高到底逐级沉降，让溢流水自流收集，实现流体的无动力自流。

（3）实现粗煤泥产品与细煤泥产品的分离，对于含煤率较高的粗煤泥产品可以作为中煤产品的配煤，增加经济收入，减少浪费，而细泥产品实现集中堆积排放，减少污染，且实现细泥与水的更加充分的分离，极大改善因循环水造成的洗选工艺恶化现象。

（4）细泥在浓缩机内能否沉降，主要取决于细颗粒在垂直方向上的运动距离，导流沉降筛中的高低位导流板的设置可以使得二段煤泥水在有限的空间内获得充足的沉降时间，实现细泥的充分沉降。

（5）灭泡器的设置能够通过脉动锤击的方式实现残余矿化气泡上精矿的脱附，同时射流水仍能够实现附壁精矿的冲洗和收集。

（6）入料采用喇叭口入料以及分散导流板分割喇叭出料口形成多流道出口布料，使得布料更加均匀，优化沉降环境。

（7）混合入料装置的设置通过引射作用实现絮凝药剂的自动添加，同时通过流体突扩突缩，导致压力差的改变，导致出现紊流加剧现象，实现絮凝剂与矿浆的充分混合。

项目资助：2019年大学生创新创业训练计划项目（项目编号：S202010361175）

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