南尾沟选煤厂可持续发展战略研究 初步定稿

目录摘要 2第1章绪论 3第2章可持续发展研究背景 4南尾沟选煤厂背景 4本文的研究思路及主要内容 4选煤技术的发展 4我国主要选煤技术发展趋势 5我国选煤工业存在的问题 7第3章可持续发展循环经济 8确立发展方向 8开展资源综合利用，延伸产业链条 9加强废弃物无害化处理，改善矿区生态环境 10第4章可持续发展洁净煤技术应用 12必要性分析 124.2洁净煤技术介绍 124.3洁净煤技术在选煤方面的应用 15第5章可持续发展环境整治 16噪声的综合治理 165. 165. 165.2煤泥水的处理 185. 195.颗粒煤泥水的处理 215.颗粒煤泥水的处理 225.及生产实例 25结论 33参考文献 34致谢 35摘要人口问题、资源问题、环境问题以及经济社会发展问题己成为当今世界人们日益关注的四大问题，寻求人口、资源、环境与经济持续协调的可持续发展，已成为世界各国的共同发展战略。煤炭是我国的主体能源，是能源安个的基石，煤炭的主体能源地位和基石作用决定了煤炭工业在我国国民经济中的基础地位和全面建设小康社会时期的重要支柱产业地位，煤炭产业的发展对经济和社会的发展影响重大。在中国一次性能源中煤炭占了70%,且在很长一段时间内，煤炭的能源基础地位不会改变。中国能源消费约占世界能源消费的十分之一，成为世界上仅次于美国的第几大能源消费国，其中煤炭消费总量为16.08亿吨标准煤，已是世界第一大煤炭消费国。选煤是合理利用煤炭资源、保护环境的最经济和最有效的技术，是煤炭加工、转化为洁净煤燃料必不可少的基础和关键环节，通过选煤可以优化产品结构，提高利用效率。因此，选煤不仅是合理用煤的前提，也是燃煤设备减少污染排放的最经济的途径。同时它还是煤炭工业生产中提高产品质量必不可少的重要环节，是综合利用资源、节约能源的重要途径，是实现煤炭洁净生产、洁净利用的重要手段，也是我国21世纪能源发展战略中洁净煤技术的重要组成部分。本文紧紧围绕选煤加工业的可持续发展这一主题，运用理论结合实践、定性结合定量的方法，对南尾沟选煤厂可持续发展战略相关问题进行了深入的探讨。论文在可持续发展及战略理论的支持下，从可持续发展对企业的要求和选煤加工企业的产业特点及实际情况入手，分析了选煤加工企业的现状，为南尾沟选煤厂可持续发展战略提供了基础依据；论文运用战略管理的基本理论，分析了南尾沟选煤厂内部坏境的优劣势及外部环境所具有的机会和威胁；在外部环境与内部资源分析的基础上，基于企业可持续发展的要求和思路，提出了南尾沟选煤厂可持续发展战略目标方向，指出企业应根据自身核心竞争力特点形成可持续发展战略组合来实现自己可持续发展之路。该结论具有一定的可操作性和实践性。并在综合全文研究成果的基础上，根据南尾沟选煤厂的实际情况，提出了实施战略应采取的战略措施及控制手段，具有一定的参考价值。关键词:可持续发展，战略，研究第1章绪论当代资源和生态环境问题日益突出，向人类提出了严峻的挑战，这些问题对科技、经济、社会发展提出了更高目标。科技创新是关键手段，生态系统的可持续性是基础，经济系统的健康发展是条件，社会系统的持续进步是保障。纵观整个经济环境，煤炭企业正面临着国有企业改革大潮的冲击，如产业结构调整、机制转换、战略重组等市场经济氛围下的改革，选煤厂也同样必将面临这些问题。其次，从资源环境看，由于煤炭行业是资源型企业，其开发过程是呈收益递减规律的，作为煤炭加工利用行业的选煤厂也同样必将面临原料煤供给在质和量上的不足问题。在整个中国都实施可持续发展战略的今天，选煤厂作为煤炭行业不可或缺的环节之一，发挥着重要的作用，也应该将资源、环境协调发展。将煤炭最大限度的利用，将对环境的破坏降到最低，力求以最小的投入换回最大利润的收获。第2章可持续发展研究背景南尾沟选煤厂背景南尾沟矿选煤厂始建于1997年，1998年建成投产，设计能力为120万吨/年，当时的洗煤工艺为溜槽洗煤，煤泥水全部排出厂外煤泥沉淀池。特别是2000年以来，经过几期大型技术改造，成为生产集中控制，小时处理量为576吨的大型现代化选煤厂。生产的产品分别为二级精煤、八级精煤、洗中块、洗混煤，其主导产品为二级冶炼精煤，具有低灰、低硫、高发热量、高挥发分等特点，粘结指数G值为70左右，主要供给鞍钢、本钢、首钢等做配焦用煤。从1998年到2003年完成了第一期技术改造。新建成跳汰水洗车间代替溜槽水洗车间，生产能力为200万吨/年，全厂装机容量5617KW，水洗、原煤车间均配有6KV高压配电室，实行环行供电。整个生产与停止由控制器实现。此次改造使选煤厂洗煤能力实现了质的飞跃，经济效益和社会效益明显提高。从2003年到2008年5月完成了第二期技术改造。主要项目有10项：主洗跳汰机升级换代改造、洗煤单机自动化改造、煤泥深加工系统改造、矸石再洗汰机跳改造、计算机监控系统升级换代改造、选煤厂煤泥水二期工程改造、主洗205#/1跳汰机改造、低矸脱水筛更新改造、机车牵引代替了笨重的人工拿放车方式改造、洗矸石工艺系统的改造。进入2009年以来，南尾沟矿销售科经过大量的市场调研，发现矸石破碎后具有较大市场空间，可以作为制砖的主要原料，于是选煤厂根据市场需求，将洗矸石全部破碎成粒度为25mm以下的小块，对外销售。其工艺环节是利用选煤厂原有的大块煤仓作为矸石的缓冲仓，增设一条800mm宽，8m长的刮板运输机，安装一台锤式破碎机；利用选煤厂原有的原煤装车系统进行装车销售。这样一来，把洗矸石的处理从“堆放为主”逐步转变为利用为主，不仅洁净了环境，降低了污染，而且实现了煤中有效成分的最大利用，也为企业增加了经济效益。现在的南尾沟矿选煤厂工艺灵活，技术先进，可根据用户需求，调整洗煤工艺，生产出各种优质煤炭。本文研究思路及主要内容：我国煤炭资源丰富．保守资源量10202亿t。根据第三次煤炭资源预测与评价，我国煤炭资源总量为5157万亿t，位居世界第一；可采储量为2040亿t．位居世界第二。根据预测，到2010年煤炭在我国一次性能源生产和消费结构中仍占60％左右，到2050年，这一比例不会低于50％。在未来几十年内。煤炭仍将是我国的主要能源之一，但是在煤炭为国民经济发展作出巨大贡献的同时，由于大部分原煤未经加工，不仅转化利用效率低、资源浪费大，而且给环境带来严重的污染。如何做好煤炭的分选加工、洁净利用、保护生态环境，充分利用优质煤炭资源，提高经济效益，是实施国家发展战略的重要内容之一。选煤是洁净煤技术的源头和基础。也是适合我国当前经济状况的一项最有效的洁净煤技术。2.2.1目前，大部分同家对煤炭洗选非常重视。尤其是发达国家。现在世界原煤平均入选比例在50％左右，一些国家甚至超过80％。这些国家的精煤产品质量高，除有的国家原煤易选外，主要原因是工艺系统合理，设备性能可靠；再一个原因是，在一些国家，重介选工艺逐渐升到主导地位。美国在20世纪80年代。重介选占31％；跳汰选占49％，到1996年，重介选升到45％，跳汰选下降到35％。澳大利亚跳汰选使用量很少，甚至不用。其原因正像美国专家说的那样：“与跳汰选比，重介选的分选精度高，就是选块煤，重介选的效率也高于巴达克跳汰机”。但德国由于煤易选，且巴达克跳汰机技术成熟，跳汰选一直是主要选煤方法。另外应引起注意的是，目前以重介选为主的国家里，由于大直径旋流器(直径lm左右)及微细介质旋流器的出现。有以重介旋流器为主的趋势。这种大直径旋流器的入料粒度上限达到50mm，下限为14mm，只要对原煤适当破碎，可完全取代槽式重介分选机和跳汰机。这种情况在美国和澳大利亚十分明显。我国选煤工业起步较晚，20世纪50年代才开始建立起自己的选煤工业。“八五”期间原煤入选量的增长速度首次超过原煤增长速度，“九五”和“十五”期问选煤持续快速增长。2004年我国的原煤产量为19.6亿t，正常运行的选煤厂有2000余座，其中中型以上选煤厂394座；选煤设计能力7.5亿t/a．实际生产能力6.0亿t/a。实际原煤入洗率为32％。2005年的原煤产量为19.6亿t，原煤人选量为7.03亿t．人选率为33％。尽管如此，我国原煤入选比例还是主要产煤国家中最低的。到2002年底．我国所采用的选煤方法构成为：重介质选煤36.3％．跳汰选煤38.7％，浮选11.6％，其他选煤13.4％。自20世纪90年代以来重介选煤方法发展很快，由“八五”初期的23％上升到“十五”末的36％。最近几年，发达国家设在中国的分支机构为中国承建了大量选煤厂，将发达国家的先进选煤技术和装备引进中国，促进了我国选煤工业和技术的进步。通过多年的自行开发和消化引进技术，我国选煤技术已有了长足进展，掌握了国际上先进的选煤方法，自行研制的自动化仪表、传感器、计算机软件及自控装置，已能实现主要生产环节的自动测控和全厂集中控制。“八五”和“九五”期间完成的“跳汰机主要参数自动控制”、“浮选系统产品质量在线测控技术”、“末煤重介系统产品质量在线测控技术”、“单机自动化系统和工控网络系统”、“选煤厂电控系统可靠性诊断检测佣郡况参数监控系统”、“同位素煤炭硫分快速测定仪”、“光电式浮选尾矿在线测灰仪”等攻关项目，总体技术达到或接近国际先进水平。正在研究的空汽重介干法选煤、风力选煤、动筛跳汰机选煤及小直径重介质旋流器分选煤泥等技术都取得了可喜进展；高梯度磁选脱硫、选择性絮凝、摩擦静电选和微波脱除有机硫等项目正在探索之中。目钱国内选煤生产和技术水平佣窥际先进水平相比，特别是与洁净煤技术的要求相比，还存在一定的差距。如：原煤入选比例低；生产工效低；大型设背及自动化检测仪表的可靠性有待提高；适用于干旱缺水地区，年轻变质煤及易泥化煤分选的干法及节水型分选技术有待进一步开发、完善；煤炭深度脱硫降灰和综合利用技术尚未配套；极细粒煤的分选及脱水问题的研究刚刚起步。2我国主要选煤技术发展趋势选煤是应用物理、物理化学、化学或微生物等方法将原煤脱灰、降硫并加工成质量均匀、用途不同的各品种煤的煤炭加工技术，是提高煤炭利用效率、减少污染物排放的最经济、有效的途径。目前，国内采用的选煤方法主要为重介、跳汰、浮选以及干法选煤。我国地域广阔，煤炭资源丰富，煤种齐全，煤质变化大，因而以上选煤方法均有应用。随着国际能源消费结构向煤炭消费方向的调整和环境保护意识的日益增强，世界各国越来越重视煤炭的洗选加工，从而有力地推动了选煤技术的发展。为了进一步改善和提高选煤效果，各主要产煤国家都把注意力放在改进工艺、研制和采用新型、高效和高产洗选设备以及提高自动化、信息化和专业化水平方面。我国选煤技术的发展趋势主要表现在以下几个方面：第一，煤炭洗选加工量将继续增加，并呈现出加速增长的势头。第二，选煤厂向大型化发展，以适应煤炭生产多元化和集中化的需要。第三，工艺流程不断简化。第四，重介旋流器分级洗选趋向于混合洗选。第五，重介旋流器与浮选机的联合洗选工艺趋向代替跳汰与浮选联合洗选工艺。第六，跳汰机的分选下限不断降低，浮选粒度级别降到0.2mm以下。第七，化学选煤将会获得应用。第八，各种选煤技术将被不断开发、示范与应用，并将出现工业化的超洁净煤分选技术的广泛应用。第九，选煤技术将更加重视环境保护工程和煤炭资源的综合利用，建立无尾煤选煤厂，充分回收原煤中的黄铁矿，对选煤水采取闭路循环处理。对于三大选煤方法，其发展趋势表现出各自的特点。1重介选煤技术重介选煤是一种高效率的重力选煤方法，具有可高效率地分选难选煤和极难选煤、分选密度调节范围宽、适应性强、分选粒度范围宽、处理能力大、实现自动控制等特点。我国的重介选煤技术始于1958年，在解决了设备的耐磨、介质同收和高效泵设备问题后，重介选煤技术在中国得到了迅速的发展，先后研制成功了各种类型的重介分选机、两产品及三产品有压和无压给料的重介旋流器、多产品低下限重介分选系统、微细介质重介旋流器分选煤泥等并投入工业应用，为重介选煤技术的进一步发展奠定了雄厚的技术基础。目前，我国重介选煤的旋流器及其工艺明显地向两极方向发展：一是提高入料上限，二是明显降低分选下限，利用小直径旋流器，在高离心力场下分选0.5mm以下的煤泥，使旋流器的有效分选下限达0.045mm。在工艺流程方面，重点发展原煤不脱泥入选和小直径重介旋流器处理细粒煤，以及将上述2种工艺加以综合的复选工艺，重介分选技术的今后发展重点和趋势：主要表现在对介质的改进，以及开发新型选煤介质。2跳汰选煤技术跳汰选煤是主要的煤炭分选工艺，它的优点在于工艺流程简单、设备操作维修方便、处理能力大且有足够的分选精确度；另外，跳汰选煤入料粒度范围宽，能处理15mm~150mm粒级原料煤。跳汰选煤的适应性较强，主要应用于洗选中等难选到易选的煤种。是否采用跳汰方法选煤关键看原煤的可选性，原则上中等可选、易选的和极易选原煤都应采用跳汰选煤方法。难选煤是用跳汰选还是重介选，应通过技术经济比较来确定，对极难选煤，应采用重介选煤方法，以求得高质量和高效益。在我国使用较多的国产跳汰机有SKT系列、X系列筛下空气室跳汰机。X系列跳汰机采川液压托板排料方式，跳汰面积为4m2~45m2；SKT系列跳汰机跳汰面积为6m2—40m2，采用无溢流堰深仓式稳静排料方式，可避免已分层物料撞击或翻越溢流堰造成二次混杂。总的来看，跳汰技术的发展是朝着设备大型化、降低制造和运行成本、更加精确地实现分选、提高单机及系统的自动化程度等方向进行。因此，未来很长一段时间内，跳汰选仍将在我国选煤行业中居优势地位。3浮选选煤技术浮选工艺是利用矿物表面的物理化学性质的差别分选矿物颗粒的作业过程，是一种应用非常广泛的选煤方法。生产实践证明，不同粒级的煤泥在浮选中的速度和可浮性存的较大的差异。因此，浮选工艺的一个发展方向是，采用分级入浮方式处理，可使不同粒级的煤泥得到合理有效地处理，一般可将煤泥分为3个级别，即粗粒级(+0.25mm)、中等粒级(0.25mm-0.045mm)、高灰细泥(-0.045mm)，近年来我国研制成功的筛网旋流器为煤泥分级浮选或分级处理流程创造了条件。另外，对浮选剂的研发也得到了一定的发展，浮选剂的主要作用是提高煤粒表面疏水性和煤粒在气泡上黏着的牢固度，在矿浆中促使形成大量气泡，防止气泡兼并和改善泡沫的稳定性使煤粒有选择性地黏着气泡而上浮，调节煤与矿物杂质的表面性质，提高煤泥的浮选速度和选择性。近年来对煤泥浮选的药剂进行了很多研究，除了各类捕收剂和起泡剂外主要致力于两个方面：一是煤泥浮选促进剂．二是复合浮选药剂。在这两个方面，国内外的专家学者通过不懈努力已经取得了丰硕成果。2.2.3尽管“十五”期间我国煤炭洗选加工业得到了迅速发展，选煤技术有了较大进步，但与世界发达国家相比还存在不小差距。主要具体表现在以下几方面：(1)原煤入选比例低且发展不平衡。地方煤矿，尤其是乡镇煤矿原煤入选比例低，且单厂规模小；炼焦精煤灰分偏高，不能满足国内市场需求；动力煤入选比例低，动力配煤技术刚刚起步。(2)设备规格少，处理能力低。我国选煤设备处理能力大都低于国际先进水平，动筛跳汰机处理能力为40t/(m2·h)~60t/(m2·h)，而国际先进国家指标为100t/(m2·h)；单槽16m3浮选机处理能力为300m3/h，而国际先进水平为500m3/h；设备可靠性差，平均可靠性仅为70％，生产规模小，产品质量不高，品种少；选煤设备型号、性能单一，洗选效率比主要产煤国低7~8个百分点。(3)自动化水平低。我国选煤厂70％实现了集中控制，少数厂微机直接参与控制生产。重介自动化基本解决。跳汰机单机自动化和浮选自动化还需进一步改进，特别是在线自动检测技术仅在部分选煤厂使用．相当于国外20世纪80年代水平。(4)环保意识差．副产品利用率低。煤炭洗选总量和副产品产量与环境容量不平衡．节约能源和资源有效回收利用意识有待提高。第3章可持续发展循环经济确立发展方向南尾沟矿在多年的煤炭生产实践中，深刻地体会到，煤炭产品附加值不高，煤炭生产效益低，环境污染严重，可持续发展能力差，不但影响了企业自身的生存、发展和市场竞争力，而且对社会造成一定的负面影响。为此，探索循环经济模式，既是煤炭企业优化产业结构，强化经营管理，提高经济效益的需要，是走新型工业化道路的需要，也是企业生存发展的需要。根据发展实际，确定三条产业链作为循环经济的重点发展方向。煤气化炼焦煤选煤洗矸中煤煤泥水煤浆精煤热、电炼焦新型建材焦炭煤气净化煤气合成气化肥和化工原料焦油24种化工产品焦油加工针状焦超高功率石墨电极高附加值精细化工产品南尾沟矿相关产业多元化体系图煤炭—热、电—新型建材煤炭洗选加工是洁净生产的常用措施，南尾沟矿现有选煤厂2座，总设计能力300万吨/年，采用块、末煤重介分选，煤泥浮选，跳汰—浮选联合等工艺，每年可生产精煤100万吨。在煤炭洗选加工过程中，每年产出煤泥、煤矸石15万吨，我们采用循环流化床锅炉等先进技术，建成1座煤矸石、煤泥综合利用电厂，总装机容量45MW，年利用煤泥18万吨、煤矸石和劣质洗中煤10万吨，既为南尾沟矿发展提供了电力，同时又实现了热电联产，为工业和居民供热，满足了矿区日益增长的用电用热需求。电厂产生的粉煤灰和矿区大量的煤矸石，已被利用于混凝土砌块、水泥、速凝剂、釉面内墙砖等建材产品的生产中，正在建设的600万块/年煤矸石烧结砖项目，年底即可建成投产，解决了煤矸石、煤泥的污染环境和占用土地资源问题。煤炭—炼焦—焦油加工—炭素南尾沟矿现有焦炭生产能力10万吨，在此基础上，采用污染小、效率高、大容积的先进工艺技术装备和高新技术延长焦化产业链，实现清洁生产，扩大焦化规模，增加产品附加值，提高经济效益。炼焦的化工副产品中粗苯和焦油产量较大，是发展煤化工的主要原料，对其精制而得的单一组分产品和深加工产品是化工、轻工、医药等部门必不可少的高附加值产品，有些是石油化工产品不能替代的，是进一步发展精细化工产业的基础。其中针状焦和改质沥青是生产超高功率石墨电极（炭素制品）的重要原料，可使南尾沟矿开封炭素项目实现原材料国产化，降低生产成本。开展资源综合利用，延伸产业链条循环经济是相对于传统经济而言的。传统经济是以“资源-产品-废弃物排放”单向流动为基本特征的线性经济发展模式，循环经济是以“资源-产品-再生资源”为特征的经济发展模式，使物质资源得到充分、合理的利用，把经济活动对自然环境的影响降低到尽可能小的程度，是符合可持续发展原则的经济发展模式。南尾沟矿自1997年代建矿以来，共形成矸石山6座，其中仍在使用的矸石山5座，废矸石山5座，每年排放煤矸石10万吨左右，累计堆存总量577万吨，占地150万平方米；每年排放粉煤灰10万吨，堆存量12万吨；每年产生煤泥15万吨。如何将这些废弃物实现综合利用是平煤集团发展循环经济的关键。多年来，集团公司结合矿区的资源优势，开发了煤矸石、煤泥发电，利用煤矸石制作水泥、烧结空心砖、速凝剂、釉面内墙砖，利用粉煤灰做混凝土砌块，变废为宝，使矿区经济实现了可持续发展。利用煤矸石、煤泥发电南尾沟矿现有综合利用电厂三座，分别是坑口电厂、四矿热电厂、矸石电厂，总装机容量为85MW，年利用煤泥23万吨、煤矸石和洗中煤30万吨，年可发电4.7亿kwh，实现销售收入1.6亿元。坑口电厂是利用原平顶山矿务局九矿的工业广场兴建的，国家计划委员会1991年以国家计工（1991）第4号文批准了《河南平顶山矿务局坑口电厂项目建议书》，规模为2×50MW，项目一期工程（1#机组1×50MW）在1996年中期完成，并于1996年12月起投入运行。项目采用1×230t/h煤粉炉，固定资产2.9亿元。2003年，发电量30688万kwh，实现销售收入10819万元，利润4245万元，利用煤泥22.5万吨。四矿热电厂是原能源部批复立项，采用煤矸石和劣质洗中煤为主要燃料、热电联产的部级示范节能项目。装机容量为2×6MW，1995年7月正式投产，年发电能力为7200万KWh，采用2×35t/h循环流化床锅炉。2003年，发电量8305万kwh，实现销售收入2460万元，利润-100万元，利用矸石和洗中煤13.5万吨。矸石电厂一期工程由煤炭部综合利用司1987年10月批准初设，装机容量为2×6MW，年发电量为7200万kwh，以燃烧矸石和中煤为主，一期工程于1992年12月正式投入生产。现装机容量为3×6MW，采用4×35t/h循环流化床锅炉。2003年，发电量8964万kwh，实现销售收入3229万元，利润-134万元，利用矸石及洗中煤16.4万吨。利用煤矸石、粉煤灰做建筑材料利用煤矸石、粉煤灰做水泥：由于煤矸石和粘土的化学成份相近，在水泥生产中可代替部分粘土提供生料的硅质铝质成分，同时，煤矸石还能释放一定热量，烧制水泥熟料时可以代替部分燃料，因此，南尾沟矿将煤矸石作为水泥生产的原料，采用煤矸石“双掺”技术（在生料中掺加黑矸石，在熟料中掺加自燃后的红矸石和粉煤灰），掺加比例可达到30%，大大降低了水泥生产成本。2）利用煤矸石做烧结空心砖：经过适当的成分调整，利用煤矸石可部分或全部代替粘土生产砖瓦，矸石砖的强度和耐腐蚀性都优于粘土砖，且干燥速度快，收缩率低。经过深入细致的调研论证，南尾沟矿目前正在建设一座以全煤矸石为原料、年生产能力为6000万块的煤矸石砖厂，项目总投资2256万元，建成投产后，每年可实现销售收入988万元，利润总额316万元，该项目预计2004年年底建成投产。3）利用煤矸石做速凝剂：南尾沟矿矿山器材总厂利用自燃煤矸石替代粘土作为速凝剂的缓凝材料，大大降低了生产成本。煤矸石掺加重量比可达33%，年可利用煤矸石1200吨。4）利用煤矸石生产釉面内墙砖：釉面内墙砖是一种用于建筑物内和地板表面的装饰材料，南尾沟矿陶瓷厂利用自燃煤矸石生产釉面内墙砖，煤矸石掺加重量比可达45%，年可利用煤矸石近2000吨，降低了生产成本。利用煤泥制作水煤浆，并试用于发电目前中、高灰分煤泥较合理的利用方式是燃烧，前提是需将煤泥干燥但自然干燥需占用大量土地，并且受影响大，机械干燥投资大，运行费用高不经济。所以将煤泥适当处理后调制成浆，供电站、工业和民用锅炉燃用可解决上述问题，是一种大规模利用煤泥的好途径。南尾沟矿利用现有的生产设施，建设年处理20万吨煤泥的水煤浆生产线，采用深度降灰脱硫成套技术，得到超细优质精煤3～万吨/年，利用细尾煤制成万吨低热值水煤浆供锅炉燃用，年节约原煤12万吨。项目总投资2500万元，已于2003年9月建成投产。2003年11月，南尾沟矿矸石电厂1#炉试烧水煤浆成功，有待推广应用。加强废弃物的无害化处理，改善矿区生态环境利用煤矸石隔塘铺路煤矸石有不易渗水的特性，对于常年积水不易复耕的塌陷区，用煤矸石进行“网式”填垫，把其围隔成规整的坑塘，然后用泥浆泵泵出塘内泥土。同时，针对采煤严重破坏农村道路现象，用煤矸石铺设村内生产道路，成为我们解决道路塌陷的又一有效途径。近几年共铺设村内生产道路8000多米，改善了农村交通“晴天人难行，雨天车不通”的状况，方便了农民生产、生活，减轻了企业补偿负担，密切了矿乡工农关系，为公路建设单位提供矸石100多万吨，锅炉炉渣8万多吨，减少了环境污染，改善了矿区环境，为城市道路建设节约了资金。利用煤矸石充填塌陷地，复垦还耕耕地在采煤塌陷后仍不失其肥沃性，通过用煤矸石充填抬高后，即可恢复耕种。利用煤矸石充填有三点好处：第一、代价低。生产矿可免费供应，经济合算；第二、煤矸石量大，易满足要求，且距离较近，易运输；第三、煤矸石渗水性差，有利于保护土壤中的水份、养份。近年来，我们通过运用煤矸石充填复垦还耕达到了预期效果。还耕土地2000多亩，目前已种植上了蔬菜、果树和庄稼，长势良好，年受益100多万元，煤矸石充填复垦还缓和了矿区周边农村人多地少的矛盾，解决了长期困扰企业的塌陷—补偿—再塌陷—再补偿的恶性循环，减轻了企业补偿负担，利国利民利企业。第4章可持续发展洁净煤技术必要性分析亿吨，长期以来，煤炭在一次能源生产和消费结构中占到70%，然而，相对来说，我国是一个“缺油少气”的国家，从1993年开始，我国的石油就开始进口，近期以来，国民经济所消耗石油中，进口石油占据了1/3多，而且进口石油的所占的权重还在不断增大，严重影响到我国的能源消费安全，加上现今新能源开发的成本还较高，竞争力还不是很明显，所以，有人[]2估计，至少在今后20年内，煤炭作为主要能源的煤炭在中国能源中的主导地位不会改变。煤炭资源是我国的主导性能源，但是也是一种污染性极大的资源，如果不对其进行科学利用，其开采和燃烧过程中产生的矸石、烟尘等将严重污染环境，威胁人们身体健康，对我国走稳定、健康的可持续发展道路构成重大威胁。可以说，今后这二十年也是我们与环境污染、资源安全作斗争的二十年，困难是显然的。面对困难我们必须要有突破，将煤炭资源的进行科学规划和利用，采用洁净煤技术，提高煤炭资源能量利用效率，丰富能源利用形态，减少污染，降低对进口资源的依赖，走中国特色的中国洁净煤战略道路，是很好的破除困境的办法，也是必要性的选择。洁净煤技术介绍1997年，国务院批准了《中国洁净煤技术九五计划和2010年发展纲要》，其中规定，我国的洁净煤技术包括以下四个领域：煤炭加工、煤炭高效洁净燃烧、煤炭转化、污染排放控制和废弃物处理。煤炭加工技术煤炭加工技术主要包括洗选煤技术、型煤技术以及水煤浆技术等。1.1洗选煤技术选煤是应用物理、物理化学、化学或微生物等方法将原煤脱灰、降硫并加工成质量均匀、用途不同的各品种煤的煤炭加工过程[]3，其中选用的各种方法即为洗选煤技术，这是提高煤炭利用效率、减少污染物排放的最经济、有效的途径。目前，国内采用的选煤方法主要为重介、跳汰、浮选以及干法选煤。1.2型煤技术型煤是用一种或一定比例的黏合剂或固硫剂在一定的压力下加工形成的、具有一定的形状和物理化学性能的煤炭产品。工业层燃锅炉和工业窑炉燃用型煤与燃用原煤相比，能显著提高热效率，减少燃煤污染物的排放[]4。型煤技术又包括三项子技术，分别是：粘结剂技术，添加技术和成型技术。型煤过程中，我们需采用廉价高效型煤粘结剂、能加快燃烧反应速度，提高热能利用并减少有害气体排放的添加剂以及在20～35MPa之间的成型压力。1.3水煤浆技术水煤浆是70年代石油危机中发展起来的一种煤基流体燃料。它是用一系列技术将煤粉和水按照重量比7：3的比例混合再加入少量化学添加剂配合成的混合体，约2t或2.5t普通水煤浆可代替1t重油。因水煤浆具有良好的流动性和稳定性,所以其可以象油一样实现全密封储运和高效率的雾化燃烧[]5。总体上水浆煤属于一种见效快、节能和环保型的理想代油燃料。水煤浆技术应用具有燃烧效率高，大气污染控制效果明显，具有较强的工艺优越性等优点。煤炭高效洁净燃烧技术煤炭高效洁净燃烧包括整体煤气化联合循环发电技术，增压流化床联合循环发电技术等几个方面。2.1整体煤气化联合循环发电技术整体煤气化联合循环发电(IntergratedGasificationCombinedCycle)技术，是一种新型的先进洁净煤燃烧发电技术。它的系统由三部分组成，一部分是煤的气化部分，一部分是煤气的净化部分(气化炉、空分装置、煤气净化设备)，另一部分是燃气-蒸汽联合循环发电部分(燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统)。操作时，将为煤气化为中低热值煤气，再将煤气净化，除去其中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料，然后进入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气轮机作功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功[]6，整个过程是联合循环过程。增压流化床联合循环（又称PFBC)是以一项以增压的(1.0～1.6MPa)流化床燃烧室为主体，以蒸汽、燃气联合循环为特征的热力发电技术。操作时，先将煤和脱硫剂制成水煤浆，用泵将其注入流化床燃烧室内(另一种方法是用压缩空气将破碎后的煤粒吹入流化床燃烧室内)，然后压缩空气，将压缩空气经床底部的压力风室和布风板吹入炉膛，使燃料流化、燃烧，在流化床燃烧室中部注入二次风使燃料燃尽。床内燃烧温度一般为850～950℃。炉膛出口的高温高压烟气经除尘后，驱动燃气轮机，燃气轮机一方面提供压缩空气的动力，另一方面带动发电机发电。同时锅炉产生的过热蒸汽进入汽轮机，带动发电机发电。煤炭转化技术煤炭转化技术指的是煤炭气化、液化以及与燃料电池联合利用等。3.1煤炭气化技术煤炭气化技术是指在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂(如蒸汽/空气或氧气等)发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的一项技术[]8。煤炭气化技术包括完全气化技术、温和气化(低温热解)技术和地下气化技术。煤经气化后可以达到无烟、无硫、无灰的燃烧效果，大大减少环境污染，是实现煤炭洁净利用的先导技术和主要途径。3.2煤炭液化技术煤炭与液体燃料相比，其不便于运输，且煤炭是一种碳含量高，氢含量只5%的固体，其中的氢含量只有石油的1/2，不能直接提供给内燃机和其他内燃设备从而成为车用燃料[]9。如果要想使得煤炭可以用作车辆燃料，煤炭必须转化成类似氢含量的液体物质。将煤经化学加工转化成洁净的便于运输和使用的液体燃料、化学品或化工原料等的过程技术的合称即为煤炭液化技术。3.3燃料电池联合利用技术燃料电池是在一定条件下使H2、天然气或者煤炭等的催化重整气(主要是H2)等与氧化剂(空气中的02)发生化学反应，将化学能直接转换为电能和热能的一种装置。也是一种系统技术。从理论上讲，只要外部连续地供给燃料，燃料电池就可以不间断地输出电能[]10。由于燃料电池的发电过程不经历燃烧过程（即燃料电池不是一种热机），其运作过程不受卡诺循环的限制，因而具有很高的能量转换效率（理论上可大于80%），而且发电过程不会造成环境污染。污染排放控制和废弃物处理煤炭的污染排放控制和废弃物技术处理指的是烟气净化、煤层气利用和煤矸石综合利用等方面的技术综合。4.1烟气净化技术烟气净化是清除燃烧产生的烟气中的有害物质如灰尘、SO2、NOx，它包括除尘、脱硝和脱硫等几个方面的内容。除尘方面，有电气除尘器，过滤器与湿式除尘器(包括洗涤塔与湿式电气除尘器)等几种技术除尘手段。脱硫方面，目前常用的技术手段分湿法、半干法和干法几种。其中湿法有石灰/石灰石法洗涤、氨法和Wellmand-Lord法等，干法有活性碳法和Desonox法等。脱硝方面，可以通过烟气回流降低燃烧区的局部温度以及采用分层供风两段燃烧等措施来降低含氮氧化物排放，目前主要的脱硝方法为SCR(选择性催化还原)法[]11。4.2煤层气利用技术煤层气俗称“瓦斯”，是吸附在煤层中非常规天然气。长期以来，瓦斯作为煤矿“第一杀手”不仅对煤矿的生产安全和矿工的生命安全构成了最大的威胁，而且还是一种具有强烈温室效应的有害气体，其大量排空对全球环境变化有较大影响。然而瓦斯的成分与常规天然气大体相同，主要有90%以上的甲烷组成。近年来，煤层气作为一种新型能源再度被人们认识和肯定。将其广泛用于煤层气发电、汽车燃料、锅炉改造、工业用气、煤化工项目、居民用气等领域的技术是为煤层气利用技术[]12。目前主要的开采方法是地面钻井开采。4.3煤矸石综合利用技术煤矸石是煤炭开采时的一种副产物，其主要矿物成分是粘土矿物和石英，另外还含有部分的碳组分。目前中国累计堆有煤矸石山1500多座，约42亿t，占地114万hm2，而且每年约以1亿t的速度递增，每年形成新增占地400多hm2。煤矸石的大量堆积废置，给环境带来了巨大的污染，如：侵占耕地,自燃所产生的有毒有害气体对大气的污染，风蚀扬尘及淋溶水污染等[]13。因此必须对煤矸石进行合理的综合利用。煤研石的综合利用包括:煤研石发电、生产建筑材料、回收有益矿产品、制取化工产品、改良土壤、生产肥料、回填(包括建筑回填、填低洼地和荒地、充填矿井采空区、煤矿塌陷区复垦)、筑路等。其中运用的一些方法和技术手段即为煤矸石综合利用技术。洁净煤技术在选煤方面的应用在煤炭转化方面中国的选煤技术自主设计能力近些年有大幅提高，年选煤量由上世纪90年代的4.42亿t提高至2006年的7.86亿t（2006年全国原煤产量为23.25亿t，入选率33.8%，其中，入选冶炼用炼焦煤3.88亿t，入选动力煤3.98亿t）。其中干法洗选、重介质旋流器、细粒煤分选等技术发展迅猛；水煤浆制浆生产能力先已近300万吨/年，而且在工业燃烧水煤浆取得实质性进展；我国已建成较大规模的动力配煤生产线，配煤能力5000多万吨每年；型煤技术得到大力推广，建立起了自己的锅炉型煤、气化型煤、型焦及配型煤炼焦和生物质型煤生产线。我国的在煤炭转化方面进步也较大，通过引进和自主开发，目前已经掌握了多喷嘴水煤浆新型气化炉、加压粉煤流化床气化炉、灰熔聚常压流化床气化炉等新型煤炭气化技术，使得我国工业生产方面单位能耗降低。另外，煤炭液化也取得明显效果，如潞安煤基合成油示范厂已具备160kt/a的柴油、石脑油、LPG及少量混合醇燃料的生产能力。根据第五届中国国际煤炭大会消息，2008年我国煤制油的产能为14.32万t，而且这个能力还在不断扩大，目前有神华集团、神华宁煤集团、内蒙古伊泰集团、兖矿集团、山西潞安矿业集团等拟建和在建的7个煤制油项目，据估计，到2020年中国煤制油产业将形成5000万t的产能规模[]15。另外，我国已经成功研制了kW级燃料电池堆，煤炭气化和燃料电池联合的研究在开展。第5章可持续发展环境整治噪声的综合治理噪声治理的必要性随着现代工业的迅猛发展，噪声污染越来越严重，已经成为一种公害。选煤厂则是煤炭企业的主要噪声源之一，有相当一部分选煤厂的噪声已经超过我国工业企业噪声卫生标准的规定。在环境保护意识越来越强的今天，迫切需要对选煤厂噪声进行治理，而且只有采取综合治理的方法，才能解决这一问题。随着国际和国内的新材料，新设备，新方法大量的涌现，使得选煤厂综合治理噪声已经成为可能。同时，国内外专家和学者对噪声特性的理论研究广泛应用于实践，并取得良好的降噪效果，噪声控制技术在许多选煤厂的应用中也取得了令人满意的效果，说明选煤厂噪声的治理是可行的。主要噪声源的治理措施1.选煤厂振动筛的主要降噪措施A振动筛的噪声分析与控制措施振动筛是选煤厂的主要噪声源，所产生的噪声主要包括：①齿轮啮合冲击噪声及筛箱板对齿轮啮合冲击的振动响应引发的辐射噪声；②筛子各结构及钢板的振动噪声；③物料与物料的碰撞噪声及物料对筛板的撞击噪声；④振动筛振动引起楼板的共振噪声等等。B振动筛的噪声控制措施将冲孔钢筛板换成聚氨酯筛板或橡胶筛板，这两种筛板的弹性模量小，冲击噪声低。可降噪4~10dB； 在筛箱侧板、给料口、排料口、接料底盘内贴橡胶板。可降噪2~12dB；用柔性辐板齿轮代替钢齿轮，通过齿轮辐板上的橡胶弹性体传递扭矩吸收齿轮啮入、啮出造成的振动噪声。可降噪4~10dB；用橡胶弹簧代替钢制弹簧。可降噪3~12dB；激振器体外加软式隔声罩。可降噪5~11dB；在筛机上方设悬吊吸声体，有效吸收振动筛的直达噪声，降低混响效果。可降噪4~12dB；加强筛机的维护工作，防治因个别部件松动而产生额外振动，尤其要定期更换筛板。2.选煤厂破碎机的主要降噪措施采用隔声、吸声的方法来降低破碎机噪声，即在破碎机与厂房之间安装一道具有吸声、隔声性能的活动式（拆装方便）隔声墙、隔声屏或隔声幕帘使噪声源与车间其余部分相隔，达到降噪的目的。同时，为了减少车间噪声对外部环境的影响，可以将车间窗户改为隔声采光窗3.选煤厂鼓风机（局扇）的主要降噪措施鼓风机的噪声为空气动力性噪声，应从以下几个方面进行治理：①在风机的进口、出口安装消声器（包括阻性、抗性和阻抗复合式消声器），首先要根据风机进、出气口噪声的频率特性，决定和选用消声器的消声频率特性②风机安装隔声罩利用超细玻璃棉（50MM厚）作为吸声材料，隔声毡（2MM厚）和护罩钢板（1.5MM）为隔声材料对风机进行隔声设计。设计时尽量保证隔声罩的密封性，以免封堵不严造成声波的衍射，降低隔声量，甚至倍加噪声值。由于密封电机，会造成机组的散热问题，所以，设计时必须考虑电机的通风散热，以保证机组的安全。常用的有四种通风冷却方法：4.选煤厂跳汰机的主要降噪措施跳汰机噪声主要是风阀排气造成的。风阀的排气噪声为空气动力性噪声，其声级往往在100bB以上，有些甚至超过110dB。其降噪方法一般是在风阀的排气口安装消声器，具体方法是：将风阀排气端盖改为隔音端盖；在风阀排气口进行扩散消声；每个消声器的出口汇总到一条总的消声排气管道。利用这些措施处理后，风阀的排气噪声由原来的120bB降到88dB。跳汰机风阀的排气噪声必须依据风阀排气噪声的频率特性及其声级的高低进行设计，否则难以达到预期的效果。5.选煤厂给料（煤）机的主要降噪措施当机械部件受到外力撞击产生振动时，其振动强度与其内摩擦阻尼特性有关，内阻的振动小，内阻大的振动就小，而声波则是机械振动由近及远的传播。因此，在解决机头、漏斗等受到撞击产生的噪声时，可采用高阻尼材料或废旧的输煤胶带垫在有煤流冲击的钢板上，再在胶带上面半固定厚厚的导流钢板，可以大大降低煤流对钢板的冲击，进而降低冲击的噪声。6.选煤厂胶带机头及漏斗的主要降噪措施在解决机头、漏斗等受撞击产生的噪声时,可采用以树脂、无机物及其它一些配合剂制成高阻尼材料,以该阻尼材料、钢板为原料复合成阻尼复合钢板,再用这种复合钢板加工成选煤厂漏斗和机头,并在受撞击面焊接M16人字筋,以增加漏斗和机头的使用年限。这种阻尼材料的结构损耗因子一般可达到0.3~0.4左右,能最大限度地使沿结构传递的振动能量衰减,损耗因子随着材料厚度的增加而增大,一般不受温度、频率等外界因素影响。通过实际工程项目的检验,降噪量可达15dB(A)左右。7．选煤厂各种溜槽的主要降噪措施高落差垂直段加缓冲降噪；在溜槽垂直段下设置成煤堆缓冲结构；在溜槽外贴高阻尼材料；大块物料或矸石溜槽采用耐磨橡胶板；在溜槽内贴高阻尼耐磨、抗冲击材料；在溜槽外加隔声罩，由胶合板、纤维板等材料制成，固定在框架上，并在它与溜槽之间保持一定厚度的空气层，以形成板空腔振动系统。当板在声波作用下振动时，声能先是变成机械能，而后变成热能，从而吸声。当声波频率与固有频率一致时，发生共振。如果在罩子外贴吸声材料，降噪效果更明显，可降低噪声15dB(A)左右。8.其他应对方法1.在车间内，利用吸声材料和吸声结构可以大幅度的吸收入射到墙壁方向的声波，大大降低了声波的反射能力，防止室内声波的叠加，降噪量可达5~15dB。2.在室内设置专用隔声室、隔声幕帘，在室外设置隔声屏障等也可以有效地阻碍声波的传播，从而降低被保护区域的噪声量。通常降噪量可达5~10dB，最大可达35dB。3.对机械振动强烈的设备和部件可进行局部或整体的隔振和减振：原理：将振源与地基或需要防振的物体之间利用弹性元件（如钢弹簧）和阻尼件（如橡胶隔振器、隔振垫等）进行连接，以隔绝或减弱振动能量的传递，达到降噪的目的。4.对有激振情况的金属薄板（即结构噪声）内、外涂抹阻尼材料，形成一定厚度（一般为金属薄板厚度的2~4倍）的阻尼层，也可大大降低500Hz以上频率的噪声。9.非技术性方案1.操作者的保护处于强噪声污染环境中的操作者，如跳汰司机，可以佩戴护耳器，如耳塞、耳罩、防声盔等来降低耳朵接受的噪声，保护听力2.选煤厂通过周围绿化降噪厂房周围栽种树木和草坪，可以降低噪声，树干对噪声具有散射作用，树叶具有吸声作用，并且可以降低厂内交通噪声等。长期以来，由于全国各地的选煤厂洗选工艺不尽相同，机械设备型号的差别也很大，加上车间的环境设施、管理方式的不同，导致了声源频谱分布的较大波动。所以，对噪声污染的治理就不能用一套固定的模式和方法来对待，首先，必须对噪声源进行“一对一”的频率特性分析“一对一”的设计方案，才能取得预期的效果。煤泥水的处理随着采煤机械化程度的不断提高，我国选煤厂入选原煤中＜0.5mm级细粒煤的含量也逐年增多，给煤泥水处理及煤泥脱水回收增加了难度。而煤泥水处理及煤泥脱水回收是选煤厂生产的重要环节，是降低洗水浓度，实现洗水闭路循环的关键，它不仅关系到选煤厂的正常生产和发展，而且影响着选煤厂节水、回收煤炭资源，保护生态环境等经济效益和社会效益。为此，我国广大选煤工作者不断研究，探讨煤泥水处理过程中的沉降、浓缩、澄清、过滤、压滤等固液分离的机理和实践，同时开发出一批新型、高效煤泥水处理及煤泥脱水回收设备，大大改善了选煤厂的生产条件，提高了选煤厂技术经济指标。煤泥水的性质及其对选煤工艺的影响在选煤工艺中，尤其在湿法选煤如重介、跳汰、槽选、浮选以及脱泥、水力分级中，都是以水作为工作介质。因而，选煤工艺是缺不了水的。无论是作为分选介质的洗水，还是作为脱泥的喷水以及冲洗溜槽的运输水，除了补充部分随产品带走以及工作过程中自然蒸发而损失的水量外，绝大部分用水都要在经过处理后循环复用。这些在洗选流程中循环使用的工艺用水即称为循环水。在湿法选煤中，原煤分级、脱泥、精选、脱水等作业分选成产品，其中很大一部分煤泥为产品所带走（主要为精煤所带走），但仍有不少的煤泥混在工艺用水中，这些流经选煤流程各作业，并混入煤泥的工艺用水称为煤泥水。煤泥水中的煤泥含量及其性质与很多因素有关。就内因而言，有煤和矸石的物理性质，如它们的硬度、泥化性质等，还有所含矿物杂质的性质等等；就外因而言，有井下开采和运输方法，选煤厂加工方法、流程，煤泥水水量，洗选效果等。因此，各选煤厂的煤泥水浓度、粒度组成、质量都有很大的差别。为了有效地回收宝贵的矿物资源，消除工厂排放物对环境的污染，节约工业用水，必须对选煤厂的煤泥水进行处理。煤泥水处理的基本内容包括两部分：最大限度地从煤泥水中分离出固体物，以获得符合要求的分选介质循环——水，这一步骤称为洗水澄清和煤泥水浓缩；第二部分就是煤泥处理。煤泥处理又分为粗煤泥回收和细粒煤泥处理。在整个煤泥水处理工序中，洗水澄清、浓缩、粗煤泥回收，细煤泥浮选以及浮选尾矿处理等作业的综合，即组成煤泥水流程。煤泥水处理是选煤生产中一项极其复杂而又十分重要的工作，也是衡量选煤厂管理水平的重要标志。煤泥水中因含有煤泥颗粒，所以它的性质和纯水不同。煤泥水的特性突出表现在两个方面。其一是煤泥水的比重。煤泥水的比重是由水和其中固体物的含量及其比重决定的，也就是说，煤泥水中固体物的比重越大，含量越多，则所形成的煤泥水的比重越大（见表5–1）。当煤泥水作为分选介质时，这种比重的改变对于分选过程自然是会产生影响的。表5–1煤泥水比重与其中固体物含量和比重的关系煤泥水浓度固体物(g/L)比重(g/㎝3)50100200300400500600其二是煤泥水的粘度变化。含固体物煤泥水的粘度比纯水要高。单从煤泥水的固体含量来评定它的粘度是不够的，它的粘度变化还决定于煤泥的性质和煤泥的粒度组成。所以，虽然煤泥水的固体含量对它粘度有重要影响，但同样值得关注的是这些固体颗粒之间的复杂的相互关系。一些资料表明，按粒度的大小可将煤泥分成两类：含有粒度大于35～45微米粗粒煤泥的煤泥水，这类煤泥水的进一步处理较容易；含有粒度小于35～45微米细粒煤泥的煤泥水，这种煤泥水的性质发生变化，从而使对它的进一步处理(澄清、浓缩、浮选和过滤等)十分困难。煤泥水中小于35微米的细粒含量增加时，煤泥水的粘度大幅度增高。可见，煤泥水中固体颗粒的粒度越小，细颗粒含量越多，煤泥水的性质将发生急剧变化。煤泥水中固体物的影响表现在粘土质和泥质物对煤泥水的污染上，煤中的这些物质在水中很易泥化，形成极小颗粒，如果颗粒表面带电荷，则形成稳定的胶态悬浮体。处于这种状态的煤泥水的粘度则大大增加了循环水的固体物含量高，给选煤工艺带来不良影响。1、循环水浓度对洗选效果的影响循环水浓度增加后，介质粘度增加，介质对沉淀物质的阻力也增加。在跳汰过程中，这就将使较细粒级煤泥的分选效率随之降低。双鸭山选煤厂的生产资料表明，当洗水浓度从35克/升增加到105克/升时，跳汰分选下限从60网目增大到40网目。某选煤厂循环水浓度从250～300克/升降到3克/升后，细粒精煤和矸石灰分变化如表5–2所示。可见，降低循环水浓度有利于降低洗选下限，改善细粒级的分选效果。一般认为，循环水的浓度以40～100克/升为宜。有人建议，含粘土质多的煤泥循环水浓度应以50克/升为宜；含粘土质少的煤泥循环水浓度以80克/升为宜，最多不能超过120克/升。应当记住，循环水浓度升高，对细粒级的分选是极为不利的。表5–2不同循环水浓度时细粒级的灰分粒度/㎜精煤灰分/%矸石灰分/%循环水浓度/（g/l）+,-循环水浓度/（g/l）+，-250～3003250～3003–2、循环水浓度对分级、脱水工作的影响由于介质粘度随循环水的浓度增加，所以循环水浓度增高必然使捞坑等分级效果恶化，介质粘度增加的结果是使沉淀物所受到的阻力增加，导致捞坑分级粒度变粗。双鸭山选煤厂当循环水浓度从35克/升增高到105克/升时，捞坑溢流浓度相应从62克/升增加到178克/升，致使溢流中大于40网目级的含量由0.5%增加到3%，出现了跑粗现象。同时，水介质粘度增大后，在捞坑中容易发生蓬拱现象，严重威胁安全生产，使分级效果进一步恶化，出现大量跑粗现象。高浓度的循环水，尤其是受粘土泥质严重污染的循环水，还将严重地污染精煤，特别是对细粒精煤污染更大，也增加了精煤脱水脱泥的困难，使精煤的水分、灰分都增高。双鸭山选煤厂细精煤用离心机脱水，当循环水浓度由50克/升上升到109克/升时，精煤水分由8.5%上升到10.5%，可见其影响之大。3、循环水浓度增加给选煤工艺带来的严重后果由于循环水增高能使跳汰分选下限变粗，精煤污染增加，澄清浓缩、分级设备发生跑粗现象，这将给选煤工艺带来严重后果。（1）跳汰分选下限变大，也就是提高了浮选的粒度上限。这样，除了增加煤泥水系统的负荷之外，给浮选本身也带来许多困难，增加了费用。而且未经分选的粗煤泥混入精煤后，使精煤灰分增高。（2）由于部分未能分选的粗煤泥和细粒泥质的污染，使得脱泥作业成为必不可少的工序。为了抵消由于煤泥污染而发生精煤灰分的增加，在跳汰操作中必然会降低分选比重，这样就增加了轻比重物在中煤、矸石中的损失，降低了精煤的回收率。(3)由于循环水浓度大，造成澄清、分级、浓缩设备的分级不良，捞坑、角锥沉淀池的溢流进入大面积浓缩机后，只有粗的和较粗的煤粒沉淀较快，细粒很难沉，这就丧失了对煤泥水中细颗粒的处理机会，这部分细粒在系统中形成恶性循环。粗粒含量多的煤泥水在浓缩机中常发生压耙子、堵管道故障；在过滤机中不上煤饼；在浮选中将发生尾煤跑粗，增加尾煤损失。可见，跑粗对煤泥水系统工作的干扰是很严重的。综上所述，煤泥水的性质与选煤厂技术经济指标关系密切，只有抓好煤泥水处理才能保证选煤厂获得较好的技术经济指标。粗颗粒煤泥水的处理对于采用湿法分选的选煤厂来说，经主选作业后就会产生大最的煤泥水，那么煤泥水的处理就从主选作业的下一道工序开始。经主选作业产生的煤泥水，粒度组成极为复杂，但是粗颗粒含量最大，我们把这部分煤泥水称为粗颗粒煤泥水。它是煤泥水处理的第一步。粗颗粒煤泥水处理一般是进行分级，由于湿法选煤大都用水做介质，所以分级有时又叫水力分级。它是根据颗粒在水介质中的沉降速度不同，将宽级别粒群分成两个或多个粒度相近的窄级别的过程。煤泥水的分级只分成粗、细两个不同的粒级。分级作业和筛分作业的性质相同，均是将粒度范围宽的粒群分成粒度范围窄的产物。但是筛分是比较严格地按几何尺寸分开，而分级则是按沉降速度差分开。分散体系的煤泥水沉降可用在层流状态下的斯托克斯公式来描述，分级设备中的沉降分离过程，一般可引用海伦模型。该模型假定：煤泥水的颗粒和流动速度在整个水池断面上是均匀分布的，并保持不变。悬浮液在分级设备中流动是理想的缓慢流动，颗粒只要一离开流动层，就认为已经成为沉物。该模型又称浅池原理。在实际生产中，分级工作是一个连续的过程。物料由一端给入，溢流由另一端排出，沉物则由下部排出。若分级设备的长度为L，宽度为B，进入设备的煤泥水量为W。如果分级设备有足够的深度，煤泥水溢流从另一端排出时，其上部有一流动层，其厚度设为h，在流动层的下部的煤泥水可以认为是静止的。流动层中的颗粒同时受到两个力的作用，其一为重力，使颗粒具有一个下沉速度υ；其二是物料给入容器后受到的向前的推动力，因此，有一水平速度u。所以，颗粒在流动层中的运动轨迹是一条曲线。当入料量W一定时，曲线倾斜程度主要受颗粒大小的影响。按照海伦模型，颗粒从给料端运动到溢流端以前，不管在何处由于轨迹的偏移离开了流动层，那么该颗粒在流动层下部将继续下沉。最终作为沉物排出。反之，颗粒从给料端运动到溢流端，仍处于流动层中，则该颗粒将从溢流排出，成为溢流产品(1)角锥沉淀池角锥沉淀池由若干个并列的底部为角锥形的钢筋混凝土容器组成，各分级室之间及其内部无隔板，角锥底部的倾角为65°～70°，角锥池一端人料，另一端为溢流端，沉物沉到锥底，锥底装有闸门以便排卸沉淀物料。煤泥水的入料方式有并联和串联两种。当以串联方式给料时，入料端底流排放物粒度组成较粗，出料端底流排放量小且粒度组成较细；当以并联方式给料时，底流物的质量没有差别。若要获得不同粒度的产品时，可选择串联给料方式。但当给料量一定时，采用串联给料方式，会使液流在角锥池中的流速较大，这对分级不利，所以选煤厂实际生产中多用并联给料。(2)斗子捞坑捞坑通常为方锥形或圆锥形钢筋混凝土结构，锥壁倾角为60°～70°，由中心或单侧给料，从周边或旁侧流出溢流。广泛采用的是中心给料周边溢流的方式。锥形容器中安有一台斗子提升机，用它来排出沉淀物，排出沉物的同时，还对物料有脱水的作用。沉淀物进入斗子的方式有三种：喂入式、挖掘式和半喂入式。喂入式的斗子提升机位于捞坑倒锥之外；挖掘式的斗子提升机置于捞坑之中；而半喂入式介于上面两者之间，吸取了前两种形式的优点，机尾在捞坑外部，但斗子位于捞坑之内。半喂入式既避免了检修斗子提升机时的不便，又避免了物料在池内堆积的缺点。因此，实际中以第二种形式应用最多(3)倾斜板分级设备通常，自然沉淀设备的面积均较大。如能提高设备的处理能力，缩小设备的体积，则可减少基建费用。由于分级设备是利用浅池原理进行工作的，物料在池中的沉降分级与池深无关。因此，为了提高设备的单位面积处理量，应该充分利用池深。在分级沉淀设备中，加设一组倾斜放置的沉淀板面，即倾斜板装置，可提高分级沉淀设备的处理能力。倾斜板的安装可以缩短颗粒的沉降距离，减少沉降时间，增大分级设备的沉淀面积，使沉淀好的物料顺利排出。细颗粒煤泥水的处理所谓细颗粒煤泥水就是那些水力分级设备产生的溢流。这部分煤泥水处理的原则流程有三种形式：浓缩浮选流程、直接浮选流程和半直接浮选流程。1.浓缩浮选原理煤泥水在浓缩机中的沉淀浓缩过程通常可分为五个区。如图5–3所示。前四个区与量筒中的沉降试验完全相同。即A区为澄清区，B区为自由沉降区，c区为过渡区，D区为压缩区。压缩区的下面，便是浓缩物区E。由于该区有刮板运输，刮板对浓缩物产生挤压作用，使水分渗出，进一步提高浓度，最终由浓缩机的底流口排出，成为底流产品。图5–3浓缩机浓缩过程在这五个区中，B、C、D反映了浓缩的过程，A、E反映的是浓缩的结果，即产物区。为使浓缩过程顺利进行，浓缩机池体需有一定深度，该深度应包括5个区各自的高度。（3）浓缩设备重力场中的浓缩设备很多，这里主要介绍沉淀塔、耙式浓缩机、深锥浓缩机和较典型的高效浓缩机。①沉淀塔沉淀塔是一种高度较大、直径较小(通常直径在12m左右)的倒立圆锥形水塔式浓缩澄清设备，用钢筋混凝土浇制，锥角60°，塔高可达20m，中心入料，周边溢流，底流通过锥体底部的自重阀门排放。沉淀塔主要用于循环水的浓缩和澄清，由于塔身较高，其溢流水可直接进入跳汰机，而不用定压水箱。该设备由于处理量较小，逐渐被其他浓缩设备取代。②耙式浓缩机耙式浓缩机通常可分为中心传动式和周边传动式两大类，构造大致相同，都是由池体、耙架、传动装置、给料装置、排料装置、安全信号及耙架提升装置组成。浓缩机的池体一般用水泥制成，小型号的可用钢板焊制，为了便于运输物料，底部有6°～12°的倾角；与池底距离最近的是耙架，耙架下有刮板；浓缩机的给料一般是先由给料溜槽把矿浆给入池中的中心受料筒，而后再向四周辐射；矿浆中的固体颗粒逐渐浓缩沉降到底部，并由耙架下的刮板刮入池底中心的圆锥形卸料斗中，再用砂泵排出；池体的上部周边设有环形溢流槽，最终的澄清水由环形溢流槽排出；当给料量过多或沉积物浓度过大时，安全装置发出信号，通过人工手动或自动提耙装置将耙架提起，以免烧坏电机或损坏机件。中心传动耙式浓缩机——大型中心传动耙式浓缩机的结构见图9—20。其耙臂由中心桁架支承，桁架和传动装置置于钢结构或钢筋混凝土结构的中心柱上。由电动机带动的蜗轮减速机的输出轴上安有齿轮，它和内齿圈啮合，内齿圈和稳流筒连在一起，通过它带动中心旋转架(如(b)图中点线示意)绕中心柱旋转，再带动耙架旋转。可以把一对较长的耙架的横断面做成三角形，三角形的斜边两端用铰链和旋转架连接，因为是铰链连接，耙架便可绕三角形斜边转动，当发生淤耙时，耙架受到的阻力增大，通过铰链的作用，可以使耙架向上向后提起。大型中心传动浓缩机的国产规格为16m、20m、30m、40m和53m，已有直径达100m的产品，国外已达183m。③深锥浓缩机深锥浓缩机的结构特点是其池深尺寸大于池的直径尺寸，如图9—22所示。整机呈立式桶锥形。深锥浓缩机工作时，一般要加絮凝剂。煤泥水和絮凝剂的混合是深锥浓缩机工作的关键。为了使絮凝剂与矿浆均匀混合，理想的加药方式是连续的多点加药。④高效浓缩机高效浓缩机是新型浓缩设备。其结构与耙式浓缩机相似。主要特点是：①在待浓缩的物料中添加一定量的絮凝剂，使矿浆中的固体颗粒形成絮团或凝聚体，加快其沉降速度，提高浓缩效率；②给料筒向下延伸，将絮凝料浆送至沉积及澄清区界面下；③设有自动控制系统，控制药剂用量、底流浓度等。有资料报道，高效浓缩机的单位处理能力为常规耙式浓缩机的4～9倍，单位面积造价虽然较高，但按单位处理能力的投资来算，比常规浓缩机约低30％。（4）浓缩浮选流程的特点及改进①流程特点我国在20世纪80年代以前，选煤厂沿用的细煤泥处理流程基本上都是浓缩浮选流程。其特点是全部煤泥水，包括分级设备的溢流、回收粗煤泥的旋流器溢流、煤泥回收筛筛下水及离心机的离心液等，均进入浓缩设备进行浓缩。浓缩的溢流作循环水，其底流经稀释后作为浮选人料，浮选尾矿或排出厂外废弃，或凝聚后澄清复用。为了防止粗粒物料进入浮选，常将煤泥回收筛的筛下水及离心机的离心液返回原分级设备，进行再分级。其流程见图5—4。图5—4浓缩浮选流程通常可以把上述流程分成四个作业区，即选煤脱水作业区I、浓缩作业区Ⅱ、煤泥精选作业区Ⅲ及尾煤澄清作业区Ⅳ。以上四个区是选煤厂的基本组成部分。但对于不同的厂，相同的作业区可以用不同的设备。②流程弊端及改革a.长期的生产实践表明，预浓缩煤泥水流程存在着一系列不可克服的缺点。煤泥水用各种浓缩设备进行澄清，浓缩时，由于主要是利用重力沉降原理，所以沉降效果受多方面因素的影响，尤其受煤泥水中固体物的性质和粒度组成的影响，其粒度越小，浓度越大，越不容易沉淀。因而实际上只能沉淀其中的大部分煤泥，而其余的煤泥（主要为细粒）则留在溢流中，并在系统中反复循环、逐步积累，由此产生的后果是：①细泥不能从系统中排除。由于浓缩设备的溢流水有一定的浓度，而这些溢流水又作为主选设备循环水使用，循环水经过分选设备和分级设备后，又回到浓缩设备。浓缩设备一般都是在重力场中沉降，一些细粒极细粒物料质量轻，不能全部沉淀，导致一部分细泥进入溢流，在系统中反复循环，经泵及管路的运输使煤粒不断破碎和泥化，产生更细粒煤泥，恶化沉淀效果，使溢流中的细粒煤泥量增大，增加了细泥在系统中的循环。②使循环水浓度逐步增高，进一步恶化了浓缩作业，在浓缩效率与循环水浓度之间形成了互相影响的恶性循环关系；③循环水浓度逐步升高是选煤厂工艺流程中各作业工作效率明显下降的重要客观原因；④煤泥在系统中反复循环，经受多次粉碎，使其粒度愈来愈小，这不但影响煤泥水的澄清和浓缩，也给煤泥浮选、过滤增加困难。⑤煤泥在水中停留时间越长，可浮性越差。b．水量不易平衡。由于细泥不能从系统中排除，使循环煤泥越来越多，循环水的浓度大增，严重影响分选效果，为维持合适的循环水浓度，不可避免地补加清水来稀释循环水，同时外排高浓度煤泥水。这样，一方面造成煤泥流失，另一方面使循环水不能全部复用，造成水量无法平衡。①为了维持必要的循环水浓度，不可避免地要定期或不定期的排放高浓度的煤泥水而代之以清水，这就势必产生煤泥水流失现象。②洗水平衡难以控制，洗水闭路循环无法实现。③在整个煤泥水处理过程中，流程复杂，设备繁多。在要求循环水浓度较低时，需要很大的浓缩面积，如果再加上浮选尾矿的浓缩，则浓缩设备更加庞大。c．浓缩浮选流程的改革。为了解决洗水浓度过高、浮选补加清水过大的问题，一些选煤厂采用了底流大排放的办法。一般正常的浓缩流程，浓缩机底流的排放浓度在300～400g／L，现改为尽可能地多排快排低浓度的底流，低到矿浆作为浮选入料时，少加或不加清水。这可提高浓缩设备的沉淀效率，降低循环水浓度，减少浮选补加清水量，使水量容易平衡。如夹河选煤厂，采用底流大排放后，一直使循环水浓度保持在10g／L以下。底流大排放法对老厂浓缩流程的改革具有很强的现实意义。底流大排放法在很大程度上是浮选操作上的变革，因为实施该方法整个浮选系统不需要大的改动。但它也有一个限制条件，即浮选及过滤系统要有足够的处理能力。直接浮选、半直接浮选流程及生产实例1．直接浮选流程为了克服现有预浓缩煤泥水流程中存在的严重缺点，简化流程，改革工艺，近年来，国内，外逐步推广一种新型的煤泥水流程，称之为煤泥水直接浮选流程，其流程见图5–5。图5–5直接浮选流程(1)直接浮选流程的优点①由于全部煤泥水都经过浮选处理，以及浮选尾煤水经过有效地澄清，从而加强了水的净化，使循环水浓度大大降低，较低的洗水浓度得到保证。据有关资料介绍，洗水浓度将降低到1～2克/升，甚至可达0.5克/升以下。②由于减少了煤泥反复循环所经受的粉碎作用，而减少了次生煤泥生成量，缩短了煤粒在水中的停留时间，减弱了煤粒表面的氧化作用，最终使煤泥在粒度组成和可浮性得到改善。③由于补充清水和浮选原矿稀释水大量减少，全厂水耗可望降低1/3～1/2，从而有利于管理和实现洗水的平衡。④由于全部煤泥都得到有效分选，减少了煤泥的流失，加上各分选作业的分选效率提高，使产品所受污染减低，选煤厂精煤回收率显著提高。⑤简化了流程，减少了作业层次，使煤泥水处理的设备数量和容量减少。⑥促进了浮选尾煤的有效回收，为实现洗水闭路循环，消除环境污染创造了有利的条件。因此，直接浮选流程的优点可概括为：a．取消了浓缩作业，流程简化；b．彻底解决了煤泥在系统中的循环，对主选作业有利；c．煤泥与水的接触时间缩短，使煤泥的可浮性和选择性提高；d．加强Ⅳ区的作业管理，可实现清水选煤。(2)直接浮选流程的缺点直接浮选流程虽有很多优点，但从一些选煤厂的实际生产中显示出了诸多缺点：①浮选机及过滤机的单位处理能力低。浮选机一般仅为0.25～0.4t／(m3·h)，过滤机一般仅为0．08～0．1t／(m2．h)。②浮选、过滤、压滤等工艺环节对原煤性质的变化反应敏感。当原煤泥质增多，灰分增高时，精煤灰分也随之增高。为了保持精煤灰分，必然压低尾煤，使过滤效果急剧恶化，由于压滤机的入料粒度发生变化，也干扰了压滤机的工作。③生产成本较高，由于浮选机和过滤机的单位处理能力较低，势必增加了吨精煤的电耗；直接浮选的入浮浓度较低，使吨精煤的药耗也增高。④直接浮选需要的浮选机的台数要比其他形式的浮选多。(3)直接浮选流程的使用条件在采用直接浮选流程时，要注意考虑以下几方面的问题：①3/t，则煤泥水浓度（即浮选原矿浓度）可达60～70g/L。显而易见，煤泥水的水量大、浓度低将会带来一系列的问题。煤泥水浓度过低，浮选其至无法进行；从另一方面看，即便这样作可以，也将需要庞大的浮选、过滤、尾煤澄清设备，这在经济上是不合算的。所以，无预浓缩煤泥水流程的优越性取决于煤泥水的水量和它的浓度，洗煤的吨煤水耗低、煤泥水浓度较高，则它在技术经济指标方面的优越性愈显著。②从直接浮选流程的管理方面看，流程中各工艺用水与浮选设备能力之间存在着种联系，即工艺用水量不能大于浮选设备的总处理能力，只有这样才能维持洗水的平衡。因此，在这种流程中，各作业的工艺用水必须有严格规定，洗煤循环水耗量需根据煤泥量通过计算决定。③在无预浓缩煤泥水流程中，精煤捞坑或角锥池溢流就是浮选入料，一定要严格控制其分级粒度，以确保浮选入料的粒度上限。在浮选搅拌桶前还需安设一适当容积的缓冲容器，以缓冲生产过程中不可避免的水量波动，以保证浮选机入料量均衡。④浮选尾煤浓缩后的溢流水即为洗煤用的循环水，所以这一作业的工作效果至为重要，应起到净化洗水的把关作用。浮选尾煤水必须彻底澄清，在系统和设备上应有充分的容量，以保工作稳妥可靠。在尾煤澄清中添加高效凝聚剂是强化水澄清工作的必要措施。通过以上直接浮选流程缺点的分析，直接浮选流程并不是对每个选煤厂都适用，在应用直接浮选流程时，必须满足下列条件：①控制选煤脱水作业区的用水量。因为用水量过大，可导致浮选入料浓度过低，对浮选机、过滤机单位处理能力影响较大，增加生产成本。②浮选前应设适当容积的缓冲池。用缓冲池的缓冲作用，对原煤的含泥量及用水量的变化进行调节。③浮选尾煤需彻底澄清。使用直接浮选流程后，浮选尾煤澄清溢流水是选煤所用循环水的惟一来源，浮选尾煤粒度细、灰分高，若不彻底澄清，会随循环水进人选煤作业，导致精煤污染。因此，浮选尾煤必须彻底澄清。④细泥含量大的选煤厂不适宜采用直接浮选流程。如鸡西某选煤厂，设计初期采用的是直接浮选流程，由于该厂细泥含量太大(-0.074mm的含量为81.35％，Ad为60.58％)，导致浮选和过滤系统一直不