陳 輝

(太原煤氣化選煤分公司，山西 太原030024 )

隨著選煤工藝的日臻完善，生產(chǎn)企業(yè)對選煤指標的要求越來越高。在無壓三產(chǎn)品重介質旋流器廣泛應用的今天，有的選煤企業(yè)仍然存在不少問題，這勢必影響企業(yè)的經(jīng)濟效益。無壓三產(chǎn)品重介質旋流器分選效果的影響因素主要分為兩類[1]：一類是設備自身的結構參數(shù)，另一類是生產(chǎn)中的工藝參數(shù)。結構參數(shù)在設備運行過程中無法改變，通常在安裝調試時，一段中心管直徑、二段中心管直徑和長度、底流口直徑等關鍵結構參數(shù)就被確定。如果原煤煤質發(fā)生較大變化，則需要停車對這些關鍵結構參數(shù)進行優(yōu)化。由于設備結構參數(shù)是非連續(xù)性的，特別容易出現(xiàn)多種產(chǎn)品指標無法同時滿足要求的問題，此時就需要對結構參數(shù)繼續(xù)進行優(yōu)化。工藝參數(shù)(包括入料壓力、重介懸浮液密度和粘度、介質粒度組成等)是可在線調控的參數(shù)，且這種調控方式非常關鍵。在實際生產(chǎn)過程中，工藝參數(shù)和結構參數(shù)相輔相成，通常這兩種參數(shù)的聯(lián)合調控可使無壓三產(chǎn)品重介質旋流器的分選效果更佳。

1 結構參數(shù)

結構參數(shù)對無壓三產(chǎn)品重介質旋流器的分選效果有著顯著影響，且各個結構參數(shù)之間相互影響。生產(chǎn)實踐中常見的、易調節(jié)的結構參數(shù)包括一段中心管直徑、二段中心管直徑和長度、底流口直徑等，合理選擇結構參數(shù)對保證設備正常運行和原煤分選效果有著重大意義。

1.1 一段中心管直徑

在一段中心管直徑由小變大的過程中，主分選區(qū)域內相同半徑處的軸向速度變大，零速包絡面半徑變大，輕產(chǎn)物、重產(chǎn)物的實際分離密度也變大，精煤的產(chǎn)率、灰分均增加；反之，在一段中心管直徑由大變小的過程中，精煤產(chǎn)率和灰分均降低。在特定生產(chǎn)條件下，當精煤帶矸量、中煤帶精煤量偏高時，需要考慮一段中心管直徑是否合適。如果一段中心管直徑過大，則部分矸石未被完全分離即從中心管隨精煤一起排出；如果一段中心管直徑過小，則精煤無法及時從溢流管排出，就被擠壓進入旋流器二段。

在設計與調試過程中，可根據(jù)精煤帶矸量和中煤帶精煤量優(yōu)化一段中心管直徑。此外，一段中心管直徑可在(0.32～0.50)D1(D1是旋流器一段的柱體直徑)之間選取[2]。當原煤屬于易選煤時，溢流口直徑可適當放大；當原煤屬于難選煤時，溢流口直徑可適當縮小。

1.2 一段錐角

傳統(tǒng)三產(chǎn)品重介質旋流器一段采用圓柱結構，如果將其改成略帶錐角的圓錐結構，則可使重介懸浮液濃縮效果提高[3-4]。采用這種結構的三產(chǎn)品重介質旋流器分選矸石含量較高的原煤時，在矸石大量排放時能夠保證旋流器二段的分選密度[5]。對于特殊煤質的原煤(如內灰高的原煤)，當要求旋流器一段的分選密度低，且一段與二段分選密度之差較大時，可以考慮為旋流器一段設置錐角。

1.3 一段安裝角度

在物料從入料端進入旋流器時，合格介質從入介端沿切線進入旋流器，輕產(chǎn)物、重產(chǎn)物在離心力場作用下分離；輕產(chǎn)物向下運動，通過一段中心管排出成為精煤；重產(chǎn)物在外螺旋作用下向上運動，通過一二段連接管進入旋流器二段。如果一段安裝角度過大，則重產(chǎn)物向上運動所需的動力增大；當其不夠充足時，部分重產(chǎn)物落入內螺旋流，并隨輕產(chǎn)物通過一段中心管排出，進而污染精煤。因此，設計中應合理選擇一段安裝角度，其通常在15°～35°之間選取[2]。

1.4 二段中心管直徑和長度

當二段中心管直徑增大時，實際分選密度變大，溢流數(shù)量增加，中煤灰分和產(chǎn)率均增加；反之，當二段中心管直徑減小時，中煤灰分和產(chǎn)率均降低。當中心管長度增大時，錐體與中心管末端的距離減小，特別是其長度超過二段柱體時，中心管外部與錐體內部形成的空間急劇變小，導致旋流器二段內物料的切向速度增大，輕產(chǎn)物、重產(chǎn)物的實際分離密度增大，中煤灰分和產(chǎn)率均增加。反之，當中心管長度減小時，中煤灰分和產(chǎn)率均降低。

在設計過程中，可根據(jù)所要求產(chǎn)品的指標，結合原煤煤質特性，確定二段中心管直徑和長度。通常二段中心管直徑在(0.30～0.40)D2(D2是旋流器二段的柱體直徑)之間選取[6]。

1.5 二段錐角

在二段錐角由小變大的過程中，零速包絡面半徑逐漸增大，有效分選區(qū)域增大，被選物料能夠得到充分分選，有利于提高分選精度；隨著錐角的進一步增大，分選密度繼續(xù)增加，底流中的低密度物減少，溢流中的低密度物增多[7]。由于合理的錐角有助于控制中煤帶精煤量、矸石帶煤量指標，故應根據(jù)實際情況合理設計錐角。一般三產(chǎn)品重介質旋流器的二段錐角為20°，當一段分選密度偏低，且一段與二段的分選密度之差較大時，可以適當增大二段錐角。

1.6 底流口直徑

底流口是最常見、最易調節(jié)的結構參數(shù)之一，調節(jié)底流口直徑可使旋流器二段的分選密度發(fā)生變化，進而改變原煤分選效果。當?shù)琢骺谥睆阶兇髸r，分離錐面向內縮小，旋流器二段的分離密度變小，矸石灰分降低；反之，當?shù)琢骺谥睆綔p小時，矸石灰分升高，甚至可以得到純矸。

在現(xiàn)場生產(chǎn)實踐中，可根據(jù)矸石帶煤量指標選擇底流口直徑。通常底流口直徑在(0.24～0.32)D2(D2是旋流器二段的柱體直徑)之間選取[8]。

2 工藝參數(shù)

2.1 重介懸浮液密度

重介懸浮液密度是重介質選煤過程中最重要的工藝參數(shù)，是實現(xiàn)精煤、中煤和矸石有效分離的先決條件。重介懸浮液密度是由原煤灰分和精煤灰分決定的，在重介懸浮液密度確定后，懸浮液的穩(wěn)定是保證精煤質量合格的關鍵。如果重介懸浮液密度偏高，就會使重產(chǎn)物混入精煤，進而對其造成污染；如果重介懸浮液密度偏低，就會使輕產(chǎn)物混入中煤，造成精煤損失。在結構參數(shù)和其他工藝參數(shù)確定后，當重介懸浮液密度波動過大時，對分選效果的不良影響很大，重介懸浮液密度控制是產(chǎn)品質量過程控制的關鍵。目前，重介懸浮液密度的自動控制技術已經(jīng)非常成熟，這對實現(xiàn)原煤的高效分選有著重要意義。

2.2 供介壓力

供介壓力直接影響無壓三產(chǎn)品重介質旋流器的分選效果和處理能力，當供介壓力增大時，重介懸浮液進入旋流器的切向速度增大，旋流器內部的離心力也增大，這在一定程度能夠加快分選過程，強化原煤分選效果，提高設備處理能力。但當供介壓力繼續(xù)增大時，設備濃縮效果增強，導致旋流器內部的重介懸浮液密度梯度分布不均，進而使原煤分選效果變差[9]。因此，在實際生產(chǎn)過程中，應根據(jù)現(xiàn)場情況，合理選擇供介壓力。

2.3 重介懸浮液中的煤泥含量

重介懸浮液是由磁鐵礦粉、水、煤泥按一定比例混合成的流體，為了保證重介懸浮液的穩(wěn)定性，實際生產(chǎn)中需要在其中加入適量煤泥。如果重介懸浮液中的煤泥含量過高，分選密度可以達到要求，但其粘度增加，導致細粒物料的分選效果變差；如果重介懸浮液中的煤泥含量過低，則重介懸浮液的粘度降低，穩(wěn)定性變差，也會影響原煤的正常分選。通常重介懸浮液的粘度與其中的固體(磁鐵礦粉、煤泥)體積濃度成正相關關系，且要求固體體積濃度在20%～25%之間，過高或過低的固體體積濃度都不利于原煤分選[10]。在煤泥含量較高或采用不脫泥入選工藝時，尤其要重視重介懸浮液中煤泥含量的控制。

2.4 磁鐵礦粉粒度組成

磁鐵礦粉是選煤最常用的加重質，其粒度組成對原煤分選效果有著很大影響。一般說來，當磁鐵礦粉的粒度組成偏粗時，需要在重介懸浮液中加入較多煤泥，以保證其穩(wěn)定性。在一定的供介壓力條件下，當磁鐵礦粉的粒度組成偏粗時，重介懸浮液的濃縮效果更好，可使旋流器二段的分選密度升高[11]，但較高的煤泥含量給后續(xù)的產(chǎn)品脫介、脫水帶來不利影響。當磁鐵礦粉的粒度組成偏細時，原煤分選效果也能得到保證，但介質凈化、回收難度增加。實際生產(chǎn)中宜選用粒度組成較細的磁鐵礦粉，具體粒度組成需要根據(jù)實際情況確定。

2.5 入料固液比

入料固液比與設備處理能力和原煤分選效果息息相關，當入料固液比增大時，旋流器內的物料層變厚，原煤分層阻力增大，分層速度變慢，輕產(chǎn)物、重產(chǎn)物中的錯配物含量均增加，原煤分選效果變差。反之，當入料固液比減小時，原煤分選效果變好。一般情況下，噸原煤所需的懸浮液量為2.50～5.00 m3，一般不低于3.50 m3[12]。因此，選取合理的入料固液比非常重要，實際生產(chǎn)中應根據(jù)原煤入選量、設備處理能力等因素綜合考慮。

3 結語

無壓三產(chǎn)品重介質旋流器分選效果的影響因素較多，主要包括結構參數(shù)和工藝參數(shù)，這些因素并不是孤立存在的，而是相互作用的。在生產(chǎn)過程中，應根據(jù)實際情況優(yōu)化設備結構參數(shù)，并輔以工藝參數(shù)的配合，確保原煤分選效果處于最佳水平。