丁光耀，隋廣武，吳 永，朱再勝，楊 瞾，苑金朝

(1.北京國華科技集團有限公司，北京 101300；2.淮南礦業(yè)(集團)有限責任公司 潘集選煤廠，安徽 淮南 232001)

0 前 言

興建潘集選煤廠及配套鐵路項目被列入安徽省861工程及淮南市推進“兩型”城市建設重點項目，該工程于2015年正式開工建設，于2018年10月末全部竣工投產(chǎn)。潘集選煤廠為設計年入選12.0 Mt煤的特大型群礦型煉焦煤選煤廠，具備分選潘二、潘四、朱集東、張集等礦井的低硫、低磷煤的能力。該廠生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)煉焦煤，對優(yōu)化淮南礦業(yè)集團的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的意義重大。

該廠主廠房是目前亞洲單體建筑最大的煉焦煤選煤廠，采用的工藝和設備屬國內(nèi)一流、國際領(lǐng)先。該廠分為4個生產(chǎn)系統(tǒng)，每個生產(chǎn)系統(tǒng)均是采用3GHMC1500/1100型無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器為主選設備的原煤預先不脫泥不分級工藝。

1 3GHMC1500/1100三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器

3GHMC1500/1100型無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 3GHMC1500/1100型無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器結(jié)構(gòu)示意圖

工作時，合格重懸浮液以一定的工作壓力沿切線方向進入一段旋流器，入洗煤則從頂端沿軸向以自重方式(無壓給料式)進入一段旋流器；在離心力場作用下，物料按密度分層，重物料向旋流器器壁移動，在外螺旋的軸向速度作用下，由一二段連接口進入二段旋流器，輕物料(精煤)則移向中心空氣柱，并隨著中心內(nèi)螺旋流排出；隨同物料進入二段旋流器的重懸浮液由于在一段旋流器內(nèi)受離心力場的作用而增濃，因此密度有所增加，從而在二段旋流器內(nèi)以高密度分選出中煤及矸石[1-8]。

2 入洗煤和分選產(chǎn)物的密度組成

為全面考核重選設備的工藝性能，于2018年12月，對該廠1號生產(chǎn)系統(tǒng)的重介質(zhì)旋流器進行了單機檢測，當時的處理量為570 t/h，重介質(zhì)旋流器的工作壓力為0.39 MPa。

2.1 入洗煤的可選性

50 mm～0.5 mm計算原料煤密度組成見表1，由表1數(shù)據(jù)繪制的可選性曲線如圖2所示。

表1 計算原料煤50 mm～0.5 mm密度組成

圖2 計算入料可選性曲線

由表1和圖2可知:

(1)入洗煤的主導密度級為1.30 kg/L～1.35 kg/L，產(chǎn)率為21.6%，灰分8.33%。

(2)計算入洗煤中<1.40 kg/L密度級產(chǎn)率為46.23%，灰分為8.75%；1.40 kg/L～1.80 kg/L中間密度級產(chǎn)率也較大，為25.25%，灰分為26.77%，該密度級產(chǎn)率多少是影響分選精度的關(guān)鍵。>1.80 kg/L產(chǎn)率為28.52%、灰分為82.81%,其含碳量極低，可稱為“純矸”。

(3)矸石產(chǎn)率高，其中>2.05 kg/L占比24.79%，灰分86.43%，對旋流器的排矸能力提出了高要求，生產(chǎn)中應增加對二段旋流器的檢查和維護。

(4)當精煤灰分9.21%時，理論精煤產(chǎn)率47.70%，理論分選密度1.415 kg/L，δ±0.1含量為66.25%(扣除沉矸)；根據(jù)GB/T 16417—2011《煤炭可選性評定方法》，扣除沉矸(>2.00 kg/L)的δ±0.1含量>40.0%時，屬極難選等級，因此此入洗煤屬于極難選煤。

2.2 分選產(chǎn)物密度組成

分選產(chǎn)物的密度組成見表2。

由表2可知:單機檢測的精煤灰分為9.21%，其中<1.40 kg/L密度級產(chǎn)率為92.79%(占本樣)，在精煤中不存在>1.80 kg/L密度級物料；矸石灰分高達84.98%，其中>1.80 kg/L密度級占了絕大多數(shù)，<1.80 kg/L密度級中實際上只有1.6 kg/L～1.8 kg/L密度級的物料產(chǎn)率僅為0.01%，可見矸石帶煤極少，杜絕了煤炭資源的損失；中煤灰分為27.52%，其中<1.40 kg/L密度級產(chǎn)率為14.70%，灰分為12.12%，是發(fā)熱量達標的優(yōu)質(zhì)動力用煤。

表2 50 mm～0.5 mm粒級原料煤、計算入料、各分產(chǎn)物密度組成及均方差計算

3 工藝效果評定

3.1 可能偏差

重力選煤設備的重產(chǎn)物各密度級的數(shù)量占其入料中相應密度級數(shù)量的百分比值稱之為分配率。3GHMC1500/1100型重介質(zhì)旋流器的分配率見表3，以此數(shù)據(jù)繪制的分配曲線如圖3所示。

可能偏差Epm是國際上公認的評定重介質(zhì)分選設備工藝效果的最重要指標，計算式如下:

(1)

根據(jù)此次單機檢測數(shù)據(jù)可得，該重介質(zhì)旋流器一段實際分選密度δp1=1.405 kg/L，一段可能偏差Epm1=0.027 kg/L；二段實際分選密度δp2=1.941 kg/L，二段可能偏差Epm2=0.039 kg/L。

分配曲線形象地反映出設備的分選精確度。在理想的條件下，可能偏差值等于零，此時分配曲線為一條垂直于橫坐標的直線。曲線越陡，越近似于垂線，可能偏差值就越小[9-12]。圖3分配曲線趨近于垂線，表明該設備工藝效果良好。

表3 3GHMC1500/1100型重介質(zhì)旋流器的分配率表

圖3 分配曲線

該重介質(zhì)旋流器一段實際分選密度為1.405 kg/L，而理論分選密度為1.415 kg/L，二者差值僅有0.10 kg/L，與可能偏差小是直接相關(guān)。該重介質(zhì)旋流器二段實際分選密度高達1.941 kg/L,實現(xiàn)了高密度排矸，因此矸石才能接近于純矸。

3.2 數(shù)量效率

數(shù)量效率ηe是在相同灰分條件下精煤實際產(chǎn)率與理論產(chǎn)率的百分比，其計算式為

(2)

式中，γt為理論精煤產(chǎn)率，由圖2可得γt=47.70%；γe為實際精煤產(chǎn)率，由表2可知γe=45.35%。根據(jù)式(2)，可得ηe=95.07% 。

由表2可知，矸石中不存在任何<1.60 kg/L的密度物，所以可認為損失到中煤中的精煤產(chǎn)率(占原料煤)為Δγ=γt-γe=2.35%。

3.3 灰分誤差

灰分誤差(Ae)是指實際精煤灰分(Ap)與理論精煤灰分(At)的差值。潘集選煤廠計算入料可選性曲線(圖2)中，當一段實際分選密度為1.405 kg/L時，查得相對應的精煤灰分(即為理論精煤灰分)為At=8.90%，則灰分誤差Ae=9.21-8.90=0.31(%)，主要由于在分選過程精煤中有7.21%的灰分為19.39%的大于分配密度的物料污染精煤所造成。灰分誤差(Ae)值可從側(cè)面反映出一段旋流器的分選效果，可能偏差值Epm1越小，Ae值就越小。同時，該值也受原料煤可選性影響，當可能偏差值Epm1不變時，原料煤可選性變差，即δ±0.1含量增大，Ae值也會增大。

3.4 總錯配物含量

錯配物總量m0是指在按密度分選的過程中各產(chǎn)物中錯配物的數(shù)量之和，用占入料數(shù)量的百分數(shù)表示，其計算式如下:

m0=m1+m2

(3)

式中，m1為密度小于分選密度的物料在重產(chǎn)物中的錯配量，%；m2為密度大于分選密度的物料在輕產(chǎn)物中的錯配量，%。

對于三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器，第一段的輕產(chǎn)物是精煤，重產(chǎn)物則是中煤和矸石之和；第二段的輕產(chǎn)物是中煤，重產(chǎn)物則是矸石。一、二段錯配物量計算見表4，由此繪制的錯配物曲線如圖4所示。錯配量指標見表5。

第一、二段旋流器的總錯配量是1項以各自分配密度為分界點、綜合輕產(chǎn)物中的污染量和重產(chǎn)物中的精煤損失量并按產(chǎn)率比例進行定量評定的指標。對于可選性極難的原料煤，第一段旋流器僅以7.20%的總錯配量分選出合格的精煤；二段旋流器也僅以0.90%的總錯配量分選出純矸石和高密度物污染甚少的中煤。潘集選煤廠生產(chǎn)出灰分低于30%的發(fā)熱量較高的動力用煤(中煤)，也從側(cè)面佐證了該重介質(zhì)旋流器的分選效果。

3.5 適用于技術(shù)經(jīng)濟考核的4項指標

在選煤廠常用精煤帶矸、中煤帶精、中煤帶矸和矸石帶煤此4項指標來評定技術(shù)經(jīng)濟的好壞和重選設備分選效果的優(yōu)劣。具體而言，即通過對精煤、中煤、矸石的浮沉組成或快速浮沉試驗的結(jié)果來衡量。所謂的帶矸是指精煤或中煤中>1.80 kg/L密度的數(shù)量，帶煤是指矸石中<1.80 kg/L密度級的數(shù)量，帶精是指中煤里小于某一密度B級的數(shù)量，此密度因原料煤而定，一般定為原料煤多級浮沉試驗中最為接近理論分選密度的密度，并以0.05整數(shù)倍來確定，例如1.40 kg/L、1.45 kg/L、1.50 kg/L等[13]。

表4 一段、二段錯配物量計算表

圖4 一段錯配物曲線

圖5 二段錯配物曲線

表5 錯配量指標

其實上述指標有點片面且不甚合理，未能真實反映出原料的密度組成以及各選煤產(chǎn)品之間的比例，不能定量進行評定，因此不宜作為考核指標。以下引用近年選煤工作者提出的以原料煤和重選產(chǎn)品密度組成為基礎(chǔ)的技術(shù)經(jīng)濟考核指標，見表6。此4項指標中的(5)、(6)計算式是表征第一段旋流器的分選效果；(7)、(8)計算式是反映第二段旋流器的分選效果，為便于計算，將表2中的相關(guān)數(shù)據(jù)整合列表詳見表7。

(1)精煤帶矸污染率。精煤帶矸污染率基礎(chǔ)式是精煤中>1.80 kg/L密度級矸石占原料煤中該密度級的百分比值。從精煤的浮沉試驗中可看出，沒有任何矸石的污染。在每秒處理近0.16 t原料煤的重介質(zhì)旋流器，狹窄的空間里，瞬間能分選出不混雜矸石的精煤。

表6 重力分選設備技術(shù)經(jīng)濟考核的4項指標

表7 潘集選煤廠3GHMC1500/1100型重介質(zhì)旋流器用于4項指標的綜合數(shù)據(jù)

(3)中煤帶矸污染率。中煤帶矸污染率(MPg)的含義是污染到中煤里>1.80 kg/L密度級的矸石占入料中該密度級的百分比值。鑒于中煤里>1.80 kg/L密度級的灰分為54.81%，小于原料煤中同一密度物料的灰分82.35%，故此采用修正后的應用式(7)來計算，得MPg=4.73%，此表征原料煤中不到5%的>1.80 kg/L密度級物料混雜到中煤產(chǎn)品中。在第二段重介質(zhì)旋流器以1.947 kg/L高密度分選出矸石的條件下，該廠的中煤灰分僅僅為27.52%，有力地保證了動力用煤的發(fā)熱量。

(4)矸石帶煤損失率。矸石帶煤損失率(RLm)的含義是損失到矸石中<1.80 kg/L密度級的煤炭占原料煤中該密度級的百分比值。針對矸石中<1.80 kg/L密度級的煤炭灰分為30.84%，遠高于原料煤中同一密度物灰分15.27%，故此采用了修正后的應用式(8)，從該式得RLm=0.0026%，此值極小，表示僅有不到十萬分之三的煤炭損失在矸石中，可忽略不計，所以得以排出灰分高達84.98%的純矸石。>0.5 mm粒級的工藝性能指標匯總見表8。

表8 重介質(zhì)旋流器工藝性能評定報告表

4 分選下限的確定

為確定3GHMC1500/1100AI型重介質(zhì)旋流器的分選下限，對小于0.50 mm的入料、精煤、中煤、矸石進行篩分，得到0.50 mm～0.25 mm粒級煤樣，經(jīng)脫介處理后進行浮沉試驗，試驗數(shù)據(jù)詳見表9，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)繪制第一段分配曲線如圖6所示。

表9 0.5 mm～0.25 mm分配率計算表

圖6 0.5～0.25 mm分配曲線

根據(jù)此次單機檢測數(shù)據(jù)可得，3GHMC1500/1100型重介質(zhì)旋流器0.50 mm～0.25 mm粒級一段可能偏差:Epm1=0.093，一段實際分選密度：δp1=1.752 kg/L；根據(jù)MT/T 811—1999《煤用重選設備分選下限評定方法(Ⅰ)》，可認為3GHMC1500/1100AI型重介質(zhì)旋流器的分選下限已達到0.25 mm，在大直徑重介質(zhì)旋流器中能得到如此的分選下限，也是設備具有良好的工藝效果的主要標志之一[14]。

5 單機檢測數(shù)據(jù)可靠性分析

單機檢測的全過程不可避免存在誤差，因此數(shù)據(jù)可靠性檢驗必不可少[15]。此次試驗嚴格執(zhí)行現(xiàn)行的采樣、制樣、浮沉試驗和灰分測定等標準。

(1)為使繪制的分配曲線符合規(guī)范，做到分配率大于75%和分配率小于25%均有坐標點，采取了相應措施:將50 mm～0.50 mm粒級、0.5 mm～0.25 mm粒級浮沉試驗的氯化鋅重液增加到12個和8個密度級。

(2)根據(jù)GB/T 15715《煤用重選設備工藝性能評定方法》的步驟，對檢測數(shù)據(jù)均進行了方差計算。對于跳汰主選和重介主選設備，該標準中的試驗均方差界定值一般取為1.40。此次試驗>0.50 mm粒級均方差

0.50 mm～0.25 mm粒級均方差：

以上兩者方差均遠小于該界定值,所以此次試驗的數(shù)據(jù)真實可靠。

6 結(jié) 語

3GHMC1500/1100型無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器工藝效果單機檢測表明:

(1) 3GHMC1500/1100型重介質(zhì)旋流器對于潘集選煤廠極難選等級原料煤的分選效果優(yōu)異，一、二段的可能偏差值和總錯配物量分別為0.027 kg/L、0.039 kg/L和7.20%、0.90%；灰分誤差和數(shù)量效率分別為0.31%、95.07%；精煤帶矸污染率、矸石帶煤損失率幾乎為零。

(2)3GHMC1500/1100型重介質(zhì)旋流器分選下限達到0.25 mm。

(3)3GHMC1500/1100型重介質(zhì)旋流器能夠生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)煉焦精煤、動力用煤(中煤)，力爭達到高純矸石中煤炭資源零損失，在特大型煉焦煤選煤廠充分發(fā)揮主選設備大型化、高效、簡化、優(yōu)質(zhì)的功能。