高福斌

(大同煤礦集團(tuán) 大地選煤工程有限責(zé)任公司， 山西 大同 037003)

王村選煤廠是一座入選能力2.1 Mt/a的動(dòng)力煤選煤廠，選煤廠日處理量為6 363.64 t，小時(shí)處理量398 t，服務(wù)年限為58年，采用兩產(chǎn)品重介旋流器+螺旋分選機(jī)+板框壓濾機(jī)回收工藝。近年來(lái)，入選原煤煤質(zhì)好轉(zhuǎn)，但商品煤質(zhì)量要求沒(méi)有變化，為了提高商品煤的產(chǎn)率，對(duì)兩產(chǎn)品重介旋流器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整，將DN320 mm底流口更換為DN290 mm的底流口，底流口變小后，商品煤的產(chǎn)率提升了9%，但與此同時(shí)，煤的平均介耗由1.8 kg/t上升到2.7 kg/t，固定篩板的更換頻率也明顯上升。因此，對(duì)兩產(chǎn)品重介旋流器溢流端的下料溜槽進(jìn)行改進(jìn)，以期降低介質(zhì)消耗。

1 介耗上升原因

重介質(zhì)旋流器是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、分選效率高的選煤設(shè)備。將兩產(chǎn)品重介旋流器的底流口直徑由DN320 mm更換為DN290 mm后，分析旋流器內(nèi)部流體壓力的分布規(guī)律，旋流器內(nèi)部煤流示意圖見(jiàn)圖1，內(nèi)部流體受力分析見(jiàn)圖2.

如圖2所示，在旋流器橫截面內(nèi)取一個(gè)流體微元來(lái)分析受力情況，微元縱斷面積為dA,厚度為dr，流體密度為ρ，在r處和r+dr處流體的表面壓力分別為P和P+dp,因此微元體所受表面力在徑向的總力為[1]：

圖1 旋流器內(nèi)部煤流示意圖

圖2 旋流器內(nèi)部流體受力分析圖

(1)

微元受到的合力應(yīng)為零，因此積分可得：

(2)

式中，V為所取微元單位流體的切向速度，考慮半自由渦旋公式，流體切向速度可表示為：

vrn=viRn

(3)

R是旋流器半徑；vi是旋流器入口速度。所以：

(4)

在r=R(器壁)處，令P=Pk，則積分常數(shù)：

(5)

于是，旋流器自流渦旋范圍內(nèi)任意半徑r處的靜壓力分布為：

(6)

也可以寫(xiě)成另一種形式：

(7)

其中，h是液柱高度，由此可見(jiàn)，旋流器中的壓力差決定于旋流器半徑與任意半徑之比的2n次方。

因此，更換了小口徑底流口的旋流器，溢流端的壓力會(huì)增大，而旋流器的溢流端壓力又與溢流速度成正比關(guān)系，因此更換了小口徑底流口的旋流器，其溢流端出來(lái)的物料流速與之前相比就會(huì)增大。

將兩產(chǎn)品重介旋流器的底流口直徑從DN320 mm更換為DN290 mm后，根據(jù)實(shí)際觀察，不僅介耗大幅度提升，固定篩板的更換頻率也有了明顯的上升。更換重介旋流器的底流口后，物料流速增大，結(jié)合固定篩板更換頻率的提高可以推斷：造成洗選介耗上升的直接原因是兩產(chǎn)品重介旋流器溢流端下來(lái)的物料流速太快，精煤脫介篩及矸石脫介篩的脫介效果下降，導(dǎo)致大量介質(zhì)進(jìn)入到精煤、矸石脫介篩稀介段，當(dāng)稀介桶內(nèi)部物料的磁性物含量增多而且超出磁選機(jī)的回收能力時(shí)，大量的介質(zhì)會(huì)隨磁選機(jī)的尾礦進(jìn)入到煤泥水桶，繼而進(jìn)入到煤泥系統(tǒng)，造成介質(zhì)的流失，介耗上升。

2 兩產(chǎn)品重介旋流器溢流端下料溜槽改進(jìn)

為了降低從旋流器溢流端流出物料的流速，設(shè)計(jì)改造旋流器的下料溜槽，以改變物料的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，減少物料在自由落體運(yùn)動(dòng)方向的做功，改造前旋流器溢流端的流體走勢(shì)見(jiàn)圖3，物料通過(guò)兩產(chǎn)品重介旋流器溢流端進(jìn)入到重介旋流器溢流套箱內(nèi)部，繼而物料順著套箱末端的下料口垂直進(jìn)入到精煤固定篩入料溜槽。

圖3 改進(jìn)前旋流器溢流端的流體走勢(shì)圖

根據(jù)溜槽改進(jìn)空間位置，對(duì)兩產(chǎn)品重介旋流器溢流端的下料溜槽進(jìn)行改進(jìn)，首先對(duì)重介旋流器溢流套箱末端的下料口進(jìn)行封堵，然后在套箱前端開(kāi)與末端下料口同尺寸的下料口，其次在新開(kāi)下料口與精煤固定篩入料溜槽之間新增一部與水平面呈30°夾角的溜槽，使得物料在進(jìn)入精煤固定篩的方式由原先的垂直降落變成沿斜坡滑落，改進(jìn)后旋流器溢流端的流體走勢(shì)見(jiàn)圖4. 溜槽的受沖擊面使用20 mm厚的16Mn鋼板，其余面使用12 mm厚普通鋼板。

圖4 改進(jìn)后旋流器溢流端的流體走勢(shì)圖

根據(jù)公式：

(8)

式中：

Vt—末速度，m/s；

V0—初速度，m/s；

g—重力加速度，m/s2；

h—落下高度,m；

E—摩擦力做功,N.

對(duì)下料溜槽進(jìn)行改進(jìn)，改變物料在流動(dòng)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)，使物料流速在重力方向的分量變小，同時(shí)在重力方向的自由落體距離h縮短，達(dá)到減小物料速度的目的；同時(shí)，增加了物料的行程，加大摩擦力做功消耗部分能量，也使得物料流速減小。根據(jù)實(shí)際結(jié)果，溜槽改進(jìn)前后的噸煤平均介耗見(jiàn)表1. 由表1可知，下料溜槽改進(jìn)后煤的平均介耗為1.6 kg/t，相比未改進(jìn)前介耗節(jié)省1.1 kg/t.

3 經(jīng)濟(jì)效益

1) 直接效益。改進(jìn)前煤的平均介耗為2.7 kg/t，改進(jìn)后降到1.6 kg/t，平均每月按入選22萬(wàn)t原煤量，每噸介質(zhì)按565元計(jì)算，每年可節(jié)約費(fèi)用164.04萬(wàn)元。

表1 改進(jìn)前后噸煤平均介耗表

2) 間接效益。通過(guò)對(duì)兩產(chǎn)品重介旋流器溢流端至精煤固定篩入料溜槽的改進(jìn)，有效降低了物料的流速，使得篩板的使用周期延長(zhǎng)，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)兩產(chǎn)品重介旋流器溢流端的下料溜槽進(jìn)行改進(jìn)，使得物料在進(jìn)入精煤固定篩的方式由原先的垂直降落變成沿斜坡滑落,增加了物料行程，降低了物料流速，使得物料在精煤固定篩與精煤脫介篩上可以充分的脫介，降低了介質(zhì)消耗。