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        智能粗煤泥分選機在鮑店選煤廠的應(yīng)用

        2021-02-23 02:03:44
        選煤技術(shù) 2021年5期
        關(guān)鍵詞:效果

        鄭 毅

        (兗州煤業(yè)股份有限公司 選煤管理中心,山東 兗州 272100)

        選煤工藝中的粗煤泥是指2~0.25 mm粒級煤,其特征是煤與矸石已較充分解離,且灰分一般比重選精煤稍高[1-3]。這部分煤泥的主要來源是開采過程中產(chǎn)生的原生煤泥和洗選過程中產(chǎn)生的次生煤泥[4-5]。隨著煤礦開采情況逐漸復(fù)雜,采煤機械化程度不斷提高,開采設(shè)備逐漸大型化,導(dǎo)致末煤在原料煤中所占比例逐漸增大,在選煤生產(chǎn)過程中,煤塊之間的相互碰撞及其與設(shè)備器壁之間的碰撞而產(chǎn)生的次生煤泥難以避免[6]。

        近年來我國選煤工藝及設(shè)備逐漸發(fā)展成熟,大部分選煤廠形成了粗粒級煤采用重介分選、細粒級煤采用浮選的聯(lián)合選煤工藝。重介質(zhì)旋流器的有效分選粒度下限在0.25~2 mm粒級之間,隨著重介質(zhì)旋流器向著大型化發(fā)展,其分選粒度下限隨設(shè)備直徑的增大而增大;浮選是實現(xiàn)微細粒煤分選最有效的方法之一,浮選處理的粒度范圍有限,傳統(tǒng)浮選設(shè)備的實際高效分選粒度上限為0.25 mm,隨著浮選向微細粒分選領(lǐng)域的進一步發(fā)展,浮選粒度上限將有所下降;由此可見重介分選及浮選之間存在有效分選粒度缺口,粒度介于0.25~2 mm之間的粗煤泥得不到有效分選??梢姶置耗嗟姆诌x回收將成為制約選煤廠工藝完善的關(guān)鍵性問題,并已成為選煤廠提高精煤產(chǎn)率的重要挖潛方向[7]。

        1 常用粗煤泥分選設(shè)備

        1.1 螺旋分選機

        螺旋分選機主要由礦漿分配器、中心柱、螺旋溜槽和底流截取器等組成。礦漿經(jīng)分配器給入螺旋溜槽,沿溜槽向下做回轉(zhuǎn)運動。在這個過程中,重顆粒沉降速度快,沉入礦漿下層并逐漸向螺旋槽內(nèi)緣運動,輕礦物浮于礦漿上層,并因離心力向螺旋溜槽外緣轉(zhuǎn)移,最終顆粒由輕至重沿螺旋溜槽橫斷面從外緣至內(nèi)緣實現(xiàn)均勻排列,在排料端部設(shè)置截取器可獲得不同密度的產(chǎn)物,實現(xiàn)分選。螺旋分選機是選礦和粗煤泥分選常用設(shè)備之一,其結(jié)構(gòu)簡單,無運動部件,不需有壓給料,在分選密度較高時,螺旋分選機分選精度高,分選下限低。但是該設(shè)備機身高度大,單臺設(shè)備處理能力小,當分選密度較低時,分選精度和分選效果差[8-9]。

        1.2 煤泥重介質(zhì)旋流器

        粗煤泥分選旋流器通常采用小直徑重介質(zhì)旋流器。小直徑旋流器可產(chǎn)生較高離心系數(shù),使物料在遠大于重力場的離心力場下實現(xiàn)分選。值得注意的是小直徑重介質(zhì)旋流器的重介質(zhì)粒度對其分選效果影響極大,當入料粒度遠大于介質(zhì)粒度時,該設(shè)備分選精度較高,分選密度范圍寬,具有良好的分選效果;當入料粒度逐漸接近介質(zhì)粒度時,分選精度顯著下降,為分選細粒級顆粒,需添加更細的重介質(zhì),導(dǎo)致介質(zhì)回收難度加大,介質(zhì)損耗增加,因此該設(shè)備對預(yù)先脫泥有較高要求。另外,單獨為粗煤泥分選設(shè)置煤泥重介質(zhì)旋流器亦會導(dǎo)致選煤廠系統(tǒng)臃腫、操作難度大,并且生產(chǎn)成本顯著高于其他粗煤泥分選設(shè)備[10-12]。

        1.3 干擾床分選機

        1.3.1 傳統(tǒng)TBS

        傳統(tǒng)TBS利用上升水流在槽體內(nèi)形成干擾床層,按密度對物料實現(xiàn)分選。物料經(jīng)入料管由上至下進入分選槽,與上升水流混合,形成“干擾床層”,入料中小于床層密度的顆粒將隨水流上升,從溢流口排出成為精礦,入料中密度較大的顆粒將克服上升水流的作用,在分選機內(nèi)做“干擾沉降”穿透床層向下運動,成為底流排出。TBS分選精度及分選效率高,對入料的變化適應(yīng)性強且運行成本低,但是傳統(tǒng)TBS利用鐘形或錐形排料閥進行間歇性排料,下部脫水區(qū)極易板結(jié)導(dǎo)致排料不暢甚至導(dǎo)致排料口堵塞,導(dǎo)致TBS分選機內(nèi)床層擾動,影響分選效果[13-15]。

        1.3.2 TCS

        TCS是新型干擾床分選設(shè)備,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        圖1 TCS結(jié)構(gòu)示意圖

        由圖1可知,TCS主要由筒體、智能干擾器、頂水系統(tǒng)和尾礦排料裝置組成。TCS與TBS的分選過程及分選原理相似,均利用不同物料在上升水流作用下的干擾沉降速度差異實現(xiàn)物料分選,與TBS相比,TCS利用底流排料裝置實現(xiàn)了尾礦的均勻穩(wěn)定排放,避免了間歇排料導(dǎo)致的分選床層不穩(wěn)定和梭閥排料時尾礦排放口易堵塞的弊端,并利用智能干擾器強化顆粒的干擾沉降運動,減少粒級錯配,提高了分選精度,實現(xiàn)了低密度分選和高密度排矸功能[16-18],因而具有更大的處理能力和更好的分選效果。TBS與TCS性能比較見表1。

        表1 TBS與TCS性能對比

        2 粗煤泥處理工藝改造

        2.1 改造前粗煤泥回收工藝

        鮑店選煤廠50~0 mm粒級原煤采用不脫泥無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選,1.0~0.25 mm粒級粗煤泥采用濃縮旋流器分級后經(jīng)煤泥離心機脫水回收,0.25~0 mm粒級細煤泥進行浮選。改造前鮑店選煤廠粗煤泥回收設(shè)備流程如圖2所示。由圖2可知:粗煤泥未經(jīng)有效分選,僅利用疊層高頻振動細篩脫除高灰細泥,以達到降灰目的。近年來該選煤廠煤炭入選量和原煤中煤泥含量逐漸增加,疊層高頻振動細篩的降灰效果越來越差,即使進一步增大篩子的振幅與頻率,也難以達到預(yù)期降灰效果,可見僅靠篩分脫泥工藝已無法滿足選煤廠對粗煤泥回收的要求。

        圖2 改造前粗煤泥回收系統(tǒng)設(shè)備流程圖

        2.2 改造后鮑店選煤廠粗煤泥分選工藝

        為完善分選工藝,鮑店選煤廠采用TCS對精煤磁尾進行分選。改造后粗煤泥回收設(shè)備流程如圖3所示。1.0~0.25 mm粒級粗煤泥經(jīng)過旋流器分級后的底流利用TCS進行分選,TCS的溢流經(jīng)過弧形篩、高頻篩及煤泥離心機脫除高灰細粒組分后摻入重介精煤,TCS的底流進入中煤磁尾桶。

        圖3 改造后的粗煤泥回收系統(tǒng)設(shè)備流程圖

        一般而言,TCS分選的Ep值在0.060~0.090 g/cm3范圍內(nèi),TBS分選的Ep值在0.120~0.150 g/cm3范圍內(nèi),因此TCS具有更高的分選精度。以6.0 Mt/a的選煤廠為例,當TBS分選Ep值為0.120 g/cm3,TCS分選Ep值為0.090 g/cm3時,選煤廠精煤可增產(chǎn)2.986萬t/a,可見TCS能夠較大幅度增加精煤產(chǎn)量。

        表2 分選精度對選煤廠精煤產(chǎn)量的影響

        3 TCS操作參數(shù)調(diào)整及其分選效果

        3.1 頂水量對分選效果的影響

        TCS頂水提供物料分選向上的浮力,對TCS分選效果有較大影響。為考察頂水量對TCS分選效果的影響,控制干擾器頻率為16 Hz,設(shè)定分選密度為1.165 g/cm3,在90~110 m3/h范圍內(nèi)調(diào)節(jié)頂水量,TCS分選指標如圖2所示。由圖2可知:精煤產(chǎn)率隨著頂水量的增大而逐步增大,同時精煤灰分也由7.02%上升至15.33%。綜合來看,當頂水量在98 m3/h時,精煤產(chǎn)率為41.17%,精煤灰分為9.65%,對應(yīng)尾煤灰分為25.39%,分選效果最好。

        3.2 智能干擾器頻率對分選效果的影響

        干擾器為TCS提供二次分選,能夠提高物料分選效率,提高精煤產(chǎn)率。智能干擾器頻率對TCS分選效果有一定程度的影響,設(shè)定頂水量為98 m3/h,分選密度為1.160 g/cm3,在15~30 Hz之間調(diào)節(jié)干擾器頻率,考察其對分選指標的影響,智能干擾器頻率對TCS分選效果的影響如圖5所示。由圖5可知:提高干擾器頻率能夠增大精煤產(chǎn)率,當干擾器頻率由15 Hz提高至30 Hz時,精煤產(chǎn)率由20.67%上升至86.63%,但是精煤灰分也隨之由7.88%上升至14.26%。當干擾器頻率設(shè)定為16 Hz時,精煤產(chǎn)率為42.83%,精煤灰分為9.75%,對應(yīng)尾煤灰分為23.69%,分選效果最佳。

        圖4 頂水量對TCS分選效果的影響

        圖5 智能干擾器頻率對TCS分選效果的影響

        3.3 分選密度對分選效果的影響

        分選密度是指TCS中自生床層的密度,是影響TCS分選效果的直接因素。設(shè)定頂水量、干擾器頻率分別為98 m3/h、16 Hz,在不同密度條件下對比分選指標,結(jié)果如圖6所示。由圖6可知:當設(shè)定密度由1.160 g/cm3增至1.175 g/cm3,精煤產(chǎn)率由3.46%迅速上升至83.71%,精煤灰分由6.73%增至16.87%。當密度為1.165 g/cm3時,精煤產(chǎn)率為39.13%,精煤灰分為9.47%,尾煤灰分為25.06%,分選效果最佳。

        圖6 分選密度對TCS分選效果的影響Fig.6 Effect of separating density on separation efficiency of TCS

        3.4 最優(yōu)條件下的分選效果

        TCS可分選粒度范圍為1.5~0.2 mm粒級,最佳分選粒度范圍為1.0~0.25 mm粒級[19-20]。鮑店選煤廠TCS入料粒度組成見表3。由表3 可知:入料中<0.25 mm粒級部分產(chǎn)率較大,且灰分高達42.52%,該部分物料很難通過TCS實現(xiàn)有效分選。

        表3 TCS入料粒度組成Table 3 Size analysis of feed to TCS %

        綜合前述各種不同參數(shù)條件下的分選指標,確定最佳運行參數(shù)為:頂水量為98 m3/h,干擾器頻率為16 Hz,設(shè)定密度為1.165 g/cm3。在最佳運行參數(shù)條件下,精煤、尾煤小篩分試驗結(jié)果分別見表4和表5。

        表4 TCS精煤粒度組成Table 4 Size analysis of clean product of TCS %

        表5 TCS尾煤粒度組成Table 5 Size analysis of tailings product of TCS %

        由表3、表4 和表5可知:粗精煤產(chǎn)率為36.63%,灰分為9.39%,略高于重介精煤執(zhí)行灰分(9%),但因為粗精煤泥量相對較少,對最終精煤灰分影響較小。尾煤中>0.5 mm粒級含量在50%左右,灰分為12.64%,>0.25 mm粒級含量為76.68%,灰分為14.73%,說明TCS分選系統(tǒng)沒有對粗煤泥完全“吃干榨凈”,尾礦整體灰分偏低,僅為25%左右,系統(tǒng)粒度控制和TCS操控仍有繼續(xù)優(yōu)化的潛力。

        4 結(jié)語

        鮑店選煤廠進行粗煤泥處理系統(tǒng)改造,通過采用TCS更換原有的高頻振動疊層細篩,對粗煤泥實現(xiàn)了有效分選,完善了洗選工藝,可有效解決鮑店選煤廠原粗煤泥直接摻入主選精煤而“背灰”問題,提高了粗精煤的質(zhì)量。通過試驗,確定了TCS最佳分選條件為:頂水量為98 m3/h,干擾器頻率為16 Hz,設(shè)定密度為1.165 g/cm3。在最佳分選條件下,粗精煤產(chǎn)率36.63%,灰分控制在9.39%,略高于重介精煤執(zhí)行灰分(9%),由于粗精煤產(chǎn)量相對較小,可直接摻入主精煤,不影響主精煤灰分。但 TCS尾煤灰分整體偏低,系統(tǒng)粒度控制和TCS操控有深度優(yōu)化潛力。

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