陳 捷

（晉神能源有限公司，山西 沂州 036500）

煤炭是我國(guó)的主要能源，應(yīng)用范圍最為廣泛。大部分原煤均需進(jìn)行分選，使其適用特殊行業(yè)和場(chǎng)合。重介質(zhì)旋流器是選煤廠分選操作的關(guān)鍵設(shè)備，但在實(shí)際使用中存在中煤夾帶精煤的問(wèn)題，造成精煤的損失。以沙坪洗煤廠重介質(zhì)旋流器為研究對(duì)象，對(duì)其結(jié)構(gòu)參數(shù)和工藝流程進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，提升分選效果。

1 概 況

沙坪洗煤廠洗選系統(tǒng)共包含有A、B兩個(gè)系統(tǒng)，本文對(duì)其中A系統(tǒng)進(jìn)行研究。A系統(tǒng)分選操作主要設(shè)備包括有脫泥無(wú)壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器、粗煤泥CSS分選機(jī)、浮選機(jī)、臥式沉降過(guò)濾離心機(jī)以及壓濾機(jī)等，最終洗選的精煤用于煉鋼、發(fā)電等工廠使用，其余附加產(chǎn)生的煤泥供居民使用。A系統(tǒng)對(duì)應(yīng)重介質(zhì)旋流器的分選工藝流程如圖1所示。

圖1 重介質(zhì)旋流器分選工藝流程Fig.1 Separation process of heavy medium cyclone

原煤經(jīng)預(yù)先脫泥處理后通過(guò)三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選得到含有雜質(zhì)的精煤、中煤以及煤矸石。含有雜質(zhì)的精煤通過(guò)精煤脫介篩得到純精煤，并通過(guò)磁選機(jī)得到濃介質(zhì)和循環(huán)水；含有雜質(zhì)的中煤通過(guò)中煤脫介篩得到純中煤，并通過(guò)磁選機(jī)得到濃介質(zhì)和循環(huán)水；煤矸石通過(guò)矸石脫介篩得到純矸石，并通過(guò)磁選機(jī)得到濃介質(zhì)和循環(huán)水。通過(guò)脫介篩得到合格介質(zhì)。預(yù)先脫泥處理后的原煤還通過(guò)分級(jí)旋流器對(duì)煤泥進(jìn)行處理，將所得產(chǎn)物分別通過(guò)CSS分級(jí)機(jī)和浮選機(jī)獲得粗煤泥、煤泥水和浮精和浮尾。

重介質(zhì)旋流器在實(shí)際應(yīng)用中存在中煤夾帶精煤的問(wèn)題，造成精煤的損失。經(jīng)分析，導(dǎo)致重介質(zhì)旋流器中煤帶精煤的原因如下。

（1）中煤懸浮液中煤泥的含量過(guò)高，導(dǎo)致中煤懸浮液的黏度較高，物料顆粒的運(yùn)動(dòng)穿層效果較差。由于精煤的密度較小，而中煤的密度較大，導(dǎo)致精煤摻雜于中煤中。

（2）原煤和懸浮液在未提前充分混合單獨(dú)進(jìn)入入旋器，原煤未被充分潤(rùn)濕而成團(tuán)。成團(tuán)的原煤未被充分分選就排出系統(tǒng)，造成中煤中夾雜著精煤。

（3）重介質(zhì)旋流器入料口彎管的尺寸不合理，精煤產(chǎn)品距離內(nèi)旋流較遠(yuǎn)，很容易進(jìn)入第二段旋流器中，造成中煤夾雜著精煤。

（4）由于重介質(zhì)旋流器的離心力不足或者一次性的入料過(guò)大導(dǎo)致精煤損失到中煤中去。

綜上所述，中煤摻雜精煤主要由重介質(zhì)旋流器結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)不合理所致。本文著重對(duì)重介質(zhì)旋流器結(jié)構(gòu)不合理的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 重介質(zhì)旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)

重介質(zhì)旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)中煤分選效果影響較大，包括有旋流器圓柱長(zhǎng)度、溢流管直徑、溢流管插入深度、底流口直徑和錐角等。

隨著重介質(zhì)旋流器溢流口直徑的增大，對(duì)應(yīng)軸向速度也在增加，精煤產(chǎn)率也增加，但當(dāng)溢流口直徑過(guò)大時(shí)，旋流器圓柱部分的溢流速度過(guò)大，導(dǎo)致精煤產(chǎn)率降低。隨著錐角角度的增加，對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的分選密度會(huì)增加，按照要求一般將錐角角度控制在20°左右。

隨著旋流器圓柱長(zhǎng)度的增加對(duì)應(yīng)分選效果會(huì)提升，旋流器圓柱長(zhǎng)度的確定與錐角和旋流器直徑相關(guān)，見(jiàn)表1。

表1 圓柱長(zhǎng)度Table 1 Length of cylinder

旋流器溢流管的直徑過(guò)大或者過(guò)小均會(huì)影響重介質(zhì)旋流器的分選效果。一般旋流器溢流管的直徑為（0.3～0.5）D，易選煤可適當(dāng)增大溢流管的直徑，難選煤可適當(dāng)減小溢流管直徑。溢流管的插入深度為（0.8～0.9）H（H為旋流器圓柱長(zhǎng)度），旋流器底流口直徑為（0.24～0.32）D。

沙坪洗煤廠重介質(zhì)旋流器為三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 重介質(zhì)旋流器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 2 Key structural parameters of heavy medium cyclone

3 重介質(zhì)旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

由上文可知，影響重介質(zhì)旋流器分選效果的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)為旋流器底流口的直徑、溢流管的直徑和溢流管的插入深度。采用正交試驗(yàn)方法對(duì)上述3個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。為消除由于分選密度對(duì)分選效果的影響，將所搭建的試驗(yàn)系統(tǒng)的補(bǔ)水管關(guān)閉后再開(kāi)展正交試驗(yàn)。

結(jié)合當(dāng)前實(shí)際應(yīng)用中重介質(zhì)旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)，并依據(jù)表2中所計(jì)算出的參考值，各選擇3個(gè)參數(shù)進(jìn)行正交試驗(yàn)，見(jiàn)表3。

表3 重介質(zhì)旋流器待優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 3 Structure parameters to be optimized for heavy medium cyclone

按照正交試驗(yàn)方法，對(duì)上述3個(gè)參數(shù)進(jìn)行組合，對(duì)不同組合下的分選效果進(jìn)行對(duì)比分析。按照不同的組合方式對(duì)分選系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，得出不同組合下分選液體與懸浮液的密度差，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，得出不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的極差值。各個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)應(yīng)密度差之間的關(guān)系如圖2所示。

圖2 不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)密度差的影響Fig.2 Effects of different structural parameters on density difference

密度差隨著底流口直徑的增大而減小，隨著溢流管直徑的增大而增大，隨著溢流管插入深度的增大呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢(shì)。

經(jīng)數(shù)據(jù)分析可知，底流口直徑、溢流管直徑以及溢流管插入深度的極差值分別為0.146 7、0.106 6和0.03，表明影響重介質(zhì)旋流器分選效果的主要影響因素為旋流器的底流口直徑，其次為旋流器的溢流管直徑，最后為旋流器溢流管的插入深度。當(dāng)?shù)琢骺谥睆綖?8 mm、溢流管直徑為64 mm、溢流管插入深度為92 mm時(shí)，取得最佳分選效果。

4 重介質(zhì)旋流器工藝參數(shù)的在線檢測(cè)

4.1 原煤灰分的在線檢測(cè)

采用測(cè)灰儀對(duì)原煤灰分進(jìn)行在線測(cè)量，鑒于實(shí)際測(cè)量環(huán)境的惡劣程度，通過(guò)測(cè)灰儀所測(cè)得灰分值可能與實(shí)際測(cè)量存在誤差，多次對(duì)比實(shí)際灰分值和測(cè)得灰分值，如圖3所示。

圖3 原煤實(shí)際灰分值于測(cè)量灰分值之間的關(guān)系Fig.3 Relationship between actual gray value of raw coal and measured gray value

經(jīng)對(duì)圖3中的關(guān)系得出原煤實(shí)際灰分值與在線測(cè)灰儀實(shí)際測(cè)得數(shù)據(jù)之間關(guān)系：

式中：y為原煤實(shí)際灰分值；x為在線測(cè)灰儀所測(cè)原煤的灰分值。

4.2 懸浮液密度的在線檢測(cè)

采用γ射線對(duì)懸浮液密度進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)合檢測(cè)結(jié)果通過(guò)模糊PID控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)重介質(zhì)旋流器的自動(dòng)化控制。在多次試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，得出當(dāng)懸浮液的密度為1.37～1.4 g/cm3時(shí)，對(duì)應(yīng)重介質(zhì)旋流器的分選效果最佳。

4.3 磁性物含量和煤泥含量的在線檢測(cè)

磁性物的含量和煤泥的含量是影響重介質(zhì)旋流器分選效果的關(guān)鍵。實(shí)際分選中磁性物的含量一般采用磁性物含量計(jì)進(jìn)行檢測(cè)，煤泥含量只能夠通過(guò)磁性物的含量換算得出：

式中：DC為實(shí)際分選操作時(shí)煤泥的含量；D為實(shí)際分選操作時(shí)對(duì)應(yīng)懸浮液的實(shí)時(shí)密度；DM為實(shí)際分選操作時(shí)磁性物的含量；δ1為實(shí)際分選操作時(shí)磁性物的密度；δ2為實(shí)際分選操作時(shí)煤泥的密度。

結(jié)合沙坪洗煤廠選煤廠的選煤工況，確定δ1=1.54 g/cm3；δ2=0.54 g/cm3。

5 結(jié) 語(yǔ)

沙坪洗煤廠重介質(zhì)旋流器底流口直徑對(duì)分選效果的影響最大，其次為溢流管直徑，最后為溢流管插入深度；經(jīng)正交試驗(yàn)得出，當(dāng)?shù)琢骺谥睆綖?8 mm、溢流管直徑為64 mm、溢流管插入深度為92 mm時(shí)，取得最佳分選效果。為重介質(zhì)旋流器分選系統(tǒng)增加原煤灰分、懸浮液密度、磁性物含量以及煤泥含量等工藝參數(shù)的在線檢測(cè)。