張玉磊，耿 浩，吳大為

(北京國(guó)華科技集團(tuán)有限公司，北京 101300)

精煤數(shù)量效率是我國(guó)選煤廠數(shù)十年來一直沿用的評(píng)定重力選煤設(shè)備工藝效果最重要的指標(biāo)之一，該指標(biāo)的定義是重選精煤實(shí)際產(chǎn)率與相同灰分時(shí)理論產(chǎn)率的百分比值。數(shù)量效率指標(biāo)自使用以來，就存在質(zhì)疑之聲，其觀點(diǎn)認(rèn)為該指標(biāo)只從精煤的數(shù)量上來評(píng)定，沒有從分選質(zhì)量方面來考慮，所謂重力分選就是將不同密度的物料按理論分選密度進(jìn)行有效的分離。對(duì)于精煤產(chǎn)物來說，不但是小于或等于理論分選密度的物料回收的越多越好(即正配率)，而且是大于理論分選密度的物料混雜得越少越好(即混雜率)，數(shù)量效率僅僅從回收精煤的數(shù)量上來評(píng)定。因此原料煤沒有分選時(shí)，其數(shù)量效率為100%，極端的例子是，煤炭從輸送機(jī)機(jī)尾給入，從其機(jī)頭卸出，數(shù)量效率荒謬的是100%。

從與時(shí)俱進(jìn)的觀點(diǎn)來看，隨著選煤的技術(shù)進(jìn)步，人們對(duì)分選本質(zhì)的深入認(rèn)識(shí)，數(shù)量效率這項(xiàng)指標(biāo)是不是可以用筆者所介紹的全面反映分選效果的指標(biāo)來取代，這乃是本文所探討的內(nèi)容，期待業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注和指正。

1 原料煤中兩種性質(zhì)物料的分類

1.1 按密度的差異

重力選煤設(shè)備的工作原理是按物料的密度差異來實(shí)現(xiàn)的。人們自然首先想到的是按理論分選密度將物料分為大于或小于該密度值的二類。對(duì)于煉焦煤選煤廠，重選產(chǎn)物的質(zhì)量指標(biāo)是灰分，但在各產(chǎn)物中相同密度級(jí)的灰分是不同的。

評(píng)定分選精度時(shí)，不但要考慮到各密度級(jí)的正配率和錯(cuò)配率，還要考慮到它們?cè)诓煌剡x產(chǎn)物中灰分的較為顯著的差異，這給工藝效果指標(biāo)的定量確定帶來極大的難度。

本文引用的生產(chǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)來自于2019年3月完成的《淮南礦業(yè)集團(tuán)潘集選煤廠工業(yè)性試驗(yàn)報(bào)告》中無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器單機(jī)檢查資料。表1列出了原料煤及重選產(chǎn)物三級(jí)密度的各自灰分，還列出了重選產(chǎn)物三級(jí)密度灰分與原料煤中相應(yīng)密度物灰分的絕對(duì)差和相對(duì)差。從該表中可以看出：

表1 原料煤及重選產(chǎn)物三級(jí)密度的灰分絕對(duì)差和相對(duì)差

(1)雖然精煤中小于1.40 kg/L密度級(jí)的物料比原料煤中該密度級(jí)灰分只低0.46個(gè)百分點(diǎn)，但相對(duì)差卻高于5%，1.40～1.80 kg/L密度級(jí)的物料與原料煤中該密度級(jí)灰分的相對(duì)差高達(dá)27.86%。

(2)中煤中小于1.40 kg/L密度級(jí)的物料與原料煤中該密度級(jí)灰分相對(duì)差也高達(dá)36.49%，雖然1.40～1.80 kg/L密度級(jí)的灰分與原料煤的相差相對(duì)較小，但大于1.80 kg/L密度級(jí)的灰分與原料煤相比，相對(duì)差也高達(dá)33.99%。

(3)矸石中1.40～1.80 kg/L密度級(jí)的物料灰分比原料煤的相對(duì)差為14.77%，大于1.80 kg/L密度級(jí)灰分比原料煤的相對(duì)差為3.21%。

這種現(xiàn)象在所有選煤廠都是普遍存在的，只是在數(shù)值上有所差別而已。

評(píng)定分選精確度時(shí)，不但要考慮到各密度級(jí)的正配率和錯(cuò)配率，還要考慮到它們?cè)诓煌剡x產(chǎn)物中灰分的較為顯著的差異，這給工藝效果指標(biāo)的定量確定帶來極大的難度。

1.2 按分界灰分的差異

按GB/T 7186—2008《選煤術(shù)語(yǔ)》定義，煤在某一密度(或產(chǎn)率)點(diǎn)的灰分稱為基元灰分。兩種物料分界線上的基元灰分(即浮物的最高灰分和沉物的最低灰分)稱之為分界灰分?！哆x煤技術(shù)》雜志2021年第5期所登載的“浮選效率評(píng)價(jià)方法分析”一文中，介紹將浮選精煤的分界灰分作為分界點(diǎn)，把浮選計(jì)算入料分為二部分，即小于分界灰分的一部分和大于分界灰分的另一部分，計(jì)算出兩者的正配率和錯(cuò)配率，從而獲得浮選效率這項(xiàng)工藝效果指標(biāo)。筆者受此啟發(fā)，將此理念引用到評(píng)定重力選煤工藝效果方面。

2 作圖法確定相關(guān)數(shù)據(jù)

根據(jù)GB/T 15715《煤用重選設(shè)備工藝性能評(píng)定方法》的計(jì)算方法，求得潘集選煤廠重介質(zhì)旋流器的精煤產(chǎn)率γc=45.35%，中煤產(chǎn)率γm=28.20%，矸石產(chǎn)率γr=26.45%。

2.1 第一段重介質(zhì)旋流器

第一段重介質(zhì)旋流器的計(jì)算入料密度組成見表2，輕產(chǎn)物(精煤)密度組成見表3。

表2 大于0.5 mm粒級(jí)計(jì)算原料煤密度組成

表3 第一段旋流器輕產(chǎn)物(精煤)(大于0.5 mm粒級(jí))密度組成

作圖法確定相關(guān)數(shù)據(jù)的具體步驟如下：

(1)根據(jù)表2數(shù)據(jù)繪制出計(jì)算入料的灰分特性(β)曲線和它的基元灰分特性(λ)曲線(見圖1)。

圖1 計(jì)算原料煤的兩條特性曲線(一段旋流器)

(3)根據(jù)表3所列數(shù)據(jù)，繪制了輕產(chǎn)物(精煤)基元灰分特性曲線(見圖2).在該坐標(biāo)圖的橫坐標(biāo)軸的17.50點(diǎn)上，作一垂線與λ曲線相交，由此交點(diǎn)作一水平線，與左側(cè)縱坐標(biāo)軸相交，讀得輕產(chǎn)物中小于分界灰分的物料產(chǎn)率(占本樣)γL<入=98.00%。

圖2 輕產(chǎn)物(精煤)基元灰分特性曲線(一段旋流器)

(5)一段旋流器的重產(chǎn)物中小于分界灰分的物料產(chǎn)率γH<入=γf<入-γL<入=48.80-44.44=4.36%；

(6)輕產(chǎn)物中大于分界灰分的物料產(chǎn)率γL>入=γL-γL<入=45.35-44.44=0.91%；

(7)重產(chǎn)物中大于分界灰分的物料產(chǎn)率γH>入=γm+γr-γH<入=28.20+26.45-4.36=50.29%，以上數(shù)據(jù)匯總在表4。

表4 一段旋流器的輕、重產(chǎn)物的小于或大于分界灰分產(chǎn)率

2.2 第二段重介質(zhì)旋流器

第二段重介質(zhì)旋流器計(jì)算入料密度組成見表5。

表5 第二段重介質(zhì)旋流器計(jì)算入料(中煤+矸石)密度組成

作圖法確定相關(guān)數(shù)據(jù)的具體步驟如下：

(1)根據(jù)表5數(shù)據(jù)繪制出入料的灰分特性β曲線和它的基元灰分特性λ曲線(見圖3)。

圖3 第二段旋流器計(jì)算入料的β曲線和λ曲線

(3)第二段旋流器的輕產(chǎn)物(中煤)的密度組成見表6，由此表數(shù)據(jù)繪制的灰分特性λ曲線見圖4。

表6 第二段旋流器的輕產(chǎn)物(中煤)的密度組成

圖4 第二段旋流器輕產(chǎn)物(中煤)的λ曲線

(5)二段旋流器的重產(chǎn)物中小于分界灰分的物料產(chǎn)率γH<入=γf<入-γL<入=51.70%-51.29% =0.41%；

(6)輕產(chǎn)物中大于分界灰分的物料產(chǎn)率γL>入=γL-γL<入=51.60%-51.29%=0.31%；

(7)重產(chǎn)物中大于分界灰分的物料產(chǎn)率γH>入=γH-γH<入=48.40%-0.41%=47.99%，以上數(shù)據(jù)匯總在表7。

3 質(zhì)量分離效率——漢考克效率公式的引用

3.1 漢考克效率公式簡(jiǎn)介

從20世紀(jì)70年代末開始，我國(guó)的選煤專業(yè)多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)以煤炭工業(yè)部技術(shù)指導(dǎo)性文件MT/Z形式頒布，80年代以來，經(jīng)修訂升格為煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(MT/T)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T)。先后有脫水效率、篩分效率、浮選完善指標(biāo)、水力分級(jí)效率以國(guó)際公認(rèn)的漢考克分離效率理念為基礎(chǔ)而加以引用的。簡(jiǎn)而言之，漢考克分離效率實(shí)質(zhì)是評(píng)定A、B兩種不同性質(zhì)物料的分離效果。對(duì)于A物料而言，其分離效率η1=E1(A物料的正配率)-E2(B物料的錯(cuò)配率)；對(duì)于B物料來說，其分離效率η2=E3(B物料的正配率)-E4(A物料的錯(cuò)配率)。漢考克分離效率的科學(xué)性、嚴(yán)密性在于η1=η2。

3.2 潘集選煤廠無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的質(zhì)量效率

從輕產(chǎn)物的角度來評(píng)定，應(yīng)該是回收的小于分界灰分的物料越多越好(即A正配率越大越好)，混雜的大于分界灰分的物料越少越好(即B錯(cuò)配率越小越好)。從重產(chǎn)物的角度來衡量，應(yīng)該是排除的大于分界灰分的物料越多越好(即B正配率越大越好)，損失掉的小于分界灰分的物料越少越好(即A錯(cuò)配率越小越好)。

3.2.1 從輕產(chǎn)物方面來評(píng)定

3.2.2 從重產(chǎn)物方面來評(píng)定

將以上計(jì)算所得的一、二段旋流器的工藝指標(biāo)列于表8。從該表中可知，無論是一段旋流器，還是二段旋流器，從輕產(chǎn)物方面評(píng)定的質(zhì)量效率與從重產(chǎn)物方面評(píng)定的質(zhì)量效率，兩者的數(shù)值是相同的。這佐證了漢考克分離效率公式的嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)性。

表8 重介旋流器的質(zhì)量效率

質(zhì)量效率的范圍在0～100%之間，最高值為100%時(shí)，從輕產(chǎn)物方面評(píng)定，在理想的條件下，小于分界灰分的物料全部回收到輕產(chǎn)物中(即E1=100%)，大于分界灰分的物料沒有絲毫混雜于其中(即E2=0%)。從重產(chǎn)物方面評(píng)定，在理想的條件下，大于分界灰分的物料全部排除到重產(chǎn)物中(即E3=100%)，沒有任何小于分界灰分的物料損失在其中(即E4=0)。最低值為0時(shí)，

在極端情況下，原料煤沒有得到分選，此時(shí)E1=100%，E2=100%(或E3=100%，E4=100%)。

4 結(jié) 語(yǔ)

選煤的目的是提高商品煤的質(zhì)量，并杜絕資源的損失。本文提出的質(zhì)量效率能夠完整的反映出煉焦煤選煤廠重力選煤設(shè)備的工藝效果。

該指標(biāo)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源自于GB/T 15715《選煤廠重力選煤設(shè)備工藝效果評(píng)定方法》的試驗(yàn)方法，依據(jù)浮沉試驗(yàn)的數(shù)據(jù)繪制的可選性曲線中的灰分特性λ曲線，查得輕重產(chǎn)物的分界灰分，按照公認(rèn)的漢考克分選效率的理念，將入料區(qū)分為小于分界灰分和大于分界灰分的物料兩部分，分別計(jì)算出它們的正配率和錯(cuò)配率，從而獲得質(zhì)量效率。

對(duì)于動(dòng)力煤選煤廠，其商品煤以發(fā)熱量作為質(zhì)量指標(biāo)，在進(jìn)行煤樣浮沉試驗(yàn)時(shí)可測(cè)定各密度級(jí)的發(fā)熱量，進(jìn)而得到動(dòng)力煤選煤廠的重力選煤設(shè)備的質(zhì)量效率。

常規(guī)的數(shù)量效率只能評(píng)定三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的第一段或跳汰機(jī)的第二段工藝效果。本文所介紹的質(zhì)量效率還可評(píng)定三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的第二段或跳汰機(jī)的第一段工藝效果。