王小楠，張光偉，蔣鋼正，翟德平，葛家君，丁紀(jì)禹，汪 強(qiáng)

(1.濟(jì)寧礦業(yè)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)寧 272000；2.威海市海王旋流器有限公司，山東 威海 264203；3.濟(jì)寧礦業(yè)集團(tuán)有限公司 安居煤礦選煤廠，山東 濟(jì)寧 272000)

1 概 況

安居煤礦選煤廠為設(shè)計(jì)年入洗能力120萬(wàn)t的礦井型煉焦煤選煤廠，隸屬于濟(jì)寧礦業(yè)集團(tuán)。原煤經(jīng)洗選后作煉焦配煤，副產(chǎn)品作為動(dòng)力煤。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)工藝為大于50 mm塊煤動(dòng)篩排矸，動(dòng)篩塊精煤破碎至50 mm以下，50～0 mm選前1.0 mm脫泥，50～1 mm原煤采用無(wú)壓三產(chǎn)品重介旋流器分選，1～0.25 mm采用TBS干擾床分選機(jī)分選，小于0.25 mm浮選。浮選精煤壓濾回收；浮選尾煤濃縮+壓濾回收。

2 無(wú)壓三產(chǎn)品重介旋流器存在問(wèn)題

無(wú)壓三產(chǎn)品重介旋流器是目前煉焦煤選煤廠最常用的主選設(shè)備，利用阿基米德原理在離心力場(chǎng)中完成三種產(chǎn)品的分離[1]。其由兩段兩產(chǎn)品重介旋流器串聯(lián)組合，低密度懸浮液以一定壓力沿切線給入一段旋流器，實(shí)現(xiàn)精煤和中矸產(chǎn)品的分離[2]。懸浮液經(jīng)一段旋流器的濃縮作用密度升高，并與中矸產(chǎn)品一起進(jìn)入二段旋流器，實(shí)現(xiàn)中煤、矸產(chǎn)品的分離。其工藝流程簡(jiǎn)單、基建成本低且對(duì)煤質(zhì)適應(yīng)性較強(qiáng)[3]。

生產(chǎn)過(guò)程中，安居煤礦選煤廠存在中煤帶精量偏高的問(wèn)題，最高可達(dá)6%～10%，同時(shí)，因原煤中大于1.8 kg/L密度級(jí)矸石含量較大，生產(chǎn)過(guò)程中易出現(xiàn)一二段通道、矸石口堵塞的問(wèn)題，限制了現(xiàn)場(chǎng)的處理能力。

通過(guò)對(duì)入洗原煤進(jìn)行浮沉分析，得到表1。

表1 入料可選性分析

從表1可以看出，現(xiàn)場(chǎng)入洗原煤中中矸含量偏高，可達(dá)50%以上，原煤中小于1.4 kg/L累計(jì)灰分為7.59%。

當(dāng)精煤灰分為8.0%時(shí)，理論精煤產(chǎn)率為39.61%，理論分選密度為1.410 kg/L，±0.1含量為30.31%，屬于難選煤。

當(dāng)精煤灰分為9.0%時(shí)，理論精煤產(chǎn)率為44.35%，理論分選密度為1.463 kg/L，±0.1含量為17.42%，屬于中等可選煤。

當(dāng)精煤灰分為10.0%時(shí)，理論精煤產(chǎn)率為47.77%，理論分選密度為1.522 kg/L，±0.1含量為10.81%，屬于中等可選煤。

3 原因分析

除煤質(zhì)因素和帶煤量外，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及探討，發(fā)現(xiàn)造成中煤帶精煤的主要原因如下[4]。

3.1 煤泥含量過(guò)高

重介懸浮液主要由磁鐵礦粉、煤泥和水組成，磁鐵礦粉是懸浮液密度的支撐，煤泥起到維持懸浮液穩(wěn)定性的作用，煤泥含量過(guò)低會(huì)導(dǎo)致磁鐵礦粉沉降速度過(guò)快，造成懸浮液密度不穩(wěn)，精煤指標(biāo)波動(dòng)較大的問(wèn)題。煤泥含量過(guò)高，造成懸浮液系統(tǒng)的粘度增加，物料顆粒的運(yùn)動(dòng)穿層效果變差，影響煤粒進(jìn)入到相應(yīng)密度層中。

3.2 旋流器出口直徑配置不合理

由于煤質(zhì)改變，旋流器各出口直徑配置差異會(huì)導(dǎo)致各出口量分配不合理，導(dǎo)致旋流器內(nèi)部密度場(chǎng)分布與精煤管、中煤管所截取密度差異，造成產(chǎn)品中錯(cuò)配較多，產(chǎn)生中煤帶精煤?jiǎn)栴}。通過(guò)對(duì)各出口直徑重新配置，可優(yōu)化旋流器各出口的產(chǎn)品分配量。鑒于原煤中中矸含量較高，適當(dāng)改變二段尺寸和錐角大小，在不改變離心強(qiáng)度的同時(shí)，提高旋流器整體通過(guò)能力。

3.3 入料壓力的影響

三產(chǎn)品重介旋流器在實(shí)際分選過(guò)程也存在由于離心力不足或入料量過(guò)大導(dǎo)致的中煤帶精問(wèn)題。物料在旋流器中的分選主要受產(chǎn)品密度差、旋流器內(nèi)的離心力場(chǎng)和密度場(chǎng)影響。一般認(rèn)為，物料在旋流器內(nèi)受力為自身重力、離心力和阻力三部分，由于自身重力要遠(yuǎn)小于物料在旋流器內(nèi)部所受離心力，所以一般忽略重力的影響。

假設(shè)被選顆粒質(zhì)量為m，g；密度為δ，g/cm3；旋流器直徑為D，cm；入料切向速度為v，m/s；

假設(shè)被選顆粒在旋流器內(nèi)部所處密度層懸浮液密度為ρ，g/cm3；離心力場(chǎng)中顆粒的向心加速度為a，m/s2；顆粒粒徑d，cm；

可以看出，當(dāng)被選顆粒的密度與懸浮液密度值差值很小時(shí)，此時(shí)被選顆粒的運(yùn)動(dòng)位于旋流器內(nèi)外旋流分界附近，由于所受合力較小，被選顆粒出現(xiàn)錯(cuò)配的可能性較大，造成中煤損失。此時(shí)應(yīng)增加入料壓力，提高被選入料在旋流器內(nèi)所受合力，增強(qiáng)被選物料運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，降低其發(fā)生錯(cuò)配的概率。

4 改造方案

無(wú)壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的分選指標(biāo)優(yōu)越與否取決于其結(jié)構(gòu)參數(shù)和入選原煤的煤質(zhì)情況是否匹配。針對(duì)安居煤礦選煤廠的煤質(zhì)情況，對(duì)無(wú)壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，以保證旋流器的分選精度及生產(chǎn)穩(wěn)定性。

(1)對(duì)精煤、中煤、矸石出料口徑進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，側(cè)重于提高細(xì)粒級(jí)原煤在旋流器內(nèi)的離心強(qiáng)度，降低錯(cuò)配率。

(2)對(duì)一段介質(zhì)入口、一二段連接管口徑重新設(shè)計(jì)，保證介質(zhì)入料切線速度的同時(shí)，滿足大粒度、大矸石量的物料通過(guò)要求，提升離心強(qiáng)度，進(jìn)一步強(qiáng)化分選。

(3)優(yōu)化設(shè)計(jì)一段旋流器長(zhǎng)徑比，延長(zhǎng)原煤在旋流器內(nèi)的分選時(shí)間，提高分選精度，減少損失。

(4)中煤溢流管的插入深度可調(diào)，提高旋流器的適應(yīng)性?？赏ㄟ^(guò)調(diào)整中煤管插入深度改變旋流器內(nèi)部的分離錐面，改善分選效果。

(5)錐段角度在一定范圍內(nèi)微調(diào)，可對(duì)旋流器的分選指標(biāo)產(chǎn)生明顯影響。

5 應(yīng)用效果

安居煤礦選煤廠在原有設(shè)備的土建基礎(chǔ)上，按照上述改造方案，對(duì)無(wú)壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器進(jìn)行了重新定制，改造后的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 無(wú)壓三產(chǎn)品重介旋流器技術(shù)參數(shù)

為分析無(wú)壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的各項(xiàng)工藝指標(biāo)，檢測(cè)旋流器的分選效果，依據(jù)《煤炭浮沉試驗(yàn)方法》、《煤用重選設(shè)備工藝性能評(píng)定方法》[5]等標(biāo)準(zhǔn)操作，對(duì)該重介質(zhì)旋流器進(jìn)行單機(jī)檢查工作。入料及產(chǎn)品浮沉結(jié)果如表3所示，根據(jù)入料繪制入洗原煤可選性曲線，見(jiàn)圖1。

表3 重介旋流器入料及產(chǎn)品密度組成分析

圖1 入洗原煤可選性曲線

表3可知，重介旋流器單機(jī)檢測(cè)精煤灰分為7.90%。從圖1原煤可選性曲線可知，精煤理論產(chǎn)率為39.03%，理論分選密度為1.41 kg/L，±0.1含量(去大于2.0 kg/L矸石)為53.92%，為極難選煤[6]。

本次取樣過(guò)程中，旋流器精煤實(shí)際產(chǎn)率為38.74%，中煤產(chǎn)率為15.55%，矸石產(chǎn)率為45.71%。

三產(chǎn)品重介旋流器的數(shù)量效率：38.74÷39.03×100%=99.26%。

可見(jiàn)本旋流器洗選效果較為理想。根據(jù)產(chǎn)品浮沉及計(jì)算入料的密度組成分析，編制一二段分配率計(jì)算表格，見(jiàn)表5，根據(jù)表5繪制分配率曲線，見(jiàn)圖2。

表5 一二段分配率計(jì)算

圖2 分配曲線

從分配曲線中可讀出，一段Ep值為0.027 kg/L，二段Ep值為0.045 kg/L。旋流器整體分選效果較好，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，分選指標(biāo)達(dá)到了行業(yè)技術(shù)要求[7-10]。

6 結(jié) 語(yǔ)

從安居煤礦選煤廠重介旋流器工藝效果評(píng)定中可以看出，現(xiàn)場(chǎng)入洗原煤在精煤灰分要求為7.90%時(shí)，±0.1 kg/L含量為53.92%，為極難選煤。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)指標(biāo)，現(xiàn)場(chǎng)精煤灰分在7.90%時(shí)，精煤實(shí)際產(chǎn)率為38.74%，精煤數(shù)量效率為99.26%?，F(xiàn)場(chǎng)中煤中小于1.4 kg/L含量為1.84%，矸石中小于1.8 kg/L含量為0.04%，各項(xiàng)指標(biāo)均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，一段旋流器Ep值為0.027 kg/L，二段旋流器Ep值為0.045 kg/L，均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

7 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)安居煤礦選煤廠中矸含量大、精煤產(chǎn)率低及入選原煤可選性差所導(dǎo)致的中煤帶精問(wèn)題，對(duì)旋流器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，經(jīng)調(diào)試生產(chǎn)后，工藝系統(tǒng)取得了良好的運(yùn)行效果，設(shè)備整體較好地滿足了生產(chǎn)要求，洗選精度達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。