干擾床分選機(jī)的研制與應(yīng)用

摘 要：本文從干擾床分選機(jī)工作原理出發(fā)，介紹了其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和新型高效的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并結(jié)合選煤廠應(yīng)用實(shí)例，探討研制適合我國煤質(zhì)特點(diǎn)和生產(chǎn)實(shí)際的干擾床分選設(shè)備的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞： 干擾床分選機(jī) 研制 應(yīng)用 TBS

1.引言

隨著第一臺(tái)干擾床分選機(jī)（Teetered Bed Separator，簡稱TBS）的引進(jìn)，并于2005年9月在沈陽煤業(yè)（集團(tuán)）西馬礦選煤廠的投入運(yùn)行，“重介旋流器+TBS+浮選”這一選煤新工藝便在我國開啟了先例。其生產(chǎn)工藝為：50-1mm物料進(jìn)三產(chǎn)品重介旋流器，1-0.25mm粗煤泥入TBS，0.25-0mm細(xì)煤泥進(jìn)浮選機(jī)。因?yàn)門BS具有分選粒度級(jí)別寬（3-0.15mm），分選密度可調(diào)（1.35-1.9g/cm3），無需添加重劑和化學(xué)藥劑等優(yōu)點(diǎn)，在新建選煤廠和老廠的技術(shù)改造中得到了較快的推廣，并取得了較好的效果。但是進(jìn)口設(shè)備對入料性質(zhì)的針對性不強(qiáng)、產(chǎn)品價(jià)格過高、技術(shù)和售后服務(wù)不及時(shí)、配件供應(yīng)周期長，設(shè)備使用單位時(shí)常受到困擾。

為了使干擾床分選技術(shù)能在我國選煤工藝中得到應(yīng)用和推廣，在吸收國外TBS先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過多年的潛心研發(fā)，在改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)、優(yōu)化執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)方式、完善可編程控制系統(tǒng)等多項(xiàng)成果的情況下，2006年7月制造出國內(nèi)首臺(tái)干擾床分選機(jī)樣機(jī)，并于2007年11月獲得國家專利產(chǎn)品（專利號(hào)2006 2016 8758 7），同時(shí)向國家工商行政總局申請TBS商標(biāo)注冊。目前，已經(jīng)有雞西礦業(yè)（集團(tuán)）公司榮華立井選煤廠，阜新礦業(yè)（集團(tuán)）恒大礦選煤廠、上海煤電公司大屯選煤廠等幾十家選煤廠訂購或應(yīng)用高效新型的XGR系列干擾床分選機(jī)，其分選效果得到選煤業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注和好評。

2.XGR系列干擾床分選機(jī)的研制

2.1 工作原理

干擾床分選機(jī)是利用上升水流在柱形槽體內(nèi)產(chǎn)生紊流的干擾沉降分選設(shè)備。由于入料顆粒的密度、粒度不同，顆粒的沉降速度產(chǎn)生了差別。上升水流的作用為顆粒的分選提供了條件。當(dāng)入料顆粒的下降速度等于上升水流速度的情況下，顆粒在分選設(shè)備中呈懸浮狀態(tài)形成分選床層。當(dāng)入料顆粒速度小于上升水流速度時(shí)，顆粒在上升水流的作用下被攜帶至溢流，成為精礦；當(dāng)入料顆粒速度大于上升水流速度時(shí)，顆粒向下運(yùn)動(dòng)，穿過分選床層，成為尾礦，從底流口排出，從而實(shí)現(xiàn)了精礦與尾礦的有效分離。

2.2設(shè)備結(jié)構(gòu)

XGR系列干擾床分選機(jī)由主體、入料井、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、探測器和控制系統(tǒng)四部分組成。詳見圖1：

2.2.1 入料井

物料沿渦形漸開線方向給入入料井，入料井將入料均勻地給入干擾床分選機(jī)，入料井內(nèi)鑲襯耐磨剛玉（成分AL2O3），以增加使用期限。

2.2.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)由執(zhí)行器、連桿裝置、梭形閥及閥座等部件組成，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的核心是執(zhí)行器。XGR系列干擾床分選機(jī)采用的是電液動(dòng)執(zhí)行器，電液動(dòng)執(zhí)行器接收到控制系統(tǒng)電信號(hào)后，開啟或關(guān)閉梭形閥門，實(shí)現(xiàn)底流的適時(shí)排放。

2.2.3 探測器

探測器也稱傳感器，位于分選床的中部。干擾床分選機(jī)內(nèi)紊流床層的密度不同，壓力也有差異，探測器采集紊流床層密度轉(zhuǎn)換電信號(hào)輸入給PLC控制系統(tǒng)，通過控制系統(tǒng)去操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

XGR系列干擾床分選機(jī)采用的是德國恩德斯豪斯公司生產(chǎn)的密度探測器。

2.2.4 控制系統(tǒng)

XGR系列干擾床分選機(jī)控制系統(tǒng)包括密度探測器、可編程控制器（PLC）和電液動(dòng)執(zhí)行器以及密度值、流量、壓力檢測等部分（如圖2）。為實(shí)現(xiàn)理想的分選床層，可編程控制器經(jīng)過PID運(yùn)算，輸出4-20mA的控制信號(hào)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，電液動(dòng)執(zhí)行器開始動(dòng)作，開啟或關(guān)閉排放閥直至床層密度趨近設(shè)定密度值，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制床層密度的目的。

XGR系列干擾床分選機(jī)控制系統(tǒng)還具有與選煤廠集控系統(tǒng)連接的多種接口，可以是PROFIBUS-OP、RS485或工業(yè)以太網(wǎng)通訊接口，也可以提供4-20mA模擬量和數(shù)據(jù)量信號(hào)接口。

2.3 XGR系列干擾床分選機(jī)技術(shù)特征

（1）分選粒度范圍寬，入料粒度可以達(dá)到3-0.15mm，最佳分選粒度1-0.25mm；

（2）分選密度可調(diào)，調(diào)節(jié)范圍1.35-1.9 g/cm3；

（3）電液動(dòng)智能控制，無需人工操作；

（4）自生介質(zhì)，無需添加化學(xué)藥劑和加重劑；

（5）結(jié)構(gòu)獨(dú)特，分選精度高，處理能力大。

3.新型高效干擾床分選機(jī)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 獨(dú)特的渦形漸開線入料設(shè)計(jì)

采用渦形漸開線入料方式，克服切線入料方式入料沖擊流大、易造成入料區(qū)床層紊亂、易形成二次破等缺陷。碎渦形漸開線入料方式與相比，具有入料趨于平穩(wěn)、處理能力加大、減少井壁磨損、減少二次破碎優(yōu)點(diǎn)。

3.2 入料井長度可調(diào)

入料井可調(diào)套筒可在400mm范圍內(nèi)無極可調(diào)，這樣就可以針對不同性質(zhì)的入料、不同產(chǎn)品質(zhì)量要求選擇入料井的最佳長度，對提高分選效果起到和積極作用。

3.3 改變紊流塞的孔徑結(jié)構(gòu)

干擾床分選機(jī)上升水流通過紊流板上的紊流塞均勻進(jìn)入分選床層。設(shè)計(jì)中將原來的紊流塞垂直孔改為錐形孔。在正常生產(chǎn)中，上升水由下底b到上頂a，a3.4 排除供水管路中的虹吸現(xiàn)象

選煤廠正常生產(chǎn)過程中停車，往往會(huì)使干擾床分選機(jī)的礦漿及管路中的煤泥水向低處的排放口及管路流去，造成紊流篩孔的堵塞和洗水分配室內(nèi)淤積煤泥。為解決這一問題，應(yīng)在給水管路上設(shè)置防虹吸裝置。水泵停機(jī)后，止水閥關(guān)閉，同時(shí)放氣閥開啟，干擾床槽體內(nèi)礦漿與管路煤泥水處于同一大氣壓，管路內(nèi)虹吸現(xiàn)象被排除，紊流塞孔堵塞和上升水分配室於積煤泥機(jī)會(huì)顯著減少。

3.5 執(zhí)行器的選用

執(zhí)行器是干擾床分選機(jī)的核心部分。目前，進(jìn)口的干擾床分選機(jī)（TBS），大都配用氣動(dòng)執(zhí)行器，XGR系列干擾床分選機(jī)則選用美國REXA智能型電液動(dòng)執(zhí)行器。

REXA電液動(dòng)執(zhí)行器克服了氣動(dòng)執(zhí)行器的缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：

（1）結(jié)構(gòu)簡單。將電子液壓機(jī)械技術(shù)綜合在一起，形成了模塊化、集成化、智能化，真正實(shí)現(xiàn)了電液機(jī)一體化，無須外接油源和管路。

（2）定位精度高，小于全行程的0.15%，比氣動(dòng)執(zhí)行器精度高十幾倍，重復(fù)率小于全行程的0.1%。

（3）響應(yīng)速度快，響應(yīng)時(shí)間0.04s/mm。

（4）可實(shí)現(xiàn)100%連續(xù)循環(huán)調(diào)節(jié)，不受啟、停、反轉(zhuǎn)限制。

（5）斷電保護(hù)。電液動(dòng)執(zhí)行器在干擾床分選機(jī)因運(yùn)行故障斷電停車后，能在4秒鐘內(nèi)迅速自動(dòng)將排料閥關(guān)閉。

（6）輸出力大（900-1500kg），耗電量?。?1.5KW），免維護(hù)。

4.應(yīng)用實(shí)例

XGR-3000干擾床分選樣機(jī)于2008年6月在沈陽煤業(yè)（集團(tuán)）紅陽三礦選煤廠（新建廠）重介車間中投入使用。紅陽三礦選煤廠為礦井煉焦煤選煤廠，設(shè)計(jì)能力5.0Mt/a，其中新建廠設(shè)計(jì)能力為2.2 Mt/a，老廠設(shè)計(jì)能力為2.8 Mt/a.入選煤種為貧瘦煤，煤泥含量高達(dá)35%以上。1-0.25mm粗煤泥灰分為32.35%，粗煤泥分選工藝流程見圖3。

從圖2中可以看出，紅陽三礦選煤廠采用的是“重介旋流+干擾床+浮選”這一新的選煤工藝，入選原料煤預(yù)先脫泥，篩縫為1mm，50-1mm物料進(jìn)二臺(tái)3LNWX1200/850三產(chǎn)品重介旋流器，1-0.25mm粗煤泥進(jìn)二臺(tái)φ3M干擾床分選機(jī)，<0.25mm細(xì)煤泥進(jìn)二臺(tái)XJM-S16浮選機(jī)。主要產(chǎn)品為八級(jí)、十級(jí)冶煉用精煤，供鞍鋼、本鋼做配焦精煤，中煤供附近電廠或民用。

4.1 XGR-3000干擾床分選機(jī)運(yùn)行基本情況

一年多生產(chǎn)實(shí)踐表明，采用XGR-3000干擾床分選機(jī)分選1-0.25mm的粗煤泥，不但能分選出合格的八級(jí)精煤產(chǎn)品，尾礦灰分也達(dá)到62.40%，數(shù)量效率在90%以上，主要工作參數(shù)見表4-1：

干擾床分選機(jī)的應(yīng)用，不僅使重介、浮選生產(chǎn)工藝系統(tǒng)得到改善，經(jīng)濟(jì)效果也十分顯著。重介旋流器入料下限的提高，重介分選的效果得到提高，重介中細(xì)煤泥量的減少，降低了精煤中高灰細(xì)顆粒的含量，提高重介分選的比重，必然提高精煤的產(chǎn)率；脫介篩孔的增大，加大了介質(zhì)的回收力度。隨著浮選入料量的減少，藥劑消耗明顯降低，浮選跑粗現(xiàn)象完全杜絕，綜合精煤回收率提高1-2個(gè)百分點(diǎn)。

4.2 XGR-3000干擾床分選機(jī)應(yīng)用效果

為檢驗(yàn)干擾床分選機(jī)的實(shí)際應(yīng)用效果，2008年8月，紅陽三礦化驗(yàn)室對干擾床分選機(jī)進(jìn)行單機(jī)檢查。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，干擾床分選機(jī)的技術(shù)指標(biāo)量先進(jìn)，經(jīng)計(jì)算，Ep=0.0625 I=0.127 η=90.58%，在原礦灰分32.35%時(shí)，產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)合格（精礦灰分8.29%，尾礦灰分62.40%），工藝參數(shù)合理（分選密度1.493 g/cm3，上升水量80-100m3/h，入水口壓力70-80Kpa）。干擾床分選機(jī)分選紅陽三礦粗煤泥（1-0.25mm）獲得明顯效果。

5.發(fā)展趨勢

如前所述，干擾床分選機(jī)是分選粗煤泥的理想設(shè)備，具有很大的發(fā)展前景和市場空間。

（1）粗煤泥分選一直是選煤界十分關(guān)注和致力于解決的難題，干擾床分選機(jī)在選煤工藝中與重介旋流器、浮選機(jī)配合使用，是一個(gè)全新的選煤工藝，可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的全粒級(jí)有效分選。而螺旋分選機(jī)分選密度高（一般在1.6 g/cm3）且不易調(diào)整，干擾床分選機(jī)分選密度最低可達(dá)1.35 g/cm3，如果將螺旋分選機(jī)的輕產(chǎn)物用干擾床分選機(jī)再洗，則可提質(zhì)降灰，獲得高質(zhì)量的精煤產(chǎn)品。

（2）為適應(yīng)大型選煤廠煤泥水處理要求，應(yīng)加強(qiáng)干擾床分選機(jī)大型化方面的研究，目前使用大都是3M直徑的干擾床分選機(jī)，應(yīng)盡快研制出3.6M、4.5M的大型干擾床分選機(jī)。

（3）加強(qiáng)對干擾床分選機(jī)理論的研究，以推動(dòng)干擾床分選技術(shù)的完善。設(shè)計(jì)上要注意與干擾床分選機(jī)相關(guān)工藝部分的技術(shù)問題，如干擾床入料前分級(jí)旋流器的截流粒度、入料濃度以及選后產(chǎn)品的后序處理等。同時(shí)探討干擾床分選機(jī)對其它礦物分選的可行性。

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作者簡介：

韓彥春（1983年—），女，遼寧阜新人，工程師，碩士研究生，主要從事電力電子、機(jī)電控制等工程設(shè)計(jì)方面的研究。