三錐角水介質(zhì)旋流器應(yīng)用效果分析

徐東升，崔廣文，劉立文，南 鵬

(1.山東科技大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，山東 青島 266590；2.山西焦煤霍州煤電 呂梁山公司選煤廠(chǎng)，山西 呂梁 033102)

三錐角水介質(zhì)旋流器應(yīng)用效果分析

徐東升1，崔廣文1，劉立文2，南 鵬2

(1.山東科技大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，山東 青島 266590；2.山西焦煤霍州煤電 呂梁山公司選煤廠(chǎng)，山西 呂梁 033102)

針對(duì)方山選煤廠(chǎng)粗煤泥含量高，重介質(zhì)旋流器分選精度低，介耗高的問(wèn)題，采用三錐角水介質(zhì)旋流器代替FJ710×3 水力分級(jí)旋流器對(duì)粗煤泥進(jìn)行分選。介紹了該旋流器的結(jié)構(gòu)、工作原理、技術(shù)特點(diǎn)、技術(shù)參數(shù)，并分析了其在方山選煤廠(chǎng)的應(yīng)用情況。生產(chǎn)實(shí)踐表明：三錐角水介質(zhì)旋流器的應(yīng)用，不但解決了粗煤泥的有效分選問(wèn)題，使噸煤介耗明顯下降，而且提高了原煤入選量和精煤產(chǎn)品質(zhì)量的合格率。

粗煤泥；分選精度；介耗量；三錐角水介質(zhì)旋流器

方山選煤廠(chǎng)隸屬霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電公司，是一座設(shè)計(jì)能力為3.00 Mt/a的中心型選煤廠(chǎng)，洗選工藝為原煤預(yù)先脫泥后有壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選、浮選的聯(lián)合工藝。預(yù)先脫泥篩篩下煤泥水由FJ710×3 水力分級(jí)旋流器分級(jí)，分級(jí)旋流器底流進(jìn)入高頻篩，高頻篩篩上物和原煤脫泥篩篩上物一起進(jìn)入主選系統(tǒng)的原煤混料桶，再由有壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選，分級(jí)旋流器溢流和高頻篩篩下水去浮選。

隨著采煤機(jī)械化程度的提高，原煤中粉煤含量大量增加[1]。方山選煤廠(chǎng)原煤中<0.5 mm粒級(jí)含量由15%增加到20%左右，致使水力分級(jí)旋流器分級(jí)效果變差，高頻篩脫泥困難，篩上物中細(xì)泥含量增大，進(jìn)而使主選旋流器分選效果變差，處理量下降(由750 t/h下降至600 t/h)，系統(tǒng)介耗過(guò)高(高達(dá)3.50 kg/t)；此外，精煤磁選尾礦中的粗煤泥灰分在15%左右，含量約為原煤入選量的5%，由于這部分粗煤泥灰分高且得不到有效分選，只能將其摻入中煤，造成極大的資源浪費(fèi)[2-3]。為提高該廠(chǎng)的精煤產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，采用三錐角水介質(zhì)旋流器代替FJ710×3 水力分級(jí)旋流器對(duì)粗煤泥進(jìn)行分選，取得了良好的效果。

1 三錐角水介旋流器

目前，用于粗煤泥分選的設(shè)備主要有水介質(zhì)旋流器、煤泥重介質(zhì)旋流器、TBS干擾床分選機(jī)、螺旋分選機(jī)等[4-7]。其中，水介質(zhì)旋流器因配置簡(jiǎn)單、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、不需要重介質(zhì)、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，在選煤廠(chǎng)得到了廣泛應(yīng)用，但其分選精度和效率偏低[8-9]。

1.1 結(jié)構(gòu)及工作原理

由山東科技大學(xué)自主研發(fā)的三錐角水介質(zhì)旋流器是一種利用離心力場(chǎng)和重力場(chǎng)實(shí)現(xiàn)分選的新型高效粗煤泥分選設(shè)備，與傳統(tǒng)水介質(zhì)分級(jí)旋流器相比，其錐角大，錐體短，溢流管直徑大，且插入筒體部分的長(zhǎng)度更長(zhǎng)，分選精度和分選效率更高。該旋流器錐體部分分為三段，每段設(shè)定不同的錐角和錐面長(zhǎng)度，通過(guò)改變錐體、溢流管插入深度等結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同粗煤泥的分選。三錐角水介質(zhì)旋流器結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

1—入料管；2—溢流管；3—圓筒體；4—一段錐體；5—二段錐體；6—三段錐體；7—底流口

物料通過(guò)入料管沿切線(xiàn)方向給入圓筒體，在筒體內(nèi)形成螺旋流，在離心力和重力的雙重作用下，高密度重產(chǎn)物(尾礦)進(jìn)入外螺旋流，低密度輕產(chǎn)物(精礦)進(jìn)入內(nèi)螺旋流。物料進(jìn)入一段錐體時(shí)，不同密度、粒度的顆粒形成阻礙沉降層，細(xì)顆粒充填于床層孔隙間，低密度粗顆粒在高密度粗顆粒的阻礙下位于床層上部，隨后隨液體從溢流管排出；由于部分床層沒(méi)有明顯失去成層特性，隨著物料的不斷給入，其被迫進(jìn)入二段錐體，此時(shí)中間密度物料層露出，并在再循環(huán)作用下按密度分為兩部分，其中輕的中間密度顆粒在內(nèi)螺旋上升流作用下由溢流管排出，重的中間密度顆粒被迫進(jìn)入三段錐體；由于干擾床層被破壞，混雜在高密度粗顆粒間的低密度細(xì)顆粒繼續(xù)在內(nèi)螺旋上升流的作用下由溢流管排出，其余高密度顆粒則隨外螺旋下降流運(yùn)動(dòng)，在重力和擠壓作用下，最終從旋流器底流口排出[10-13]。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

三錐角水介質(zhì)旋流器作為一種新型高效粗煤泥分選設(shè)備，具有如下技術(shù)特點(diǎn)：

(1)錐體設(shè)計(jì)獨(dú)特。通過(guò)選用不同的錐角、錐面長(zhǎng)度組合即可實(shí)現(xiàn)不同粗煤泥的分選，且可通過(guò)改變溢流管插入深度來(lái)調(diào)節(jié)溢流灰分。

(2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)緊湊，適應(yīng)性強(qiáng)，占用空間小，穩(wěn)定可靠，分選精度較高，可有效實(shí)現(xiàn)粗煤泥的高效分選。

(3)無(wú)需復(fù)雜的重介質(zhì)系統(tǒng)，使用壽命較長(zhǎng)，本身沒(méi)有動(dòng)力消耗，設(shè)備運(yùn)行成本低，且維護(hù)費(fèi)用少，節(jié)省投資成本。

1.3 技術(shù)參數(shù)

方山選煤廠(chǎng)選用的三錐角水介質(zhì)旋流器主要技術(shù)參數(shù)如下：

筒體直徑/mm

500

有效分選密度范圍/(g·cm-3)

1.40～1.60

入料粒度范圍/mm

0～6

有效分選粒度范圍/mm

0.18～3

最佳入料濃度/(g·L-1)

150

最佳入料壓力/MPa

0.07

處理能力/(t·h-1)

30

2 粗煤泥分選原則流程

基于三錐角水介質(zhì)旋流器的特點(diǎn)，根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求和實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，結(jié)合方山選煤廠(chǎng)施工圖紙和現(xiàn)場(chǎng)管道布置情況，本著節(jié)約投資的原則，充分利用系統(tǒng)原管路，對(duì)粗煤泥分選工藝進(jìn)行改造。粗煤泥分選工藝改造后的原則流程如圖2所示。

圖2 粗煤泥分選原則流程圖

采用六臺(tái)φ500 mm的三錐角水介質(zhì)旋流器組代替FJ710×3 水力分級(jí)旋流器組對(duì)粗煤泥進(jìn)行分選，旋流器溢流經(jīng)高效智能振動(dòng)弧形篩初步分級(jí)脫水后，弧形篩篩上物直接進(jìn)入精煤磁選尾礦桶，然后由分級(jí)旋流器進(jìn)一步脫泥分級(jí)，脫泥分級(jí)后的物料經(jīng)弧形篩和煤泥離心機(jī)脫水后進(jìn)入精煤系統(tǒng)；旋流器底流經(jīng)原粗煤泥高頻篩脫泥脫水后進(jìn)入混料桶，然后由重介質(zhì)旋流器進(jìn)一步分選。粗煤泥分選工藝改造后，既能保證粗煤泥的有效分選，又能提高系統(tǒng)原煤入選量。此外，由于大部分原生煤泥進(jìn)入了三錐角水介質(zhì)旋流器分選系統(tǒng)，重介質(zhì)系統(tǒng)中的煤泥量降低，介耗明顯下降，分流量可根據(jù)實(shí)際情況減小或不分流。

3 應(yīng)用效果及經(jīng)濟(jì)效益

3.1 應(yīng)用效果

三錐角水介質(zhì)旋流器已在方山選煤廠(chǎng)成功運(yùn)行一年多，在入選原煤煤質(zhì)相似的情況下對(duì)其物料進(jìn)行化驗(yàn)。FJ710×3水力分級(jí)旋流器與三錐角水介質(zhì)旋流器的分選效果對(duì)比結(jié)果如表1、表2所示。

表1 分選效果對(duì)比結(jié)果

由表1可知：FJ710×3水力分級(jí)旋流器的溢流灰分為15.91%，產(chǎn)率為56.08%，底流灰分為31.03%。三錐角水介質(zhì)旋流器的溢流灰分13.31%，比改造前低2.6個(gè)百分點(diǎn)；溢流產(chǎn)率為69.14%，比改造前高13.06個(gè)百分點(diǎn)；底流灰分為43.06%，比改造前高12.03個(gè)百分點(diǎn)。由此可見(jiàn)，粗煤泥分選工藝改造后，溢流灰分降低且產(chǎn)率提高，有更多的粗精煤可被回收。

表2 溢流粒度組成對(duì)比結(jié)果

由表2可知：FJ710×3 水力分級(jí)旋流器溢流中，>0.5 mm 粒級(jí)產(chǎn)率非常低(為0.76%)，>0.25 mm粒級(jí)累計(jì)產(chǎn)率僅為12.43%，而其他較細(xì)粒級(jí)的產(chǎn)率都比較高，說(shuō)明其分級(jí)效果比較明顯。三錐角水介質(zhì)旋流器溢流中，>0.5 mm 粒級(jí)產(chǎn)率為19.60%，>0.25 mm 粒級(jí)累計(jì)產(chǎn)率高達(dá)46.90%，相比之下其他較細(xì)粒級(jí)的產(chǎn)率較低，說(shuō)明三錐角水介質(zhì)旋流器的分級(jí)效果被大大弱化。對(duì)比兩個(gè)旋流器溢流各粒級(jí)灰分可發(fā)現(xiàn)，>0.5 mm粒級(jí)和0.25～0.5 mm 粒級(jí)中，三錐角水介質(zhì)旋流器溢流灰分明顯較低，>0.25 mm 粒級(jí)的累計(jì)灰分為8.70%，說(shuō)明該設(shè)備對(duì)粗煤泥具有非常好的分選效果。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

采用三錐角水介質(zhì)旋流器代替FJ710×3 水力分級(jí)旋流器對(duì)粗煤泥進(jìn)行分選后，不僅使該廠(chǎng)原煤入選量增加，精煤產(chǎn)率提高，而且使噸煤介耗下降。粗煤泥分選工藝改造后，該廠(chǎng)原煤入選量提高100～150 t/h，噸煤介耗量從3.50 kg/t 降至1.50 kg/t，精煤產(chǎn)率提高0.25 個(gè)百分點(diǎn)，上述三項(xiàng)每年總計(jì)可創(chuàng)收約1 485萬(wàn)元，而整個(gè)改造項(xiàng)目投資僅需235萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

4 結(jié)語(yǔ)

三錐角水介質(zhì)旋流器在方山選煤廠(chǎng)投入使用后，從根本上解決了粗煤泥的有效分選問(wèn)題，既能提高原煤入選量和精煤產(chǎn)品質(zhì)量的合格率，又能降低噸煤介耗；此次改造使該廠(chǎng)粗煤泥分選工藝趨于完善，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，可操作性強(qiáng)，能夠適應(yīng)不同粗煤泥的分選需求。該項(xiàng)改造投資少、見(jiàn)效快，且不影響正常生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

[1] 崔廣文,郭啟凱,宋國(guó)陽(yáng),等.三錐水介分選旋流器在粗煤泥分選中的應(yīng)用[J].潔凈煤技術(shù),2013(1):1-4.

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Application analysis of three taper angles hydrocyclone

XU Dong-sheng1, CUI Guang-wen1, LIU Li-wen2, NAN Peng2

(1. College of Chemical and Environmental Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao, Shandong 266590, China;2. Lvliangshan Coal Preparation Plant, Shanxi Coking Coal Huozhou Coal Electricity Group Co Ltd, Lvliang, Shanxi 033102, China)

To solve the problem of high content of coarse coal slime, low separation accuracy and big medium consumption of heavy medium cyclones, three taper angles hydrocyclone is used to separate coarse coal slime instead of FJ710×3 hydraulic classification cyclones; Moreover, structure, working principle, technical characteristic and parameters, application of the hydrocyclone are introduced and analyzed. The application shows that coarse coal slime is separated effectively and medium consumption is reduced obviously, and that capacity of washing raw coal is increased as well as quality of clean coal is improved better.

coarse coal slime; separation accuracy; medium consumption; three taper angles hydrocyclone

1001-3571(2015)01-0041-04

TD942

B

2015-02-03

10.16447/j.cnki.cpt.2015.01.012

中國(guó)煤炭協(xié)會(huì)指導(dǎo)性計(jì)劃項(xiàng)目(MTKJ 2013-347)

徐東升(1989—)，男，山東省臨沂市人，在讀碩士研究生，從事煤炭洗選加工工藝與設(shè)備研究。

E-mail:xudongsheng136@163.com Tel:15265270677