無壓入料輕產(chǎn)物有壓分選三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器應(yīng)用效果分析

馬富強(qiáng)，李 萌，王引增，楊鵬博，楊鮮玲，張志宏

(唐山實(shí)創(chuàng)選煤科技有限責(zé)任公司，河北 唐山 063000)

無壓入料輕產(chǎn)物有壓分選三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器應(yīng)用效果分析

馬富強(qiáng)，李 萌，王引增，楊鵬博，楊鮮玲，張志宏

(唐山實(shí)創(chuàng)選煤科技有限責(zé)任公司，河北 唐山 063000)

為解決無壓入料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器精煤帶矸的問題，研制出無壓入料輕產(chǎn)物有壓分選三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器。介紹了新型重介質(zhì)旋流器的結(jié)構(gòu)、工作原理、技術(shù)特點(diǎn)、技術(shù)參數(shù)，并分析了其在現(xiàn)場的應(yīng)用效果。該旋流器一段可能偏差在0.03～0.04之間，二段可能偏差在0.05～0.07之間，分選精度高，使用效果好，有效解決了精煤帶矸的問題，推廣應(yīng)用前景廣闊。

無壓入料輕產(chǎn)物有壓分選；精煤帶矸；精煤再選

無壓入料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器因分選精度高、處理量大、工藝簡單、易于實(shí)現(xiàn)自動化等優(yōu)點(diǎn)，在選煤廠應(yīng)用越來越廣泛，是難選煤和極難選煤分選的最佳選擇[1]。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于原煤入選量、原煤煤質(zhì)、入料壓力等因素的變化，特別是冬季原煤中存在凍塊時，無壓入料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選出的精煤易夾帶矸石，進(jìn)而影響精煤產(chǎn)品質(zhì)量[1，2]?，F(xiàn)階段還沒有解決精煤帶矸問題的簡單、有效方法，目前只是通過改進(jìn)入料潤濕方式、調(diào)整設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)、控制原煤入選量等來減少精煤中的矸石[3]。但這些方法在實(shí)際運(yùn)用中操作起來十分困難，且效果不是十分理想。

為解決無壓入料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器精煤帶矸的問題，進(jìn)一步提高精煤產(chǎn)品質(zhì)量，在國家創(chuàng)新基金的資助下自主研發(fā)出無壓入料輕產(chǎn)物有壓分選三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器(新型重介質(zhì)旋流器)，新型重介質(zhì)旋流器已獲國家專利(專利公開號為CN201906662U)。該重介質(zhì)旋流器已在陜西、山西等多個選煤廠投入使用，分選精度高，使用效果好，有效解決了精煤帶矸的問題。

1 新型重介質(zhì)旋流器

1.1 結(jié)構(gòu)

與傳統(tǒng)無壓入料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器相比，新型重介質(zhì)旋流器增加了精煤再選加速段、精煤再選旋流器、精煤有壓再選入介口。工作過程中重介質(zhì)懸浮液由兩個入介口進(jìn)入旋流器，但重介質(zhì)懸浮液系統(tǒng)并未增加，而是通過主介質(zhì)管分流來實(shí)現(xiàn)。

新型重介質(zhì)旋流器主要由原煤入料漏斗、主旋流器一段、主入介管、副入介管、精煤溢流管、精煤再選旋流器、精煤再選溢流管、精煤再選底流管、主選二段連接管、主旋流器二段、主選二段溢流管、主選二段底流管、精煤再選加速段、潤濕管組成，結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

1—原煤入料漏斗；2—主旋流器一段；3—主入介管；4—副入介管；5—精煤溢流管；6—精煤再選旋流器；7—精煤再選溢流管；8—精煤再選底流管；9—主選一、二段連接管；10—主旋流器二段；11—主選二段溢流管；12—主選二段底流管；13—精煤再選加速段；14—潤濕管

1.2 工作原理

合格重介質(zhì)懸浮液經(jīng)主入介口3進(jìn)入主旋流器一段，懸浮液在旋流器內(nèi)作切向圓周運(yùn)動，靠近筒壁部分同時沿軸向向上運(yùn)動。由于主選一、二段連接管的截面只能通過總?cè)虢榱康?0%～50%，其余60%～50%的懸浮液只能折返后向下作切向圓周運(yùn)動，靠近中心部位的懸浮液同時作向下的軸向運(yùn)動，并通過一段中心管進(jìn)入精煤再選加速段13。在此運(yùn)動過程中，由于離心力的作用，形成了靠近入介口密度低，靠近一、二段連接管密度高，靠近中心部位密度低的密度場[4]。

原煤由入料漏斗1給入一段旋流器2，其進(jìn)入低密度旋轉(zhuǎn)下降流后，密度低于筒壁附近懸浮液密度的精煤，隨中心部位的下降流通過一段中心管進(jìn)入精煤再選加速段；中煤和矸石密度均大于筒壁附近的懸浮液密度，被離心力甩向筒壁，進(jìn)入軸向上升流，隨懸浮液進(jìn)入主選二段旋流器；主選二段旋流器的密度場呈現(xiàn)出入口處密度低、底流口處密度高、中心部位密度低的特點(diǎn)，矸石貼內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)向下運(yùn)動，經(jīng)底流口排出，中煤被擠向中心溢流口并排出[5]。

原煤在中心下降流中分選時間較短，小顆粒矸石受大顆粒精煤的阻擋，難免不發(fā)生精煤帶矸的情況[6]。為解決此問題，使主旋流器一段溢流精煤再進(jìn)入精煤再選加速段13，并由副入介口4引入合格介質(zhì)，對精煤懸浮液進(jìn)行加速；擁有充足動能的精煤懸浮液進(jìn)入精煤再選旋流器，在其中分選出純凈精煤，從溢流口7排出；底流口8排出的產(chǎn)物為細(xì)粒中煤和矸石，可直接摻入中煤。

精煤溢流口5的設(shè)置是為了使主旋流器的工作狀態(tài)更好，其直徑為一段直徑的1/5。新型重介質(zhì)旋流器分選原理示意圖如圖2所示。

圖2 新型重介質(zhì)旋流器分選原理示意圖Fig.2 Separation principle of new type heavy medium cyclone

1.3 技術(shù)特點(diǎn)

新型重介質(zhì)旋流器具有如下技術(shù)特點(diǎn)：

(1)分選精度高，分選效果好。主選一段溢流精煤在加速段再次被加速，此過程分選密度低，小顆粒矸石易被甩向筒壁而進(jìn)入再選旋流器；再選旋流器的分選為有壓分選，矸石易從底流口排出，可有效解決精煤帶矸石問題。

(2)分選粒度下限低。一般入廠磁鐵礦粉粒度較粗，而磁鐵粉粒度越細(xì)煤炭分選粒度下限越低。經(jīng)主選旋流器分選后，粗粒磁鐵礦粉進(jìn)入主選二段旋流器，細(xì)粒磁鐵礦粉進(jìn)入精煤加速段，細(xì)粒磁鐵礦粉形成的懸浮液使煤炭分選粒度下限降低，同時低濃度合格介質(zhì)的加入有利于提高煤炭分選精度[7]。

(3)由于新型重介質(zhì)旋流器是在現(xiàn)有無壓入料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的，不需要改變選煤廠原系統(tǒng)，特別易于推廣使用。

1.4 技術(shù)參數(shù)

新型重介質(zhì)旋流器主要技術(shù)參數(shù)[8]如下：

主選一段內(nèi)徑/mm

1 200

主選二段內(nèi)徑/mm

850

再選內(nèi)徑/mm

850

入料粒級/mm

<80

處理量/(t·h-1)

280～320

介質(zhì)循環(huán)量/(m3·h-1)

1 100～1 200

安裝角度/(°)

15

一段可能偏差

0.03～0.035

二段可能偏差

0.05～0.07

2 模擬分選試驗

為進(jìn)一步查看新型重介質(zhì)旋流器精煤再選對原旋流器工作的影響和精煤再選效果，采用流體分析軟件對其進(jìn)行模擬試驗。

根據(jù)旋流器實(shí)際尺寸[9]，采用流體分析軟件建立模型。先不考慮精煤再選部分，只對主選三產(chǎn)品旋流器進(jìn)行加載，入介量(泥漿)為1 008 m3/h，入料量為280 t/h，各出口壓力設(shè)定成環(huán)境壓力；加載后記錄入料壓力和各出料口流量。添加精煤再選部分，以不影響主選三產(chǎn)品旋流器各項指標(biāo)和提高精煤再選旋流器分選效果為目標(biāo)，調(diào)整再選部分的結(jié)構(gòu)參數(shù)。模擬分選試驗結(jié)果如表1所示。

表1 模擬分選試驗結(jié)果Table 1 Result of simulated separation test (m3/h)

由表1可知：在總?cè)虢榱坎蛔兊那闆r下，通過調(diào)節(jié)再選入介量，即可達(dá)到精煤再選不影響原旋流器工作和再選效果更好的目標(biāo)?，F(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)過程中，可根據(jù)精煤灰分要求，結(jié)合經(jīng)濟(jì)效率最高原則，調(diào)節(jié)再選入介量，實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益最大化。

3 工業(yè)應(yīng)用

3.1 原煤煤質(zhì)特征

新型重介質(zhì)旋流器已在陜西韓城浩源選煤廠成功運(yùn)行，為進(jìn)一步查看其工業(yè)應(yīng)用效果，結(jié)合入選原煤煤質(zhì)特征對產(chǎn)品指標(biāo)進(jìn)行分析。該廠50～0.5 mm粒級原煤浮沉試驗綜合結(jié)果如表2所示。

由表2可知：當(dāng)要求精煤灰分為10%時，理論分選密度在1.54～1.57 g/cm3之間 ,δ±0.1含量在12%左右，說明原煤為中等可選煤，且矸石含量大。

3.2 分選效果

3.2.1 浮沉試驗結(jié)果

新型重介質(zhì)旋流器在浩源選煤廠正常運(yùn)行后，對其進(jìn)行單機(jī)檢查，入選原煤、精煤、中煤、矸石的浮沉試驗結(jié)果如表3示。

由表3可知：精煤含矸量幾乎為0，矸石含煤量很少，說明分選效果很好，實(shí)現(xiàn)了重介選煤生產(chǎn)過程中精煤零帶矸的目標(biāo)。

表2 50～0.5 mm粒級原煤浮沉試驗綜合結(jié)果Table 2 Result of 50-0.5 mm raw coal float-and-sink test %

表3 浮沉試驗結(jié)果Table 3 Result of float-and-sink test %

3.2.2 重產(chǎn)物分配率

根據(jù)浮沉試驗數(shù)據(jù)計算各密度級重產(chǎn)物分配率，第一段分配率為ε1i，第二段分配率為ε2i，計算公式為[10]：

式中：Ji、Gi分別為精煤、矸石第i密度級數(shù)量占原煤數(shù)量的百分?jǐn)?shù)，%；Zi為中煤第i密度級數(shù)量占原煤數(shù)量的百分?jǐn)?shù)，%。

各密度級重產(chǎn)物分配率計算結(jié)果如表4示。

表4 各密度級重產(chǎn)物分配率Table 4 Distribution coefficients of heavy materials with different density %

3.2.3 可能偏差

為了計算新型重介質(zhì)旋流器各段的可能偏差，根據(jù)各密度級重產(chǎn)物分配率繪制出重產(chǎn)物分配曲線，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知：一段分配曲線的δ25=1.519 g/cm3、δ75=1.471 g/cm3，根據(jù)公式計算的一段可能偏差為0.024；二段分配曲線的δ25=1.584 g/cm3、δ75=1.709 g/cm3，根據(jù)公式計算的二段可能偏差為0.063。這表明輕產(chǎn)物中攜帶大于分選密度的物料以及重產(chǎn)物中混有小于分選密度的物料均很少，說明新型重介質(zhì)旋流器分選精度極高，分選效果很好。

新型重介質(zhì)旋流器已在臨縣祥通等選煤廠成功運(yùn)行，快速檢測結(jié)果顯示，精煤中1.80 g/cm3密度級重產(chǎn)物含量為零，也表現(xiàn)出良好的分選效果。

圖3 重產(chǎn)物分配曲線Fig.3 Distribution curve of heavy materials

4 結(jié)語

新型重介質(zhì)旋流器在不增加重介質(zhì)懸浮液系統(tǒng)的情況下，實(shí)現(xiàn)了精煤有壓再選，提高了分選精度，減少了精煤損失。該重介質(zhì)旋流器操作簡單，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，有效解決了精煤帶矸的難題。目前，新型重介質(zhì)旋流器已在陜西、山西等地多個選煤廠投入使用，并取得了良好的效果。由于生產(chǎn)現(xiàn)場條件限制，目前產(chǎn)品指標(biāo)檢測還不夠全面，隨著設(shè)備的推廣和應(yīng)用將有更多、更全面的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給讀者。

[1] 葉志剛.無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)探討和實(shí)際應(yīng)用[J].煤炭工程，2004(12)：16-18.

[2] 王生義.無圧三產(chǎn)品重介旋流器精煤產(chǎn)品帶矸石原因分析及對策[J].選煤技術(shù)，2009(3)：40-41.

[3] 劉 杰.無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)對工藝指標(biāo)的影響研究[J].煤炭工程，2014(6)：64-69.

[4] 王祖瑞.重介質(zhì)選煤的理論與實(shí)踐[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1988：18-83，174-206，266-298.

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[7] 衛(wèi)中寬.新型有壓給料三產(chǎn)品重介旋流器的研究[J].煤炭加工與綜合利用，2008(6)：11-18.

[8] 楊建國.重介旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)對分選效果的影響[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報，2005(6)：771-773.

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[10] GB/T 16417—2011煤炭可選性評定方法[S].

Analysis of application of new type gravity-fed three-product heavy medium cyclone with the functionality of pressure-separated lower density materials

MA Fu-qiang, LI Meng, WANG Yin-zeng, YANG Peng-bo, YANG Xian-ling, ZHANG Zhi-hong

(Tangshan Shichuang Coal Preparation Co., Ltd., Tangshan, Hebei 063000, China)

In order to solve problem of reject carried into clean coal from gravity-fed three-product heavy medium cyclone, new type gravity-fed three-product heavy medium cyclone with the functionality of pressure-separated lower density materials is developed.Presented the features of this cyclone, such as structure, working principle, technical features and parameters, and then analyzed its application in coal preparation plant.Being features of mean probable error between 0.03 and 0.04 in first separation stage and that between 0.05 and 0.07 in second separation stage, it is valid to solve above problem, with high accuracy.

pressure-separated lower density material with gravity feed; reject carried into clean coal; clean coal recleaning;

1001-3571(2015)03-0035-05

TD942

B

2015-05-22

10.16447/j.cnki.cpt.2015.03.010

科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金無償資助項目(09C26211303084)

馬富強(qiáng)(1956—)，男，河北省保定市人，研究員，從事選煤技術(shù)研究工作。

E-mail: 13903153229@163.com Tel: 0315-2244479