三錐角水介旋流器分選呂家坨選煤廠粗煤泥的工業(yè)應(yīng)用研究

石尚杰，郝守信，夏靈勇

(開灤集團(tuán)有限責(zé)任公司，河北 唐山 063000)

三錐角水介旋流器分選呂家坨選煤廠粗煤泥的工業(yè)應(yīng)用研究

石尚杰，郝守信，夏靈勇

(開灤集團(tuán)有限責(zé)任公司，河北 唐山 063000)

呂家坨選煤廠粗煤泥含量高，細(xì)泥含量大，由于水力分級(jí)旋流器組脫泥效果較差，造成重介旋流器系統(tǒng)分選效率低，精煤灰分難以控制，介耗高等問題。針對(duì)此問題，在水介三錐角旋流器的結(jié)構(gòu)及工作原理分析基礎(chǔ)上，通過實(shí)驗(yàn)室與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，設(shè)計(jì)了粗煤泥分選工藝方案，從而解決了呂家坨選煤廠的粗煤泥分選問題，提高了原煤入選量和精煤產(chǎn)品質(zhì)量的合格率，降低了介耗。

粗煤泥；粗煤泥分選；三錐角水介旋流器；介耗

呂家坨選煤廠隸屬于開灤能源化工股份有限公司呂家坨礦業(yè)分公司，位于河北省唐山市古冶區(qū)呂家坨礦區(qū)，是一座處理能力為3.75 Mt/a的礦井型選煤廠。該廠分選煤種為稀缺的焦煤，生產(chǎn)采用選前脫泥+塊煤立輪重介+末煤無壓三產(chǎn)品重介旋流器+煤泥浮選聯(lián)合工藝流程。該廠煤泥回收系統(tǒng)為：分級(jí)脫泥篩下煤泥水經(jīng)6臺(tái)φ600 mm水力旋流器分級(jí)后，底流進(jìn)入弧形篩、直線振動(dòng)脫泥篩處理，直線振動(dòng)脫泥篩篩上物進(jìn)入末煤三產(chǎn)品重介旋流器分選，而水力旋流器溢流、弧形篩與直線振動(dòng)脫泥篩篩下水則進(jìn)入浮選系統(tǒng)。隨著礦井產(chǎn)量的逐步增加，井下采煤機(jī)械化程度不斷提高，呂家坨選煤廠入選原煤中粉煤含量不斷增加，該廠煤泥回收系統(tǒng)暴露了一些問題：受13～0.5 mm粒級(jí)末原煤含量高、波動(dòng)大的影響，φ0.5 mm分級(jí)脫泥篩實(shí)際處理量接近理論計(jì)算的上限(約600 t/h)，嚴(yán)重制約了選煤廠洗選能力的提高，使原煤入選能力遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)的714 t/h，且造成噸煤電耗增高；水力分級(jí)旋流器組分級(jí)脫泥效果較差，經(jīng)截粗后的粗煤泥中含有大量細(xì)泥，造成主選重介旋流器系統(tǒng)分選效果變差，主要表現(xiàn)為精煤灰分難以控制，矸石帶煤偏高，介耗偏大；原煤分級(jí)篩下層篩板易跑水，生產(chǎn)連續(xù)性差；直線振動(dòng)脫泥篩篩下水跑粗，浮選產(chǎn)率低。

針對(duì)以上存在問題，呂家坨選煤廠通過多方調(diào)研，最終決定對(duì)煤泥水處理系統(tǒng)進(jìn)行工藝改造，選用了適合呂家坨選煤廠煤泥分選的三錐角水介旋流器粗煤泥分選工藝方案。

1 三錐角水介旋流器簡(jiǎn)介

目前常用的粗煤泥分選設(shè)備有大錐角水介質(zhì)旋流器、TBS干擾床、煤泥重介質(zhì)旋流器、螺旋分選機(jī)等[1-3]。其中，以水介質(zhì)旋流器配置簡(jiǎn)單，無運(yùn)動(dòng)部件，主要由入料口、筒體、溢流管、錐體四部分組成[4-5]，具有不需要重介質(zhì)、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，在選煤廠得到了廣泛應(yīng)用[6-7]。近年來興起的三錐角水介旋流器由山東科技大學(xué)研制，不僅具有原有水介旋流器的優(yōu)點(diǎn)，而且參數(shù)可調(diào)，可針對(duì)不同煤質(zhì)要求設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)參數(shù)，不僅分選精度較高，且工作穩(wěn)定可靠，在粗煤泥分選過程中可以有效實(shí)現(xiàn)精煤回收。同時(shí)，該旋流器設(shè)計(jì)緊湊，適應(yīng)性強(qiáng)，占用空間小，便于選煤廠改造應(yīng)用[8-9]。

三錐角水介旋流器主要由入料管、溢流管、筒體及錐體三部分組成(圖1)，其中錐體部分由三段錐角組成。其工作原理為：分選物料沿切線方向通過入料管給入圓筒體內(nèi)，在筒體內(nèi)形成內(nèi)螺旋流和外螺旋流；在重力和離心力等力的作用下，低密度輕產(chǎn)物(精煤)進(jìn)入內(nèi)螺旋流；高密度重產(chǎn)物(尾煤)進(jìn)入外螺旋流，依次流經(jīng)一段錐體、二段錐體和三段錐體，在每段錐體內(nèi)均進(jìn)行一次分選；最后，低密度輕產(chǎn)物在內(nèi)螺旋流的作用下由溢流管排出，高密度顆粒則隨外螺旋下降流運(yùn)動(dòng)從底流口排出[10-11]。

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

2 試驗(yàn)研究與結(jié)果分析

2.1 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究

首先在實(shí)驗(yàn)室對(duì)呂家坨選煤廠粗煤泥進(jìn)行了篩分、浮沉試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1、表2。從表1可以看出，該煤樣粒度較粗，且各粒級(jí)灰分均較高。從表2數(shù)據(jù)可以看出，該煤樣可選性相對(duì)較好，其中灰分<12%理論產(chǎn)率約為60%。

表1 粗煤泥小篩分試驗(yàn)結(jié)果

表2 粗煤泥小浮沉試驗(yàn)結(jié)果

采用實(shí)驗(yàn)室用φ100 mm三錐角旋流器對(duì)該煤泥進(jìn)行分選試驗(yàn)，試驗(yàn)流程圖見圖2。將煤樣濃度配置成150 g/L，設(shè)定好初始結(jié)構(gòu)參數(shù)，開動(dòng)礦漿泵，調(diào)整旋流器入料壓力，物料循環(huán)5 min后，對(duì)溢流、底流、入料分別采樣；改變旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)及操作參數(shù)，即錐體型號(hào)、溢流管直徑、溢流管插入深度、入料壓力等，重復(fù)上述試驗(yàn)；將獲得的樣品進(jìn)行濕式篩分，分出>0.18 mm和<0.18 mm粒級(jí)，分別測(cè)定灰分和質(zhì)量，利用灰分平衡法計(jì)算精煤產(chǎn)率及綜合產(chǎn)率。通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)得到最佳試驗(yàn)參數(shù)：溢流管插入深度30 mm，溢流管直徑40 mm，入料壓力0.07 MPa。根據(jù)此最佳試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，得到了如表3所示的最佳試驗(yàn)結(jié)果。

圖2 粗煤泥分選試驗(yàn)流程圖

產(chǎn)品名稱灰分占本級(jí)產(chǎn)率綜合產(chǎn)率(占入料)精煤(>0.18mm)10.8971.7720.41中煤(>0.18mm)54.5928.2324.94

注釋：綜合產(chǎn)率為精煤占旋流器入料百分含量

從表3中數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)試驗(yàn)煤樣粗精煤(>0.18mm)灰分為10.89%時(shí)，考慮到精煤脫泥效率90%，實(shí)際粗精煤灰分為12.04%，此時(shí)粗精煤實(shí)際產(chǎn)率為25.54%，理論產(chǎn)率為33.36%，數(shù)量效率為76.56%。因此可以看出，該設(shè)備取得了較好的分選效果，能得到要求的精煤灰分。為進(jìn)一步考察三錐角旋流器分選精度，特對(duì)精煤(>0.18 mm)和中煤(>0.18 mm)進(jìn)行小篩分、小浮沉試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算分配率，分配率計(jì)算見表4。

表4 實(shí)驗(yàn)室三錐角水介旋流器產(chǎn)品分配率計(jì)算表

利用表4數(shù)據(jù)可繪制出重產(chǎn)物分配率曲線，利用分配率曲線可以查得分配率為75%時(shí)的分選密度為1.55 g/cm3，分配率為25%時(shí)的分選密度為1.39 g/cm3，實(shí)際分選密度為1.48 g/cm3。計(jì)算得三錐角水介旋流器對(duì)于該粗煤泥(>0.18 mm)分選時(shí)，可能偏差Ep值為0.08。從Ep值可以看出，該分選設(shè)備分選精度較好，能夠?qū)υ摯置耗噙M(jìn)行有效分選。

2.2 工業(yè)性試驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用相似放大原理，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室用φ100 mm三錐角旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)放大制造出工業(yè)性試驗(yàn)用φ500 mm三錐角水介旋流器。取樣測(cè)定入料濃度為171.5 g/L，通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，最終選取溢流管下端邊距為60 mm，入料壓力為0.07 MPa，于2014年9月22—23日連續(xù)取樣化驗(yàn)，結(jié)果如表5所示。

表5 2014年9月22日、23日取樣化驗(yàn)結(jié)果

注：9月23日4∶00～6∶00老井煤質(zhì)偏差，高灰細(xì)泥含量偏高

由表5連續(xù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)可以看出，應(yīng)用三錐角水介旋流器可以得到合格的精煤，并且精煤灰分較為穩(wěn)定，除9月23日4∶00～6∶00因入選原煤為老井煤煤質(zhì)偏差，高灰細(xì)泥含量偏高外，其他時(shí)間取樣平均灰分為11.16%。在現(xiàn)場(chǎng)分別采取三錐角旋流器入料、溢流、底流，烘干后由山東科技大學(xué)進(jìn)行小篩分、小浮沉試驗(yàn)，據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算分配率，如表6所示。據(jù)表4繪制出重產(chǎn)物分配率曲線，并查得分配率為75%時(shí)的分選密度為1.46 g/cm3，分配率為25%時(shí)分選密度為1.26 g/cm3，實(shí)際分選密度為1.36 g/cm3。經(jīng)計(jì)算，三錐角水介旋流器對(duì)于該粗煤煤泥分選時(shí)，可能偏差Ep值為0.10，從Ep值可以看出，該分選設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過程中分選精度較好。

表6 現(xiàn)場(chǎng)三錐角旋流器產(chǎn)品分配率計(jì)算表

3 粗煤泥分選工藝方案

基于上述試驗(yàn)結(jié)果，可以認(rèn)為三錐角水介旋流器對(duì)呂家坨選煤廠粗煤泥能夠?qū)崿F(xiàn)有效分選。根據(jù)呂家坨選煤廠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、管道布置情況，對(duì)粗煤泥分選工藝進(jìn)行了改造設(shè)計(jì)，采用φ500 mm三錐角水介旋流器組代替原有φ600 mm水力分級(jí)旋流器組對(duì)原煤分級(jí)篩下的煤泥水進(jìn)行處理。改造后的粗煤泥分選工藝流程如圖3所示。

圖3 粗煤泥分選原則流程圖

改造后，三錐角水介旋流器溢流經(jīng)弧形篩、高頻篩脫水，篩上物直接作為精煤產(chǎn)品，篩下水進(jìn)行煤泥濃縮，底流進(jìn)入浮選，溢流作為循環(huán)水循環(huán)利用；旋流器底流經(jīng)高頻篩脫泥脫水后合入末煤刮板進(jìn)入末煤重介系統(tǒng)，由重介質(zhì)旋流器進(jìn)行分選處理。呂家坨選煤廠進(jìn)行粗煤泥分選工藝改造后，不僅保證粗煤泥的有效分選，而且可以有效提高系統(tǒng)原煤入選量；另外，大部分原生煤泥進(jìn)入了三錐角水介旋流器分選系統(tǒng)，可以使重介質(zhì)系統(tǒng)中的煤泥量顯著降低，提高主選重介旋流器分選效果，降低介耗。

4 技術(shù)改造效果預(yù)測(cè)

實(shí)驗(yàn)室與工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果表明，三錐角水介旋流器作為一種新型、高效粗煤泥分選設(shè)備，能夠有效解決呂家坨選煤廠粗煤泥的分選問題，既能夠提高原煤入選量和精煤產(chǎn)品質(zhì)量，又能降低噸煤介耗，同時(shí)還能改善浮選工藝分選效果，解決浮選跑粗問題，有利于凈化選煤廠用水，實(shí)現(xiàn)洗水閉路循環(huán)。該項(xiàng)改造投資少、見效快，改造后，可以使工藝趨于完善，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

考慮到選煤廠工藝特點(diǎn)及生產(chǎn)能力，參照霍州煤電方山選煤廠實(shí)際應(yīng)用三錐角水介旋流器分選粗煤泥狀況[8]，呂家坨選煤廠決定采用三錐角水介旋流器代替原水力分級(jí)旋流器對(duì)粗煤泥進(jìn)行分選，預(yù)測(cè)該項(xiàng)技術(shù)改造實(shí)施后，噸煤介耗可降低1 kg/t，每年可降低消耗400萬元；噸原煤電耗可降低2度，每年節(jié)約電費(fèi)400萬元；扣除噸原煤0.5元的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)費(fèi)用(200萬元/a)，則年經(jīng)濟(jì)效益為600萬元，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。

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Research on industrial application of three taper angles hydrocyclone used for separating coarse slime in Lvjiatuo coal preparation plant

SHI Shang-jie, HAO Shou-xin, XIA Ling-yong

(Kailuan Group Co., Ltd., Tangshan, Hebei 063000, China)

In consideration of lower separation efficiency of heavy medium cyclone system caused by worse desliming result of hydrocyclone used for separating more coarse slime with more fines in Lvjiatuo coal preparation plant, which will result in having difficulty controlling ash of clean coal and high medium consumption, according to laboratory and field test, coarse coal slime separation technology is designed by analysis of structure and working principle of hydrocyclone. The application shows that this technology can serve coarse coal slime well with higher capacity of washing raw coal, reducing medium consumption.

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

TD942

A

1001-3571(2015)04-0015-04

2015-05-19

10.16447/j.cnki.cpt.2015.04.004

石尚杰(1958—)，男，河北省唐山市人，高級(jí)工程師,從事選煤技術(shù)管理工作。

E-mail：tlixin@kailuan.com.cn Tel:0315-3022230