渦北選煤廠3NWZXΦ1300/920型旋流器結(jié)構(gòu)與工藝參數(shù)優(yōu)化與實踐

孫小路，匡亞莉，王傳真，陳 偉

(1.中國礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，江蘇 徐州 221008；2.淮北礦業(yè)集團(tuán)渦北選煤廠，安徽 淮北，235000)

渦北選煤廠3NWZXΦ1300/920型旋流器結(jié)構(gòu)與工藝參數(shù)優(yōu)化與實踐

孫小路1，匡亞莉1，王傳真1，陳 偉2

(1.中國礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，江蘇 徐州 221008；2.淮北礦業(yè)集團(tuán)渦北選煤廠，安徽 淮北，235000)

渦北煉焦煤選煤廠采用3NWZXΦ1300/920旋流器進(jìn)行原煤不脫泥入選，其生產(chǎn)調(diào)試的效果直接關(guān)系到選煤的正常生產(chǎn)。本文采用多因素一元定量實驗的方法，對旋流器的影響因素：原煤處理量、分選密度、入料壓力、分流比(煤泥含量)、介質(zhì)粒度進(jìn)行了實驗分析，確定了其最佳的分選條件。將確定后的工藝參數(shù)帶入實際生產(chǎn)，混精煤產(chǎn)品數(shù)質(zhì)量一直保持在較好的水平。同時，針對實際生產(chǎn)過程中存在的中煤發(fā)熱量過剩問題，本文提出了采用二段溢流管大深度插入的解決方案，在保證精煤灰分的前提下，提高中煤灰分。溢流管調(diào)試安裝使用后，中煤發(fā)熱量控制在3500k～3700kJ之間，產(chǎn)率從3.27%提高到了4.55%，實現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

3NWZXΦ1300/920旋流器；三產(chǎn)品旋流器；應(yīng)用與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

渦北選煤廠是礦區(qū)型煉焦煤選煤廠，現(xiàn)年處理能力600萬t，采用我國應(yīng)用較廣泛的3NWZXΦ1300/920無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器不脫泥分選工藝。作為核心主選設(shè)備，無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器具有自動化程度高、分選精度好等優(yōu)點[1-3]，同時也存在影響因素復(fù)雜，旋流器二段生產(chǎn)過程不易調(diào)整、中煤產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定的缺點[4-5]。因此，其生產(chǎn)調(diào)試的效果好壞，直接關(guān)系到選煤的正常生產(chǎn)[6-7]。

現(xiàn)階段煤炭經(jīng)濟(jì)形勢不斷下滑，為提高企業(yè)競爭力，爭取經(jīng)濟(jì)效益最大化，該選煤廠在煤炭洗選生產(chǎn)過程控制上加大了技術(shù)投入，通過多因素設(shè)計一元定量實驗，對生產(chǎn)過程中的各項指標(biāo)進(jìn)行合理的選擇，確定了最佳分選條件，并針對生產(chǎn)過程中存在的中煤發(fā)熱量過剩問題，對生產(chǎn)過程工藝參數(shù)及設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)展開了深入研究與分析[8-10]，提出采用二段溢流管大插入深度的解決方案，對旋流器進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，解決了中煤發(fā)熱量過剩問題。

1 重選工藝及主要設(shè)備

該選煤廠工藝流程為：原煤不脫泥經(jīng)潤濕后進(jìn)入3NWZXΦ1300/920無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選，以單一低密度懸浮液系統(tǒng)一次分選出質(zhì)量合格的精煤、中煤和矸石，用“弧形篩-高頻篩-煤泥離心機(jī)”組合回收優(yōu)質(zhì)粗精煤泥，大大減少進(jìn)入生產(chǎn)費(fèi)用相對較高的浮選作業(yè)的煤泥量，用機(jī)械攪拌式浮選機(jī)分選-0.3mm粒級的煤泥，經(jīng)濟(jì)合理地實現(xiàn)煤泥全部廠內(nèi)回收、洗水閉路循環(huán)、清水選煤。

該選煤廠目前有獨(dú)立生產(chǎn)系統(tǒng)2套，每套系統(tǒng)有3NWZXΦ1300/920三產(chǎn)品旋流器2臺，主要入洗焦煤、肥煤兩種煤種，表1為洗選系統(tǒng)主要設(shè)備統(tǒng)計表。3NWZXΦ1300/920無壓三產(chǎn)品旋流器單臺設(shè)計處理能力為330～400t/h，入料壓力為0.25M～0.35MPa。本文以焦原煤為重點進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)節(jié)與優(yōu)化。

表1 主要設(shè)備統(tǒng)計表

2 最佳工藝參數(shù)確定

通過對焦原煤性質(zhì)進(jìn)行深入研究和分析，結(jié)合設(shè)備性能參數(shù)，確定3NWZXΦ1300/920三產(chǎn)品旋流器在原煤處理量、分選密度(旋流器入料密度儀顯示密度)、入料壓力、合介煤泥含量、介質(zhì)粒度等方面的工藝參數(shù)范圍。

2.1 原煤性質(zhì)分析

表2為2015年1月焦原煤篩分實驗統(tǒng)計表。通過該表可以得到以下分析結(jié)果。

1)原煤中25～50mm粒級含量相對較大，且多為高灰，這就說明在實際生產(chǎn)過程中要注意控制原煤處理量。

2)原煤中主導(dǎo)粒級為3～0.5mm，為提高該粒度級產(chǎn)品分選精度，要求分選過程盡可能提高入料壓力。

3)-0.5mm含量相對較高，但小于3～0.5mm粒級含量。兩粒級合計超過50%，且灰分不高，說明原煤組成中，煤的脆性大于矸石，矸石不易泥化。

原煤可選性曲線如圖1所示，可以看出，當(dāng)精煤灰分在10%時，理論分選密度在1.45g/cm3附近，±0.1含量約為29.00%，為較難選煤。

表2 原煤篩分實驗統(tǒng)計表(自然級+破碎級)(單位：%)

圖1 原煤可選性曲線(2015年1月)

2.2 工藝參數(shù)單因素實驗

生產(chǎn)控制過程中，主要考慮原煤處理量、分選密度、入料壓力、合介煤泥含量、介質(zhì)粒度五個方面的影響因素，分別進(jìn)行了實驗研究。

2.2.1 原煤處理量單因素實驗

在生產(chǎn)實驗過程中，保持入料壓力0.290MPa、分流比80%(煤泥含量通過合介分流比進(jìn)行控制)、分選密度1.430g/cm3，介質(zhì)粒度-0.074mm含量大于90%，原煤處理量從330～370t/h，每次提高10t/h，待穩(wěn)定后取精煤樣進(jìn)行化驗。具體結(jié)果如表3所示。

從表3可看出：當(dāng)原煤處理量在330～350t/h之間時，精煤灰分保持穩(wěn)定變化，當(dāng)超過360t/h時，精煤灰分明顯上升，在370t/h精煤灰分達(dá)到最大值，隨著處理量增大，分選不充分，精煤夾帶細(xì)矸石現(xiàn)象嚴(yán)重，雖然這一部分細(xì)矸整體量不多(1%左右)，但其灰分很高(80%以上)，造成介精背灰現(xiàn)象。

2.2.2 分選密度單因素實驗

實驗過程中，保持焦原煤處理量340t/h、介質(zhì)粒度-0.074mm含量大于90%、分流比在80%，旋流器的入料壓力在0.29MPa，分選密度從1.400～1.450g/cm3，每次提高0.01g/cm3，待穩(wěn)定后取精煤樣進(jìn)行化驗。具體結(jié)果如表4所示。

表3 原煤處理量實驗統(tǒng)計表(單位：%)

表4 分選密度實驗統(tǒng)計表(單位：%)

從表4可以看出，分選密度在1.430～1.450g/cm3時，精煤產(chǎn)品質(zhì)量相對較好。在實際分選過程中，最佳分選密度是隨著生產(chǎn)過程變化而波動的，要根據(jù)具體情況而定，該數(shù)值作為參考密度范圍。

2.2.3 入料壓力單因素實驗

實驗過程中，保持焦原煤處理量在340t/h、分流比在80%，介質(zhì)粒度-0.074mm含量大于90%，分選密度1.430g/cm3，旋流器入料壓力在0.25M～0.33MPa之間每隔0.2MPa進(jìn)行一次分選(入料壓力超過0.32MPa，系統(tǒng)自動跳車)，待穩(wěn)定后取精煤樣進(jìn)行化驗，具體結(jié)果見表5。

通過表5可以看出，壓力保持在0.29M～0.31MPa之間時，精煤灰分較好，且可以控制介精+1.8含量在1%以內(nèi)。

2.2.4 分流比單因素實驗

實驗過程中，保持焦原煤處理量在340t/h、入料壓力0.290MPa，分選密度1.430 g/cm3，分流比從40%開始，每天生產(chǎn)過程中保持該分流比穩(wěn)定變，每次增長20%，待生產(chǎn)穩(wěn)定后采集精煤灰分化驗，取當(dāng)天精煤灰分平均值，并計算精煤合格率(考核范圍，介精煤9.80%～10.30%)作為精煤灰分穩(wěn)定性的評價范圍，具體結(jié)果見表6。

表5 入料壓力實驗統(tǒng)計表(單位：%)

表6 分流比實驗統(tǒng)計表(單位：%)

通過表6可看出，分流比過小系統(tǒng)煤泥含量會變大，當(dāng)分流比在60%～80%時，煤泥含量會在10%，且當(dāng)分流比在80%～100%時，精煤合格率相對較高，生產(chǎn)系統(tǒng)相對穩(wěn)定。

2.2.5 介質(zhì)粒度單因素實驗

該選煤廠介質(zhì)有兩種，其中A介質(zhì)粒度為-0.074mm含量約82%，B介質(zhì)粒度-0.074mm含量約為90%，生產(chǎn)實驗中分別使用A、B介質(zhì)進(jìn)行，取當(dāng)天精煤灰分平均值，并計算精煤合格率，具體結(jié)果見表7。

精煤合格灰分的標(biāo)準(zhǔn)為9.8%～10.3%，通過表7可以看出，雖然兩種不同規(guī)格介質(zhì)粒度其精煤平均灰分接近，但介質(zhì)粒度-0.074mm含量大于90%時，精煤合格率較高，這對于生產(chǎn)過程控制是十分有利的。

2.3 實際分選效果

通過上述實驗基本可以確定3NWZX1300/920旋流器入洗焦精煤時的最佳工藝條件為：原煤處理量330～350t/h，分選壓力0.29M～0.31MPa，分流比(煤泥含量)控制在80%，分選密度通常為1.400～1.450g/cm3，介質(zhì)粒度-0.074mm含量大于90%，其中分選密度需要結(jié)合煤質(zhì)及產(chǎn)品質(zhì)量要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。在確定了3NWZXΦ1300/920三產(chǎn)品旋流器相關(guān)工藝參數(shù)后，混精煤產(chǎn)品數(shù)質(zhì)量，一直保持在較好的水平。結(jié)合該月實際生產(chǎn)情況，對全月生產(chǎn)過程進(jìn)行分析，分析結(jié)果如表8所示。

表7 介質(zhì)粒度實驗統(tǒng)計表(單位；%)

表8 焦原煤全月生產(chǎn)情況分析(2015年2月)(單位：%)

從表8可以看出，2015年2月全月焦精煤數(shù)量效率為95.72%，質(zhì)量效率為95.81%，均為一個較高的水平。

3 3NWZXΦ1300/920三產(chǎn)品旋流器結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

在3NWZXΦ1300/92三產(chǎn)品旋流器實際應(yīng)用過程中，通過對生產(chǎn)過程進(jìn)行跟蹤分析發(fā)現(xiàn)，在精煤產(chǎn)品指標(biāo)保持在較好的水平時，重介中煤灰分偏低，混中發(fā)熱量過剩，不利于選煤廠經(jīng)濟(jì)效益最大化。表9為對2015年3月全月焦原煤中煤產(chǎn)品進(jìn)行統(tǒng)計的結(jié)果。

從表9可以看出，介中煤灰分相對較低，且混中發(fā)熱量偏高(用戶對發(fā)熱量需求僅為3500～3700kJ)，存在一定的提升空間。

3.1 旋流器二段壓降分析

3NWZXΦ1300/920三產(chǎn)品旋流器存在二段分選過程難以控制等方面問題，這其中包括二段入料壓力、分選密度等，通過在二段入料端開口安裝壓力表對二段入料壓力進(jìn)行測量，測量結(jié)果顯示保持在0.160M～0.200MPa之間。該壓力值可以滿足分選過程需求。

3.2 調(diào)整旋流器二段底流口

從理論分析可知，縮小旋流器二段底流口可以有效提升中煤灰分，但是底流口過小會嚴(yán)重制約旋流器處理能力，尤其是對矸石量較大的煤種。3NWZXΦ1300/920三產(chǎn)品旋流器提供二段底流口從280～320mm之間可調(diào)。經(jīng)過多次調(diào)整實驗后確定底流口直徑為300mm，既滿足設(shè)備處理能力，又可提高中煤灰分。

3.3 優(yōu)化旋流器二段溢流管插入深度

3NWZX1300/920旋流器二段中煤溢流管設(shè)計總長為1100mm，插入深度為500mm，可調(diào)長度390mm。優(yōu)化過程中，采取單因素法對優(yōu)化前后生產(chǎn)情況進(jìn)行比對。表10為旋流器二段溢流管改造情況統(tǒng)計表。

表9 中煤質(zhì)量情況統(tǒng)計(2015年3月)

表10 中煤溢流管結(jié)構(gòu)參數(shù)改造對比表

通過表10可以看出，通過適當(dāng)增加二段旋流器溢流管長度可以提高中煤灰分。通過多次實驗摸索后，逐步確定二段溢流管長度參數(shù)。在對二段溢流管進(jìn)行優(yōu)化時，首先采用厚皮鋼管與原溢流管直接焊接，在優(yōu)化條件基本成熟后，采用整體溢流管制造，圖2為中煤二段溢流管設(shè)計圖。

圖2 旋流器二段溢流管設(shè)計圖

表11所示為2015年焦煤中煤質(zhì)量統(tǒng)計，與表10對比可知，自溢流管安裝使用后，在不影響精煤數(shù)質(zhì)量的同時，介中煤灰分穩(wěn)步提升至大于30%，發(fā)熱量在3500k～3700kJ之間，同時中煤產(chǎn)率從3.27%提高到了4.55%，按年入洗原煤600萬t，中煤價按每噸300元計算中煤產(chǎn)率增加所創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益初步估算為600萬t/a×(4.55%～3.27%)×300元/t=2304萬元/a。

表11 中煤質(zhì)量情況統(tǒng)計(2015年4～7月)

4 小結(jié)

1)通過采用多因素一元定量實驗方法確定了3NWZX1300/920旋流器在入洗焦精煤時的最佳工藝條件：分選壓力0.29M～0.31MPa，分流比(煤泥含量)控制在80%，分選密度通常為1.400～1.450g/cm3，其中分選密度需要結(jié)合煤質(zhì)及產(chǎn)品質(zhì)量要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2)通過對洗選過程進(jìn)行深入研究和分析，探討了介中煤灰分偏低的原因，并提出合理的解決方案，同時結(jié)合生產(chǎn)實際，對中煤溢流管進(jìn)行了優(yōu)化，獲得了較好的效果。

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Structure and process parameters optimization of 3NWZXΦ1300/920 type cyclone using in Guobei coal preparation plant

SUN Xiaolu1, KUANG Yali1, WANG Chuanzhen1, CHEN Wei2

(1.School of Chemical Engineering and Technology, China University of Mining and Technology,Xuzhou 221008, China; 2.Huaibei Mining Industry Group, Huaibei 235000, China)

3NWZXΦ1300/920 type cyclone was used to sort raw coal with mud in Guobei coking coal preparation plant, and the effect of its production debugging is directly related to the normal production of coal preparation. The multivariate-one variable quantitative experiment was used to determine the optimum separation conditions, such as raw coal processing capacity, sorting density, feeding pressure, split ratio (slime content) and particle size. The quantity and quality of mixed clean coal maintains at a good level with the determined process parameters in actual production process. And at the same time, according to the problem of middling quantity of heat is excessive, the solution of using Sec overflow pipe inserted into great depth was proposed in this paper to increase middling ash under the premise of ensuring the clean coal ash. With the installation and commissioning of the overflow pipe, the calorific value of coal was controlled between 3500～3700kJ, and the yield was improved from 3.27% to 4.55%, which achieves the maximum economic efficiency.

3NWZXΦ1300/920 type cyclone; three-product cyclone; application and structure optimization

2016-06-15

孫小路(1988-)，男，內(nèi)蒙古赤峰人，博士研究生，研究方向為選煤過程模擬與優(yōu)化，E-mail：sunpath@126.com。

TD94

A

1004-4051(2016)12-0101-05