無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選效果影響因素分析

陳 輝

(太原煤氣化選煤分公司，山西 太原030024 )

隨著選煤工藝的日臻完善，生產(chǎn)企業(yè)對(duì)選煤指標(biāo)的要求越來越高。在無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器廣泛應(yīng)用的今天，有的選煤企業(yè)仍然存在不少問題，這勢(shì)必影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選效果的影響因素主要分為兩類[1]：一類是設(shè)備自身的結(jié)構(gòu)參數(shù)，另一類是生產(chǎn)中的工藝參數(shù)。結(jié)構(gòu)參數(shù)在設(shè)備運(yùn)行過程中無法改變，通常在安裝調(diào)試時(shí)，一段中心管直徑、二段中心管直徑和長(zhǎng)度、底流口直徑等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)就被確定。如果原煤煤質(zhì)發(fā)生較大變化，則需要停車對(duì)這些關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。由于設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)是非連續(xù)性的，特別容易出現(xiàn)多種產(chǎn)品指標(biāo)無法同時(shí)滿足要求的問題，此時(shí)就需要對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化。工藝參數(shù)(包括入料壓力、重介懸浮液密度和粘度、介質(zhì)粒度組成等)是可在線調(diào)控的參數(shù)，且這種調(diào)控方式非常關(guān)鍵。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)相輔相成，通常這兩種參數(shù)的聯(lián)合調(diào)控可使無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的分選效果更佳。

1 結(jié)構(gòu)參數(shù)

結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的分選效果有著顯著影響，且各個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)之間相互影響。生產(chǎn)實(shí)踐中常見的、易調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括一段中心管直徑、二段中心管直徑和長(zhǎng)度、底流口直徑等，合理選擇結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)保證設(shè)備正常運(yùn)行和原煤分選效果有著重大意義。

1.1 一段中心管直徑

在一段中心管直徑由小變大的過程中，主分選區(qū)域內(nèi)相同半徑處的軸向速度變大，零速包絡(luò)面半徑變大，輕產(chǎn)物、重產(chǎn)物的實(shí)際分離密度也變大，精煤的產(chǎn)率、灰分均增加；反之，在一段中心管直徑由大變小的過程中，精煤產(chǎn)率和灰分均降低。在特定生產(chǎn)條件下，當(dāng)精煤帶矸量、中煤帶精煤量偏高時(shí)，需要考慮一段中心管直徑是否合適。如果一段中心管直徑過大，則部分矸石未被完全分離即從中心管隨精煤一起排出；如果一段中心管直徑過小，則精煤無法及時(shí)從溢流管排出，就被擠壓進(jìn)入旋流器二段。

在設(shè)計(jì)與調(diào)試過程中，可根據(jù)精煤帶矸量和中煤帶精煤量?jī)?yōu)化一段中心管直徑。此外，一段中心管直徑可在(0.32～0.50)D1(D1是旋流器一段的柱體直徑)之間選取[2]。當(dāng)原煤屬于易選煤時(shí)，溢流口直徑可適當(dāng)放大；當(dāng)原煤屬于難選煤時(shí)，溢流口直徑可適當(dāng)縮小。

1.2 一段錐角

傳統(tǒng)三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器一段采用圓柱結(jié)構(gòu)，如果將其改成略帶錐角的圓錐結(jié)構(gòu)，則可使重介懸浮液濃縮效果提高[3-4]。采用這種結(jié)構(gòu)的三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選矸石含量較高的原煤時(shí)，在矸石大量排放時(shí)能夠保證旋流器二段的分選密度[5]。對(duì)于特殊煤質(zhì)的原煤(如內(nèi)灰高的原煤)，當(dāng)要求旋流器一段的分選密度低，且一段與二段分選密度之差較大時(shí)，可以考慮為旋流器一段設(shè)置錐角。

1.3 一段安裝角度

在物料從入料端進(jìn)入旋流器時(shí)，合格介質(zhì)從入介端沿切線進(jìn)入旋流器，輕產(chǎn)物、重產(chǎn)物在離心力場(chǎng)作用下分離；輕產(chǎn)物向下運(yùn)動(dòng)，通過一段中心管排出成為精煤；重產(chǎn)物在外螺旋作用下向上運(yùn)動(dòng)，通過一二段連接管進(jìn)入旋流器二段。如果一段安裝角度過大，則重產(chǎn)物向上運(yùn)動(dòng)所需的動(dòng)力增大；當(dāng)其不夠充足時(shí)，部分重產(chǎn)物落入內(nèi)螺旋流，并隨輕產(chǎn)物通過一段中心管排出，進(jìn)而污染精煤。因此，設(shè)計(jì)中應(yīng)合理選擇一段安裝角度，其通常在15°～35°之間選取[2]。

1.4 二段中心管直徑和長(zhǎng)度

當(dāng)二段中心管直徑增大時(shí)，實(shí)際分選密度變大，溢流數(shù)量增加，中煤灰分和產(chǎn)率均增加；反之，當(dāng)二段中心管直徑減小時(shí)，中煤灰分和產(chǎn)率均降低。當(dāng)中心管長(zhǎng)度增大時(shí)，錐體與中心管末端的距離減小，特別是其長(zhǎng)度超過二段柱體時(shí)，中心管外部與錐體內(nèi)部形成的空間急劇變小，導(dǎo)致旋流器二段內(nèi)物料的切向速度增大，輕產(chǎn)物、重產(chǎn)物的實(shí)際分離密度增大，中煤灰分和產(chǎn)率均增加。反之，當(dāng)中心管長(zhǎng)度減小時(shí)，中煤灰分和產(chǎn)率均降低。

在設(shè)計(jì)過程中，可根據(jù)所要求產(chǎn)品的指標(biāo)，結(jié)合原煤煤質(zhì)特性，確定二段中心管直徑和長(zhǎng)度。通常二段中心管直徑在(0.30～0.40)D2(D2是旋流器二段的柱體直徑)之間選取[6]。

1.5 二段錐角

在二段錐角由小變大的過程中，零速包絡(luò)面半徑逐漸增大，有效分選區(qū)域增大，被選物料能夠得到充分分選，有利于提高分選精度；隨著錐角的進(jìn)一步增大，分選密度繼續(xù)增加，底流中的低密度物減少，溢流中的低密度物增多[7]。由于合理的錐角有助于控制中煤帶精煤量、矸石帶煤量指標(biāo)，故應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理設(shè)計(jì)錐角。一般三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的二段錐角為20°，當(dāng)一段分選密度偏低，且一段與二段的分選密度之差較大時(shí)，可以適當(dāng)增大二段錐角。

1.6 底流口直徑

底流口是最常見、最易調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)參數(shù)之一，調(diào)節(jié)底流口直徑可使旋流器二段的分選密度發(fā)生變化，進(jìn)而改變?cè)悍诌x效果。當(dāng)?shù)琢骺谥睆阶兇髸r(shí)，分離錐面向內(nèi)縮小，旋流器二段的分離密度變小，矸石灰分降低；反之，當(dāng)?shù)琢骺谥睆綔p小時(shí)，矸石灰分升高，甚至可以得到純矸。

在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐中，可根據(jù)矸石帶煤量指標(biāo)選擇底流口直徑。通常底流口直徑在(0.24～0.32)D2(D2是旋流器二段的柱體直徑)之間選取[8]。

2 工藝參數(shù)

2.1 重介懸浮液密度

重介懸浮液密度是重介質(zhì)選煤過程中最重要的工藝參數(shù)，是實(shí)現(xiàn)精煤、中煤和矸石有效分離的先決條件。重介懸浮液密度是由原煤灰分和精煤灰分決定的，在重介懸浮液密度確定后，懸浮液的穩(wěn)定是保證精煤質(zhì)量合格的關(guān)鍵。如果重介懸浮液密度偏高，就會(huì)使重產(chǎn)物混入精煤，進(jìn)而對(duì)其造成污染；如果重介懸浮液密度偏低，就會(huì)使輕產(chǎn)物混入中煤，造成精煤損失。在結(jié)構(gòu)參數(shù)和其他工藝參數(shù)確定后，當(dāng)重介懸浮液密度波動(dòng)過大時(shí)，對(duì)分選效果的不良影響很大，重介懸浮液密度控制是產(chǎn)品質(zhì)量過程控制的關(guān)鍵。目前，重介懸浮液密度的自動(dòng)控制技術(shù)已經(jīng)非常成熟，這對(duì)實(shí)現(xiàn)原煤的高效分選有著重要意義。

2.2 供介壓力

供介壓力直接影響無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的分選效果和處理能力，當(dāng)供介壓力增大時(shí)，重介懸浮液進(jìn)入旋流器的切向速度增大，旋流器內(nèi)部的離心力也增大，這在一定程度能夠加快分選過程，強(qiáng)化原煤分選效果，提高設(shè)備處理能力。但當(dāng)供介壓力繼續(xù)增大時(shí)，設(shè)備濃縮效果增強(qiáng)，導(dǎo)致旋流器內(nèi)部的重介懸浮液密度梯度分布不均，進(jìn)而使原煤分選效果變差[9]。因此，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，合理選擇供介壓力。

2.3 重介懸浮液中的煤泥含量

重介懸浮液是由磁鐵礦粉、水、煤泥按一定比例混合成的流體，為了保證重介懸浮液的穩(wěn)定性，實(shí)際生產(chǎn)中需要在其中加入適量煤泥。如果重介懸浮液中的煤泥含量過高，分選密度可以達(dá)到要求，但其粘度增加，導(dǎo)致細(xì)粒物料的分選效果變差；如果重介懸浮液中的煤泥含量過低，則重介懸浮液的粘度降低，穩(wěn)定性變差，也會(huì)影響原煤的正常分選。通常重介懸浮液的粘度與其中的固體(磁鐵礦粉、煤泥)體積濃度成正相關(guān)關(guān)系，且要求固體體積濃度在20%～25%之間，過高或過低的固體體積濃度都不利于原煤分選[10]。在煤泥含量較高或采用不脫泥入選工藝時(shí)，尤其要重視重介懸浮液中煤泥含量的控制。

2.4 磁鐵礦粉粒度組成

磁鐵礦粉是選煤最常用的加重質(zhì)，其粒度組成對(duì)原煤分選效果有著很大影響。一般說來，當(dāng)磁鐵礦粉的粒度組成偏粗時(shí)，需要在重介懸浮液中加入較多煤泥，以保證其穩(wěn)定性。在一定的供介壓力條件下，當(dāng)磁鐵礦粉的粒度組成偏粗時(shí)，重介懸浮液的濃縮效果更好，可使旋流器二段的分選密度升高[11]，但較高的煤泥含量給后續(xù)的產(chǎn)品脫介、脫水帶來不利影響。當(dāng)磁鐵礦粉的粒度組成偏細(xì)時(shí)，原煤分選效果也能得到保證，但介質(zhì)凈化、回收難度增加。實(shí)際生產(chǎn)中宜選用粒度組成較細(xì)的磁鐵礦粉，具體粒度組成需要根據(jù)實(shí)際情況確定。

2.5 入料固液比

入料固液比與設(shè)備處理能力和原煤分選效果息息相關(guān)，當(dāng)入料固液比增大時(shí)，旋流器內(nèi)的物料層變厚，原煤分層阻力增大，分層速度變慢，輕產(chǎn)物、重產(chǎn)物中的錯(cuò)配物含量均增加，原煤分選效果變差。反之，當(dāng)入料固液比減小時(shí)，原煤分選效果變好。一般情況下，噸原煤所需的懸浮液量為2.50～5.00 m3，一般不低于3.50 m3[12]。因此，選取合理的入料固液比非常重要，實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)原煤入選量、設(shè)備處理能力等因素綜合考慮。

3 結(jié)語(yǔ)

無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選效果的影響因素較多，主要包括結(jié)構(gòu)參數(shù)和工藝參數(shù)，這些因素并不是孤立存在的，而是相互作用的。在生產(chǎn)過程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)，并輔以工藝參數(shù)的配合，確保原煤分選效果處于最佳水平。