干法重介質(zhì)流化床選煤工藝的應(yīng)用研究

王亞健

（潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)， 山西 長治 046103）

作為我國最重要的一次性能源資源，煤炭在國民經(jīng)濟(jì)能源消耗中長期占據(jù)著主導(dǎo)地位，因煤炭在使用過程中產(chǎn)生的粉塵等有害物質(zhì)對環(huán)境的影響較大，隨著人類社會發(fā)展對環(huán)境保護(hù)要求的不斷提高，因此要求對煤炭進(jìn)行洗選處理，降低在燃燒過程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)的含量，目前普遍采用的選煤技術(shù)為濕式選煤技術(shù)，在煤炭洗選過程中以水為洗選介質(zhì)，但該選煤工藝存在著用水量大、對水污染嚴(yán)重的問題，因此各煤炭洗選企業(yè)不斷開展對干式選煤工藝的研究，但目前常用的干式選煤方案在實際應(yīng)用過程中普遍存在著布風(fēng)板極易被堵塞、流化床密度穩(wěn)定性差的缺點，對煤炭洗選企業(yè)的生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的影響。本文提出了一種新的干式選煤工藝，對其分選原理等進(jìn)行了分析，極大的提升了對煤炭洗選的效率和洗選質(zhì)量。

1 干法重介質(zhì)分選原理

干法重介質(zhì)分選是一種將細(xì)微顆粒作為一種加重的分選介質(zhì)，在穩(wěn)定氣流作用下形成具有固定密度的氣體和固體顆粒相混合的懸浮層，在不間斷的氣流的作用下其具有類似穩(wěn)定流體的特性。用于分選的煤炭顆粒在氣固混合懸浮層中的受力主要包括重力G、慣性力F、阻力Fr、浮力Ff。在煤炭顆粒直徑超過一定臨界值，其能夠在懸浮層平均密度的作用下運(yùn)動，則此時其在流化床內(nèi)的運(yùn)動方向主要與其在懸浮層中所受的凈浮力有關(guān)，其受力可表示為[1]：

式中：ρc為懸浮層的平均密度；ρp為懸浮層中煤炭顆粒的密度；d為煤炭顆粒的直徑。

由（1）式可知，當(dāng) ρc>ρp的時候煤炭顆粒會向上運(yùn)動，反之煤炭顆粒則會向下沉淀，以此達(dá)到不同等級煤炭顆粒的分層目的。煤炭顆粒在分選機(jī)內(nèi)分層后，精煤粉顆粒就會集聚在流化床層的上表面，而煤炭的雜質(zhì)、煤矸石等則會在重力作用下沉淀到床層的底部，最后由刮板輸送機(jī)將堆積的煤矸石等雜質(zhì)輸送出去，完成對煤炭的分選，干法重介質(zhì)流化床選煤工藝原理[2]如圖1所示。為了確保對煤炭的精確分選要求，就必須確保流化床上層的懸浮層的氣流的穩(wěn)定和密度的均勻，因此需要對流化床上氣體分布器的壓降Δpd以及流化床層上的壓降Δpb進(jìn)行控制，本文提出了一種新的對流化床上的懸浮層的氣流穩(wěn)定性，進(jìn)行評價的特征壓降標(biāo)準(zhǔn)數(shù)Cp為：

圖1 干法重介質(zhì)選煤工藝原理

因本文采用的加重介質(zhì)為鐵磁性礦粉和煤粉，為根據(jù)不同的干法選煤要求實現(xiàn)對此加重介質(zhì)的密度控制，本文采用了二元加重質(zhì)密度調(diào)整數(shù)學(xué)模型，其可表示為[3]：

式中：ρ1為煤炭顆粒的堆積密度；ρ2為鐵磁性礦粉顆粒的堆積密度；γ為二元加重質(zhì)中煤粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；a為煤粉顆粒的形狀系數(shù)，取1.2；m為流化床的膨脹率。

2 干法重介質(zhì)分選工藝流程

干法重介質(zhì)分選工藝流程如圖2所示。

圖2 干法重介質(zhì)分選工藝流程示意圖

由圖2可知，在該重介質(zhì)分選工藝中，首先對煤炭進(jìn)行破碎和篩分處理，首先將破碎后的煤炭中顆粒直徑小于10 mm的煤粉和直徑大于100 mm顆粒進(jìn)行篩選出來，將直徑為10～100 mm的顆粒進(jìn)入到流化床分選機(jī)內(nèi)。此時若進(jìn)入到流化床內(nèi)的煤炭顆粒的含水量較高，那么系統(tǒng)將首先將煤粉顆粒送入振動干燥器內(nèi)對煤炭進(jìn)行低溫脫水處理，直到煤炭顆粒內(nèi)的含水量滿足流化床干式分選處理要求，系統(tǒng)對分選出的尾煤和精煤分別進(jìn)行兩次脫介篩分處理，去除內(nèi)部所含的加重介質(zhì)，最終獲得精選煤。經(jīng)分離后的重介質(zhì)在分流器的作用下進(jìn)入到干式磁選機(jī)及循環(huán)介質(zhì)儲存?zhèn)}內(nèi)。

在整個干法重介質(zhì)流化床選煤工藝中，其分選介質(zhì)所需的穩(wěn)定的空氣流由設(shè)置在流化床附加的鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生，然后經(jīng)過流量計等進(jìn)入到流化床的分選機(jī)內(nèi)，氣流從流化床上端排出后，其中含有許多細(xì)微的煤炭顆粒，此時在出風(fēng)口設(shè)置布袋除塵器，對精細(xì)煤粉進(jìn)行回收，同時避免了對空氣的污染。

3 干法重介質(zhì)分選工藝的應(yīng)用研究

本文以在某選煤廠實現(xiàn)應(yīng)用的干法重介質(zhì)分選機(jī)為對象，對干法重介質(zhì)的實際應(yīng)用效果進(jìn)行分析，某廠的干法重介質(zhì)分選機(jī)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

在生產(chǎn)中以某型難選煤為分選對象，其灰分約為17.67%，其理論分選密度為1.373 g/cm3，其理論精煤分選率為72.4%。利用上述干法重介質(zhì)分選機(jī)對其進(jìn)行分選，設(shè)定床層的平均密度為1.453 g/cm3，經(jīng)過分選后對分選的尾礦進(jìn)行采樣，使用激光粒度檢測儀對其進(jìn)行粒度分析，分析結(jié)果如圖4所示。

圖3 干法重介質(zhì)選煤機(jī)布置結(jié)構(gòu)示意圖

由圖4可知，其尾礦粒度平均維持在0.13～0.52 mm之間。

圖4 尾礦煤炭顆粒直徑分布示意圖

在分選過程中的的煤炭損失主要包括尾礦損失機(jī)分選產(chǎn)品帶著損失，通過對分選前后的煤炭進(jìn)行對比分析，可知在該分選過程中，精煤損失約為0.067 kg，尾煤損失為0.134 kg，磁選尾礦的損失約為0.177 kg，合計損失量為0.378 kg，損失總量低于0.5 kg，遠(yuǎn)小于濕法選煤時的煤炭損失量。

對干法重介質(zhì)分選效果的評價主要采用分選數(shù)量效率[4]。在分選時對原煤、精煤以及尾煤分別進(jìn)行取樣研究，計算出其精煤的實際產(chǎn)出率約為67.71%，因此其數(shù)量效率可表示為η=67.71/72.4×100%=93.3%，利用浮塵試驗方法對流化床的實際分配率進(jìn)行描述，其結(jié)果如下頁圖5所示。

如圖5所示，圖中δp表示煤炭的分選密度，δ25表示當(dāng)分配率為25%時的分選密度，δ75表示當(dāng)分配率為75%時的分選密度，E表示可能偏差值。

表1所示為干法重介質(zhì)選煤工藝及傳統(tǒng)的濕法選煤工藝數(shù)據(jù)對比。

圖5 干法重介質(zhì)流化床選煤分配曲線

分析表1可知，干法重介質(zhì)流化床選煤工藝流程簡單，煤炭分選效率高，成本低，且在對煤炭進(jìn)行分選過程中污染小，經(jīng)濟(jì)性好，具有顯著的優(yōu)勢。

表1 不同選煤工藝參數(shù)指標(biāo)對比分析

4 結(jié)論

本文對干法重介質(zhì)選煤的工藝原理和工藝流程進(jìn)行了分析，通過對干法選煤工藝的實際應(yīng)用表明：

干法重介質(zhì)選煤過程煤炭的損失總量遠(yuǎn)小于濕法選煤工藝。

干法重介質(zhì)選煤的分選實際產(chǎn)出率可達(dá)67.71%，數(shù)量效率達(dá)93.3%，分選效率高。

干法重介質(zhì)選煤工藝流程簡單、分選效率高，經(jīng)濟(jì)性好，污染小，適用范圍廣，具有極大的應(yīng)用推廣價值。