淺槽重介分選機(jī)上升流系統(tǒng)防堵優(yōu)化研究

王振龍，朱子祺，粟翠華，張新元，陳 文，劉遠(yuǎn)力

(1.神華神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719315；2.株洲天橋舜臣選煤機(jī)械有限公司，湖南 株洲 412001)

淺槽重介分選機(jī)是塊煤分選的主要設(shè)備之一，因其占地面積小、處理能力大、能耗低、分選精度較高，在我國(guó)選煤廠得到廣泛應(yīng)用。通常淺槽重介分選機(jī)內(nèi)部的懸浮液通過(guò)兩個(gè)部位給入分選槽，從下部給入的懸浮液為上升流，其通過(guò)布流板進(jìn)入槽內(nèi)，目的是保持懸浮液穩(wěn)定與均勻，并使物料得到分散；從側(cè)面給入的懸浮液為水平流，在水平流箱的反擊和限制作用下，水平流沿全寬均勻進(jìn)入槽內(nèi)，可使槽體上部的懸浮液密度保持穩(wěn)定，并形成由入料端向排料端的水平流，對(duì)上浮精煤起到運(yùn)輸作用[1-3]。其中，上升流大小及其管道是否暢通影響著物料的分層效果和分選精度，是整個(gè)分選過(guò)程中至關(guān)重要的影響因素。

上灣選煤廠隸屬于神華神東煤炭集團(tuán)洗選中心，是一座處理能力為14.00 Mt/a的特大型礦井型選煤廠。采用塊煤淺槽重介分選機(jī)分選工藝，末煤不洗選，煤泥水全部采用水力旋流器和濃縮機(jī)處理，粗細(xì)煤泥分別采用離心機(jī)、加壓過(guò)濾機(jī)脫水，實(shí)現(xiàn)洗水一級(jí)閉路循環(huán)。多年的生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，因上升流管道直徑較小引發(fā)的管道堵塞是一個(gè)普遍性的問(wèn)題，對(duì)正常的選煤生產(chǎn)非常不利，導(dǎo)致精煤產(chǎn)率降低、產(chǎn)品灰分升高、電能消耗增大、人力成本升高等，最終使產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，且生產(chǎn)成本增加。為此，從淺槽重介分選機(jī)上升流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理出發(fā)，結(jié)合上灣選煤廠的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，研究懸浮液性質(zhì)、合格介質(zhì)分流等因素對(duì)上升流系統(tǒng)正常運(yùn)行的影響，并提出相應(yīng)的優(yōu)化方案。

1 淺槽重介分選機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

W26F54淺槽重介分選機(jī)由槽體、驅(qū)動(dòng)裝置、主軸驅(qū)動(dòng)鏈輪、中間軸托鏈輪、張緊軸改向鏈輪、刮板鏈系統(tǒng)、水平流系統(tǒng)、上升流介質(zhì)斗、布流孔板及襯板等組成。W26F54淺槽重介分選機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

1—張緊軸;2—刮板鏈;3—中間軸;4—驅(qū)動(dòng)裝置;5—上升流介質(zhì)斗;6—夾管閥

當(dāng)原煤通過(guò)水平流箱上方的溜槽進(jìn)入分選機(jī)槽體內(nèi)時(shí)，在調(diào)節(jié)擋板作用下全部浸入懸浮液，在浮力作用下開始出現(xiàn)分層；精煤等低密度物浮在上層，矸石等高密度物沉到槽底；在物料下沉過(guò)程中，在上升流的作用下，與矸石混雜的低密度物充分分散后繼續(xù)上??；在水平流的作用下，浮在上部的低密度物由溢流口排出成為精煤；在刮板的作用下，沉到槽底的高密度物由機(jī)頭溜槽排出成為矸石，從而完成一個(gè)分選過(guò)程[4]。

2 影響因素探討

在淺槽重介分選機(jī)分選過(guò)程中，上升流系統(tǒng)堵塞頻繁成為一個(gè)普遍性問(wèn)題。上升流系統(tǒng)被堵塞的因素很多，從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)分析，這些影響因素大致可以分為四類，即原煤性質(zhì)、懸浮液性質(zhì)、篩分設(shè)備結(jié)構(gòu)、上升流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)四方面。

2.1 原煤性質(zhì)

(1)入料下限。在工藝設(shè)計(jì)中原煤的入料下限為13 mm，一般其被破碎后，13～3 mm粒級(jí)的產(chǎn)率高于其他粒級(jí)；即使下道工序設(shè)計(jì)有脫泥環(huán)節(jié)，也需要考慮脫泥篩的分級(jí)效率。<6(3)mm粒級(jí)末煤大部分成為篩下物，但進(jìn)入淺槽重介分選機(jī)的物料粒級(jí)并不是200～13 mm粒級(jí)，而是200～6(3) mm粒級(jí)，導(dǎo)致淺槽重介分選機(jī)入料中的細(xì)粒增多，次生煤泥量增大，通過(guò)分流實(shí)現(xiàn)懸浮液中煤泥量平衡的難度增加，上升流系統(tǒng)發(fā)生堵塞的可能性進(jìn)一步增大。

(2)分級(jí)粒度。原煤的分級(jí)(脫泥)粒度主要為6、3 mm，而理論上淺槽重介分選機(jī)的分選下限為6 mm，其對(duì)<6 mm粒級(jí)物料分選效果差，且易使懸浮液的粘度增大。在生產(chǎn)實(shí)踐中，通常要求淺槽重介分選機(jī)的入料中<6 mm粒級(jí)物料的含量小于6%。當(dāng)以6 mm作為分級(jí)粒度時(shí)，進(jìn)入淺槽重介分選機(jī)的細(xì)粒物料少，這對(duì)防止上升流系統(tǒng)被堵塞有利；當(dāng)以3 mm作為分級(jí)粒度時(shí)，其中存在一定量的6～3 mm粒級(jí)細(xì)粒物料，這部分物料可能堵塞上升流系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)，采用3 mm作為分級(jí)粒度時(shí)，<25(13)mm粒級(jí)物料不分選；將分級(jí)粒度由3 mm改為6 mm，主要是考慮煤泥處理系統(tǒng)的生產(chǎn)能力。

(3)原煤水分。當(dāng)原煤外在水分<7%時(shí)，分級(jí)過(guò)程易于進(jìn)行；隨著原煤水分的增加，分級(jí)效率逐漸降低。此外，原煤分級(jí)篩的類型、振動(dòng)方式、篩網(wǎng)材質(zhì)、篩孔形狀也影響其分級(jí)效率[5]。隨著分級(jí)篩分級(jí)效率的降低，進(jìn)入淺槽重介分選機(jī)的細(xì)粒煤增加，這對(duì)防止上升流系統(tǒng)被堵塞不利。

(4)泥化特性。煤和矸石泥化后產(chǎn)生細(xì)泥，導(dǎo)致懸浮液中的煤泥量增加，進(jìn)而使懸浮液分流量加大；分流量和稀介桶、煤泥桶次生煤泥量的增加，使介質(zhì)回收系統(tǒng)、煤泥處理系統(tǒng)生產(chǎn)壓力增大，濃縮池溢流中的煤泥量增多。在這種情況下，循環(huán)水調(diào)節(jié)合介桶內(nèi)懸浮液粘度的能力變?nèi)?，反而使懸浮液的分流量增大，并使淺槽重介分選系統(tǒng)的懸浮液、煤泥水粘度增加，沉降分離效率降低，設(shè)備的處理能力降低，這不利于生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行[6-7]。

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，煤和矸石的泥化對(duì)懸浮液回流的影響更大。在每班生產(chǎn)結(jié)束并停止給料時(shí)，分選槽內(nèi)大量的懸浮液通過(guò)上升流系統(tǒng)回到合格介質(zhì)桶，如果煤和矸石泥化嚴(yán)重，其中所含的大量次生煤泥會(huì)使槽內(nèi)懸浮液的粘度增大，進(jìn)而使懸浮液的回流速度變慢；同時(shí)，分選槽內(nèi)煤和矸石的泥化時(shí)間得到延長(zhǎng)，產(chǎn)生更多的次生煤泥。這是一個(gè)惡性循環(huán)過(guò)程，直至槽內(nèi)懸浮液結(jié)構(gòu)化，流動(dòng)性急劇下降，回流速度更慢，從而使上升流系統(tǒng)布流板的板孔大部分被堵塞。

2.2 懸浮液性質(zhì)

(1)懸浮液粘度。懸浮液粘度是影響上升流系統(tǒng)運(yùn)行好壞的關(guān)鍵因素，其粘度越大，液體流動(dòng)的阻力越大[8]，上升流系統(tǒng)越易被堵塞。影響懸浮液粘度的主要因素包括磁鐵礦粉性質(zhì)和煤泥含量，對(duì)一般選煤廠而言，磁鐵礦粉是從外部采購(gòu)的，而外購(gòu)磁鐵礦粉的粒度、密度等性質(zhì)是根據(jù)分選設(shè)備、分選工藝確定的，相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)也隨之確定，故生產(chǎn)實(shí)踐中其對(duì)懸浮液粘度的影響可以看做不變。懸浮液中的煤泥含量是一個(gè)變量，其在懸浮液中是一個(gè)逐漸積累的動(dòng)態(tài)過(guò)程，并隨生產(chǎn)工藝、原煤性質(zhì)等條件的變化存在不同的平衡值。因此，懸浮液中煤泥含量大幅增加是上升流系統(tǒng)堵塞的重要因素。

(2)懸浮液分流。當(dāng)懸浮液中的煤泥含量增大時(shí)，懸浮液粘度也增大，容易堵塞上升流系統(tǒng)，不利于原煤分選。分流的主要目的是為了避免煤泥在循環(huán)系統(tǒng)積聚，導(dǎo)致懸浮液的粘度增加。而將部分合格介質(zhì)分流到稀介系統(tǒng)，經(jīng)磁選回收后循環(huán)使用，并將多余的煤顆粒和水排出循環(huán)系統(tǒng)，能夠維持懸浮液中煤泥含量的穩(wěn)定[9]。

2.3 篩分設(shè)備結(jié)構(gòu)

(1)篩板損壞。由于精煤篩的篩前固定篩板損壞、精煤脫介篩的篩板損壞、矸石篩的篩板損壞、磁選機(jī)的入料管道堵塞、懸浮液回流時(shí)接近布流孔板孔徑的物料進(jìn)入等原因[10]，少量煤塊或矸石進(jìn)入合格介質(zhì)桶，在泵動(dòng)力和管路阻力作用下，桶內(nèi)10～3 mm粒級(jí)的物料越來(lái)越多。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，接近布流孔板孔徑的煤粒隨上升流運(yùn)動(dòng)時(shí)，容易自下而上堵塞布流孔板的板孔，從而使上升流系統(tǒng)不暢或堵塞，進(jìn)而影響淺槽重介分選機(jī)的正常分選。

(2)篩孔尺寸。精煤和矸石脫介篩合介段篩板的作用是分別將分選中產(chǎn)生的懸浮液、刮板運(yùn)動(dòng)帶出的懸浮液脫除，為其回流奠定基礎(chǔ)，合介段篩板的篩孔尺寸一般在1～2 mm之間。與篩孔尺寸2 mm的合介段篩板相比，當(dāng)脫介篩合介段篩板的篩孔尺寸為1 mm時(shí)，懸浮液中1～2 mm粒級(jí)煤泥被合介段篩板截留并運(yùn)動(dòng)至脫介篩，致使脫介篩負(fù)荷增加；在生產(chǎn)過(guò)程中，部分磁鐵礦粉被1～2 mm粒級(jí)煤泥帶走，導(dǎo)致重介生產(chǎn)系統(tǒng)介耗增高。但以1 mm作為脫介篩合介段篩板的篩孔尺寸，可使進(jìn)入合介桶的煤泥量減少，這對(duì)防止上升流系統(tǒng)被堵塞非常有利。因此，精煤和矸石脫介篩合介段篩板的篩孔尺寸選用2 mm對(duì)控制介耗有利，而選用1 mm對(duì)防止上升流系統(tǒng)被堵塞有利。

2.4 上升流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

刮板與布流孔板的間隙、布流板形式及介質(zhì)斗的緩沖板位置對(duì)上升流系統(tǒng)能否正常運(yùn)行有著一定影響。理論上刮板與布流孔板的間隙以2～5 mm為宜，但實(shí)際生產(chǎn)中由于矸石與布流孔板、矸石與刮板、鏈條與上滑道之間的相互磨損，兩者之間的間隙逐漸增大，在間隙增大至一定程度后，矸石可能被卡在刮板與布流孔板之間。在刮板驅(qū)動(dòng)力的作用下，矸石被破碎成細(xì)粒甚至微細(xì)粒，進(jìn)而自上而下的堵塞布流孔板的板孔，這種情況在上升流轉(zhuǎn)為下降流時(shí)容易發(fā)生。因此，刮板與布流孔板的間隙過(guò)大是上升流系統(tǒng)被堵的一個(gè)重要原因。

在生產(chǎn)過(guò)程中布流孔板的板孔易被合介桶中的煤塊或矸石自下而上堵塞，在介質(zhì)回流過(guò)程中其易被矸石自上而下堵塞，再加上回流過(guò)程中因懸浮液粘度過(guò)大引起的堵塞，在三種因素的疊加作用下，板孔被堵塞幾率大大增加，在其被堵塞至一定數(shù)量后，布流孔板、介質(zhì)斗、上升流系統(tǒng)的管道特定部位也會(huì)被堵塞。此外，介質(zhì)斗緩沖板的位置不能距離布流孔板的位置太近，否則極少量固體物(如加重質(zhì)、煤泥)沉降也會(huì)使相應(yīng)位置布流孔板的板孔被堵塞。

3 優(yōu)化方案

3.1 加強(qiáng)篩分設(shè)備管理

原煤的分級(jí)粒度、脫泥粒度、脫介粒度均對(duì)上升流系統(tǒng)的正常運(yùn)行有著重要影響，但由于原煤性質(zhì)、產(chǎn)品用途、產(chǎn)品種類、洗選工藝、處理能力等的制約，對(duì)分級(jí)設(shè)備的調(diào)節(jié)余地不大。結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，可以采取的優(yōu)化方案主要是在現(xiàn)有工藝條件下加強(qiáng)分級(jí)設(shè)備管理，提高相關(guān)環(huán)節(jié)分級(jí)設(shè)備的分級(jí)效率，以減少進(jìn)入分選系統(tǒng)的煤泥量，進(jìn)而為淺槽重介分選機(jī)的高效分選創(chuàng)造良好條件[10]。

3.2 強(qiáng)化懸浮液分流量管理

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)懸浮液進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆至魇潜苊馍仙飨到y(tǒng)被堵塞，并保證淺槽重介分選機(jī)正常運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，生產(chǎn)過(guò)程要強(qiáng)化懸浮液的分流管理，結(jié)合懸浮液的粘度和其他相關(guān)因素，確保分流量科學(xué)合理，為淺槽重介分選機(jī)的正常運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可通過(guò)在線自動(dòng)控制系統(tǒng)檢測(cè)懸浮液中的煤泥量，并根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)節(jié)分流裝置的分流量大小，從而使懸浮液中的煤泥量和懸浮液的粘度保持在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，這樣有助于減少上升流系統(tǒng)被堵塞事故的發(fā)生。

3.3 合理調(diào)整刮板與布流孔板的間隙

刮板與布流孔板的間隙過(guò)大是布流孔板板孔被堵塞的一個(gè)重要原因，因此實(shí)際生產(chǎn)中要定期檢查兩者之間的間隙，及時(shí)更換相關(guān)的損壞部件，如布流孔板、刮板、鏈條等，確保淺槽重介分選機(jī)的上升流系統(tǒng)不被堵塞。此外，在更換周期過(guò)半后的一段時(shí)間內(nèi)，可將鏈條拆下并翻邊安裝，以延長(zhǎng)其使用壽命，減少刮板與布流孔板之間的間隙。

3.4 上升流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

(1)上升流主管優(yōu)化。為了改善上升流系統(tǒng)的運(yùn)行效果，上灣選煤廠對(duì)上升流管道進(jìn)行了優(yōu)化。如將彼德斯淺槽重介分選機(jī)上升流的介質(zhì)斗下短管由DN80改為DN100，在其他情況不變的條件下，原煤分選效果沒(méi)有得到明顯改善，但上升流管的過(guò)流面積提高56個(gè)百分點(diǎn)，單位時(shí)間內(nèi)懸浮液的回流量大幅增加，撤介時(shí)間大大縮短，可使易泥化夾矸物料快速沉底，并通過(guò)刮板及時(shí)排出，這能夠有效切斷泥化產(chǎn)物帶來(lái)的惡性循環(huán)。這說(shuō)明將上升流系統(tǒng)中介質(zhì)斗下短管至主管的管道和閥門改大一個(gè)規(guī)格，能夠解決煤和矸石泥化對(duì)上升流系統(tǒng)產(chǎn)生的不良影響。

(2)孔數(shù)優(yōu)化。為了避免布流孔板的板孔在生產(chǎn)和停泵時(shí)被下上堵塞，導(dǎo)致布流孔板的過(guò)流面積減少，進(jìn)而使撤介速度變慢，同時(shí)上升流介質(zhì)斗、管道等被沉積物堵塞，很有必要增加布流孔板的孔數(shù)。根據(jù)上灣選煤廠的試驗(yàn)結(jié)果，將布流孔板的孔數(shù)增加30%～50%比較合適。

(3)孔形優(yōu)化。在多次試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，上灣選煤廠將布流孔板的孔形由圓柱形改為錐形(錐口朝下，即向介質(zhì)斗方向)，這樣可以極大地減少布流孔板板孔被堵塞的概率。針對(duì)煤和矸石泥化及合介桶內(nèi)煤塊(矸石)影響上升流系統(tǒng)正常運(yùn)行的問(wèn)題，在保證淺槽重介分選機(jī)正常分選的前提下，對(duì)上升流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，此時(shí)上升流系統(tǒng)的堵塞頻率大幅降低。

4 優(yōu)化效果與經(jīng)濟(jì)效益

4.1 優(yōu)化效果

這些優(yōu)化方案不但在理論上可行，而且在生產(chǎn)實(shí)踐中得到了進(jìn)一步驗(yàn)證。就神東公司上灣選煤廠305淺槽重介分選機(jī)優(yōu)化前后的生產(chǎn)實(shí)踐來(lái)看，優(yōu)化效果明顯。優(yōu)化前，上升流系統(tǒng)的月均堵塞次數(shù)在13次左右，優(yōu)化后(2017年3—7月)，月均堵塞次數(shù)為1次，堵塞頻率下降90個(gè)百分點(diǎn)以上，優(yōu)化的其他淺槽重介分選機(jī)上升流系統(tǒng)運(yùn)行狀況也得到了不同程度的改善。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

在將305淺槽重介分選機(jī)上升流系統(tǒng)優(yōu)化后，上升流系統(tǒng)運(yùn)行效果得到明顯改善，并對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的能耗、介耗帶來(lái)積極影響，生產(chǎn)成本下降顯著。

(1)電耗降低。淺槽生產(chǎn)系統(tǒng)的精煤脫介篩、矸石脫介篩、矸石刮板輸送機(jī)、矸石帶式輸送機(jī)、煤泥帶式輸送機(jī)、循環(huán)泵及煤泥離心機(jī)等設(shè)備的總功率為2 000 kW，上升流系統(tǒng)堵塞后生產(chǎn)系統(tǒng)再次運(yùn)行，平均每次需多運(yùn)行45 min，則多消耗電能1 500 kWh。噸煤電費(fèi)按0.56元計(jì)算，則每次多需要電費(fèi)840元。因此，在將上升流系統(tǒng)優(yōu)化后，單臺(tái)淺槽重介分選機(jī)每年可節(jié)約電費(fèi)10.08萬(wàn)元。

(2)介耗降低。當(dāng)上升流系統(tǒng)堵塞后，在清理堵塞的介質(zhì)斗、管道時(shí)，有大量介質(zhì)被浪費(fèi)，導(dǎo)致生產(chǎn)系統(tǒng)介耗增高。在上升流系統(tǒng)優(yōu)化前，噸煤平均介耗為0.61 kg；而將上升流系統(tǒng)優(yōu)化后，因清理堵塞造成的介質(zhì)浪費(fèi)減少，噸煤平均介耗為0.59 kg。就兩組介耗數(shù)據(jù)分析，在將上升流系統(tǒng)優(yōu)化后，生產(chǎn)系統(tǒng)介耗下降3.20個(gè)百分點(diǎn)，節(jié)省了大量生產(chǎn)成本。

5 結(jié)語(yǔ)

淺槽重介分選機(jī)的上升流系統(tǒng)堵塞是一個(gè)系統(tǒng)性問(wèn)題，影響因素眾多，懸浮液粘度是其中的關(guān)鍵因素，而對(duì)懸浮液粘度影響最大的是生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)不斷積累的煤泥。分流是降低懸浮液粘度的重要手段，實(shí)際生產(chǎn)中必須加強(qiáng)對(duì)這方面的管理。針對(duì)煤和矸石的泥化產(chǎn)物及合介桶內(nèi)煤塊(矸石)影響上升流系統(tǒng)正常運(yùn)行的問(wèn)題，在保證淺槽重介分選機(jī)正常分選的前提下，可以通過(guò)改變上升流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，消除這些因素的不利影響。

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