超級煤泥重介質(zhì)旋流器的中試和工業(yè)性試驗

張玉磊，么 雷，徐英芳，郭建偉，苑金朝

(1.北京國華科技集團有限公司，北京 101300；2.唐山國華科技國際工程有限公司，河北 唐山 063020)

1 概 述

粗煤泥分選工藝及設(shè)備一直是選煤領(lǐng)域不斷探索的方向之一，在目前諸多粗煤泥分選設(shè)備中，人們公認煤泥重介質(zhì)旋流器的分選精度最高。煤泥重介質(zhì)旋流器是2013年度中國煤炭工業(yè)科學技術(shù)一等獎——“高效、簡化重介質(zhì)選煤成套技術(shù)的研究”的重要組成部分。近年來，煤泥重介質(zhì)旋流器分選技術(shù)又有了大幅度提高，通過對傳統(tǒng)FHMC型煤泥重介質(zhì)旋流器的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計，研發(fā)出超級煤泥重介質(zhì)旋流器。與其他粗煤泥分選設(shè)備相比，超級煤泥重介質(zhì)旋流器具有以下特點：

(1)分選精度高，分選下限達到0.10 mm；

(2)不必單獨制備特細介質(zhì)，在原煤重介質(zhì)旋流器溢流排出的輕產(chǎn)物中，攜帶以細粒為主的磁鐵礦粉即可作為煤泥重介質(zhì)旋流器的加重質(zhì)；

(3)設(shè)備本身結(jié)構(gòu)簡單，無轉(zhuǎn)動部件，且工藝系統(tǒng)極為簡化；

(4)超大處理能力。超級煤泥重介質(zhì)旋流器是對傳統(tǒng)型煤泥重介質(zhì)旋流器結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)的優(yōu)化升級，加大了入料口、溢流口及底流口的過流斷面，加長了筒體長度，在保證高精度分選效果的前提下，大大提升了處理能力。本文旨在介紹S-FHMC型超級煤泥重介質(zhì)旋流器的中試情況及現(xiàn)場應(yīng)用實踐。

2 S-FHMC型超級煤泥重介質(zhì)旋流器結(jié)構(gòu)和工作原理

重懸浮液以一定的工作壓力沿切線方向進入旋流器，在離心力作用下物料按密度分層，重物料向旋流器壁移動，在外螺旋的軸向速度作用下，由底流口流出，即為尾煤；輕物料則移向中心方向并隨著中心內(nèi)螺旋流排出，即為精煤。

S-FHMC型煤泥重介質(zhì)旋流器主要由入料口、底流口、溢流口、圓筒段和圓錐段5部分組成(如圖1)，其錐角為20°，水平安裝。目前共有9個規(guī)格，其主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 S-FHMC型煤泥重介質(zhì)旋流器主要技術(shù)參數(shù)

圖1 S-FHMC型超級煤泥重介質(zhì)旋流器結(jié)構(gòu)示意

3 中試情況

本著科學嚴謹?shù)膽B(tài)度，在北京國華科技集團有限公司(以下簡稱國華科技)所屬的試驗平臺對S-FHMC型煤泥重介質(zhì)旋流器進行了中試，并采用重復(fù)性試驗進行校驗。試驗系統(tǒng)如圖2所示。

中試使用的超級煤泥重介質(zhì)旋流器型號為S-FHMC08型(圓筒段直徑200 mm)，試樣來自開灤礦業(yè)集團林西選煤廠正常生產(chǎn)時的煤泥重介質(zhì)旋流器入料精煤磁選機精礦。

圖2 試驗系統(tǒng)示意

對重選設(shè)備，一般遵循的規(guī)律是：原料粒度越大，分選效果越好。本文僅介紹各物料0.25～0.10 mm粒級的分選效果。

3.1 試驗條件

為了排除試驗的偶然性，在基本相同的條件下(表2)，先后進行了兩次試驗。

表2 旋流器入料性質(zhì)試驗條件

3.2 試驗結(jié)果及分析

以表2所列條件對煤泥重介質(zhì)旋流器進行中試，入料、選后產(chǎn)物的性質(zhì)列于表3，0.25～0.10 mm粒級密度組成及分配率計算列于表4、表5。

表3 入料及產(chǎn)品性質(zhì)

根據(jù)表4、表5數(shù)據(jù)繪制的分配曲線見圖3，精煤累計產(chǎn)率與灰分關(guān)系曲線(即β曲線)如圖4所示。

由中試結(jié)果可知：

(1)兩次試驗的均方差分別為1.17和0.73，小于《GB/T 15715-2014煤用重選設(shè)備工藝性能評定方法》標準中規(guī)定的臨界值1.40，這表明試驗數(shù)據(jù)有效、可信。

(2)在入料密度1.25～1.30 kg/L條件下，底流密度大于2.0 kg/L，表明重介懸浮液在旋流器中發(fā)生了強烈的濃縮作用，此乃是煤泥重介質(zhì)旋流器高精度分選的關(guān)鍵。

表4 0.25～0.10 mm粒級密度組成及分配率計算(第一次)

表5 0.25～0.10 mm粒級密度組成及分配率計算(第二次)

圖3 0.25～0.10 mm粒級分配曲線

圖4 精煤累計產(chǎn)率與灰分的關(guān)系(β曲線)

(3)兩次試驗的降灰幅度分別為60.51%、62.30%。

(4)0.25～0.10 mm粒級分配曲線兩端值顯示，精煤損失和矸石污染情況均能得到很好的控制，底流、溢流中的錯配物含量相對較低?？赡芷顬?.078 kg/L、0.074 kg/L，均小于0.10 kg/L，根據(jù)MTT 811-1999 《煤用重選設(shè)備的分選下限》標準，說明超級煤泥重介質(zhì)旋流器分選下限達0.10 mm。

(5)由β曲線可知，理論精煤產(chǎn)率分別為77.01%、76.00%，實際精煤產(chǎn)率分別為72.94%、72.34% ，則數(shù)量效率分別為η1=94.72%、η2=95.18%，這表征分選效果良好。

(6)中試用S-FHMC08型超級煤泥重介質(zhì)旋流器的處理能力兩次試驗分別為74.6 m3/h和75.2 m3/h，而同直徑傳統(tǒng)型號FHMC-200煤泥重介質(zhì)旋流器的處理能力為46.2 m3/h。兩者相比，前者處理能力提升近60%，這即是“超級”二字的主要體現(xiàn)。

重復(fù)性試驗(表6)表明：分配曲線形態(tài)、分配密度、可能偏差E、數(shù)量效率、降灰率、處理能力等指標均與第一次試驗結(jié)果極為相近，說明試驗重復(fù)性良好，排除了試驗偶然性的推測。

表6 重復(fù)性試驗指標

4 工業(yè)性試驗

淮北礦業(yè)集團臨渙選煤廠在原處理原料煤4.5 Mt/a生產(chǎn)規(guī)模的基礎(chǔ)上，又擴建了年處理原料煤8.0 Mt的西區(qū)新廠，于2010年全部投產(chǎn)。西區(qū)新廠共有3個生產(chǎn)系統(tǒng)，每個系統(tǒng)設(shè)計處理能力505 t/h，配置2臺3GDMC1300/920A型無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器，采用選前不脫泥不分級工藝，粗精煤泥采用水力旋流器和弧形篩(篩縫0.5 mm)聯(lián)合回收，水力旋流器溢流和弧形篩篩下水進入浮選作業(yè)。

近年來臨渙選煤廠粗精煤產(chǎn)品出現(xiàn)灰分偏高且不穩(wěn)定的問題。分析其原因主要有兩方面：一是粗精煤泥分選環(huán)節(jié)存在問題，難以適應(yīng)煤質(zhì)變化；二是采用的水力分級旋流器普遍存在的“分選現(xiàn)象”不利于降灰，在多臺組合時易出現(xiàn)入料分料不均且不易被發(fā)現(xiàn)、電耗高、對入料壓力要求高等問題，因此不適于粗精煤泥的分級。

針對以上問題，該廠于2017年6月開始實施技改工程，將每個系統(tǒng)的原有2臺重介質(zhì)旋流器更換為同直徑的1臺S-3GHMC870/410型超級重介質(zhì)旋流器，并設(shè)置了與其配套的1臺FHMC50型超級煤泥重介質(zhì)旋流器。精煤脫介篩第一段的濃介質(zhì)和精煤脫介弧形篩的濃介質(zhì)分流部分作為入料，由煤泥合格介質(zhì)桶的渣漿泵以一定壓力給入煤泥重介質(zhì)旋流器，旋流器的輕產(chǎn)物(精煤)進精煤磁選機處理，重產(chǎn)物(尾煤)進中煤磁選機處理。其工藝流程見圖5。

圖5 臨渙選煤廠西區(qū)1#系統(tǒng)粗煤泥分選工藝流程示意

4.1 超級煤泥重介質(zhì)旋流器生產(chǎn)工藝參數(shù)

在1號生產(chǎn)系統(tǒng)處理量810 t/h的條件下，2018年9月對超級煤泥重介質(zhì)旋流器進行了單機試驗。采樣時煤泥重介質(zhì)旋流器生產(chǎn)工作參數(shù)如表7所示。

表7 工作參數(shù)

煤泥重介質(zhì)旋流器本身沒有運動部件，其分選所需動力來自合格介質(zhì)泵，按照實測介質(zhì)泵配套的電機電流、電壓，可計算出噸煤泥電耗為1.33 kW·h。

4.2 檢測結(jié)果及分析

入料及選后產(chǎn)物的0.25～0.10 mm粒度組成、計算入料、分配率見表8；以此繪制的分配曲線、計算入料可選性曲線分別見圖6、圖7。

圖6 0.25～0.10 mm粒級分配曲線

由表8、圖6和圖7所示數(shù)據(jù)計算煤泥重介質(zhì)旋流器分選該粒級的工藝性能指標，見表9。

表8 0.25～0.10 mm粒級密度組成及分配率計算結(jié)果

圖7 0.25～0.10 mm粒級計算入料的可選性曲線

表9 S-FHMC50型超級煤泥重介質(zhì)旋流器分選0.25～0.10 mm粒級工藝性能評定

由表9可知：

(1)超級煤泥重介質(zhì)旋流器的實際分選密度為1.865 kg/L，而入料懸浮液密度為1.199 kg/L，由于旋流器的濃縮作用，使懸浮液密度增高了0.66 kg/L，充分展示了煤泥重介質(zhì)旋流器采用低密度懸浮液實現(xiàn)高密度分選的優(yōu)越性。

(2)分選0.25～0.1 mm粒級的可能偏差E=0.075 kg/L，表征了大直徑煤泥重介質(zhì)旋流器與中試小直徑旋流器一樣有良好的分選精度，其分選下限也達到了0.10 mm。

(3)S-FHMC50型超級煤泥重介質(zhì)旋流器處理能力為486.91 m3/h，噸煤電耗1.33 kW·h；而傳統(tǒng)同直徑的FHMC500型煤泥重介質(zhì)旋流器的標稱處理能力為260～280 m3/h，噸煤電耗1.65 kW·h。前者比后者的處理能力提升70%以上，噸煤電耗降低20%左右，表明了大型超級煤泥重介質(zhì)旋流器不因其直徑變大、入料壓力增高而使噸煤電耗增高的特性。

5 結(jié) 語

通過超級煤泥重介質(zhì)旋流器的中試及現(xiàn)場應(yīng)用，得出以下結(jié)論：

(1)中試分選0.25～0.10 mm粒級的可能偏差為0.076 kg/L；臨渙選煤廠使用的S-FHMC50型超級煤泥重介質(zhì)旋流器分選0.25～0.10 mm粒級的可能偏差Ep值為0.075 kg/L，說明大直徑超級煤泥重介質(zhì)旋流器與小直徑旋流器具有分選下限低的優(yōu)點。

(2)超級煤泥重介質(zhì)旋流器在處理能力上有很大提升，是傳統(tǒng)同直徑設(shè)備的1.6倍以上，但噸煤電耗并沒有增加，符合國家節(jié)能降耗要求。

(3)超級煤泥重介質(zhì)旋流器不僅可以很好地保證所分選出的粗精煤泥灰分，而且數(shù)量效率很高，達到95%以上。

中試和工業(yè)性試驗表明，超級煤泥重介質(zhì)旋流器在處理能力大幅度提高的同時，能保持良好的分選指標和動力消耗指標。經(jīng)過不斷完善和發(fā)展，相信該設(shè)備將會成為粗煤泥分選的首選工藝設(shè)備。