常用粗煤泥分選設(shè)備及其在動(dòng)力煤選煤廠中的應(yīng)用對(duì)比

李寶新

（大唐呼倫貝爾能源開發(fā)有限公司，內(nèi)蒙古呼倫貝爾 021012）

1 前 言

隨著礦井采煤機(jī)械化程度的提高及煤質(zhì)的變化，動(dòng)力煤選煤廠入選原煤中細(xì)粒級(jí)煤的含量越來越高。其中0.25～1.5 mm粒級(jí)范圍內(nèi)的粗煤泥比例達(dá)到8%～10%。一般情況下動(dòng)力煤選煤廠的粗煤泥經(jīng)分選、脫水后直接摻混到精煤產(chǎn)品中作為商品煤出售。由于這部分粗煤泥灰分偏高，如果得不到有效分選，直接摻入精煤會(huì)造成混精煤灰分增高，選煤廠不得不降低重選精煤灰分為其 “背灰”，導(dǎo)致混精煤產(chǎn)率降低［1]；如若摻入中煤或隨矸石排棄，則會(huì)造成粗煤泥中的低灰精煤損失，精煤回收率變低。因此，對(duì)粗煤泥的有效分選越來越受到動(dòng)力煤選煤廠的重視。

2 常見的粗煤泥分選設(shè)備

動(dòng)力煤選煤廠常見的粗煤泥分選設(shè)備主要有螺旋分選機(jī)、TBS粗煤泥分選機(jī)及TCS智能粗煤泥分選機(jī)。

2.1 螺旋分選機(jī)

2.1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

螺旋分選機(jī)主要由礦漿分配器、入料管、螺旋槽、中心柱、產(chǎn)品截取器、產(chǎn)品排料管和機(jī)架等組成。

圖1 螺旋分選機(jī)結(jié)構(gòu)示意

2.1.2 工作原理

螺旋分選機(jī)是一種依靠液流特性，在重力和離心力的作用下實(shí)現(xiàn)不同密度礦物分離的分選設(shè)備。入料自螺旋分選機(jī)上端給入，沿螺旋槽向下作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。料流在螺旋槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)的過程中，沿槽的內(nèi)側(cè)至外側(cè)，水層的厚度逐漸增大，矸石等重礦物顆粒逐漸移入下層，煤等輕礦物浮于料流上層，形成了以重產(chǎn)物為主的下部流動(dòng)層和以輕產(chǎn)物為主的上部流動(dòng)層［2]。顆粒群實(shí)現(xiàn)分層后，由于重產(chǎn)物位于下層，與槽體接觸，又受到上層液流的壓力，所以運(yùn)動(dòng)阻力加大，與輕產(chǎn)物形成一個(gè)速度差。輕產(chǎn)物受螺旋料流的作用向槽的外緣運(yùn)動(dòng)，重產(chǎn)物在重力、流體動(dòng)壓力、摩擦力和慣性離心力的作用下向槽的內(nèi)緣運(yùn)動(dòng)，中間密度物料則占據(jù)槽的中間帶，即輕、重顆粒在橫斷面上實(shí)現(xiàn)了基本按密度分帶。在螺旋分選機(jī)底部，用產(chǎn)品溜槽分別收集這些物料，從而實(shí)現(xiàn)輕、重產(chǎn)物的分離［3]。

2.1.3 性能特點(diǎn)

螺旋分選機(jī)屬無動(dòng)力設(shè)備，生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用低；分選粒級(jí)在3～0.05 mm范圍內(nèi)，最佳分選粒級(jí)2～0.1 mm；機(jī)械誤差Ep值一般為0.10～0.15 kg／L；常用于易選煤的排矸和粗煤泥的分選，一般要求分選密度大于1.70 g／cm3，適用于高密度排矸。

2.2 TBS煤泥分選機(jī)

2.2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

TBS粗煤泥分選機(jī)主要由入料緩沖筒、執(zhí)行器、探測器、錐形閥門及錐形閥座、擾動(dòng)板、控制系統(tǒng)構(gòu)成。

圖2 TBS粗煤泥分選機(jī)結(jié)構(gòu)示意

2.2.2 工作原理

TBS粗煤泥分選機(jī)經(jīng)過不斷完善，在國內(nèi)已有比較成熟的應(yīng)用。礦漿切向給入設(shè)備的入料井，按預(yù)定的壓力和流速由泵將水打入分選機(jī)底部的分配器，通過擾動(dòng)板均勻分布到干擾床分選機(jī)底部，形成向上的擾動(dòng)水流，下降的物料與上升水流相遇而形成干擾層或稱沸騰床層。入料中的顆粒在分選機(jī)中作干擾沉降運(yùn)動(dòng)，由于顆粒之間密度和粒度的不同，其干擾沉降速度存在差異，從而為分選提供了依據(jù)。當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，密度低于干擾床層平均密度的顆粒流向槽體上部，密度高于干擾床層平均密度的顆粒離開床層進(jìn)入沉物流，并通過底部的排料口排出。排料閥門由干擾床層內(nèi)的密度傳感器發(fā)出的信號(hào)控制。

2.2.3 性能特點(diǎn)

該設(shè)備處理能力大、分選效率高，分選粒級(jí)寬，下限可達(dá)0.15 mm，上限可達(dá)3 mm；TBS粗煤泥分選機(jī)的不完善度I值為0.1～0.2。設(shè)備自帶一套密度控制系統(tǒng)，保證分選密度的精確性，分選密度范圍 1.4～1.9 g／cm3［4]， 分選密度調(diào)節(jié)方便，可實(shí)現(xiàn)低密度分選，對(duì)入料煤質(zhì)變化的適應(yīng)性強(qiáng)，在分選密度范圍內(nèi)，精煤灰分穩(wěn)定。

由于TBS粗煤泥分選機(jī)采用間斷性的排料機(jī)制，尾礦通過由PID控制器控制的排料閥門間斷性排出，無法實(shí)現(xiàn)尾礦連續(xù)穩(wěn)定排料，不能保證排出較純的矸石。

2.3 TCS智能粗煤泥分選機(jī)

2.3.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

TCS智能粗煤泥分選機(jī)主要由智能干擾裝置、入料井、分選槽、頂水噴嘴、底流泵和底流箱等構(gòu)成。

圖3 TCS粗煤泥分選機(jī)結(jié)構(gòu)示意

2.3.2 工作原理

物料經(jīng)入料管給入入料井再進(jìn)入分選槽，物料與上升水流頂水混合，形成 “干擾床層”，低于分選密度的物料（即精煤）向上運(yùn)動(dòng)，高于分選密度的物料（即尾礦）向下運(yùn)動(dòng)并進(jìn)行二次干擾，精煤從分選槽頂部溢流排出，尾礦通過尾礦排料箱由底流泵排出［5]。

2.3.3 性能特點(diǎn)

該設(shè)備利用底流泵連續(xù)排料，分選床層更加穩(wěn)定，分選密度穩(wěn)定可調(diào)；動(dòng)力干擾，減少錯(cuò)配，提高分選精度；可以對(duì)入料量、精礦量、尾礦量進(jìn)行在線監(jiān)測，可控可調(diào)，且自動(dòng)控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，可以實(shí)現(xiàn)無人值守。

TCS智能粗煤泥分選機(jī)適用于粒度范圍在3～0.15 mm［6]的粗煤泥分選，Ep值為 0.08～0.09 kg／L， 分選密度可在 1.4～1.8 kg／L自動(dòng)調(diào)整，精礦產(chǎn)品合格，尾礦灰分達(dá)到60%～75%以上，可隨矸石直接排棄或綜合利用。

3 粗煤泥分選設(shè)備工藝特點(diǎn)對(duì)比

3.1 TCS智能煤泥分選機(jī)與螺旋分選機(jī)工藝特點(diǎn)對(duì)比

隨著煤質(zhì)的變差，例如在山西大同地區(qū)，隨著礦井煤炭資源由侏羅系向石炭二疊系過渡，原煤及粗煤泥的煤質(zhì)越來越差，部分礦井粗煤泥灰分高達(dá)38%左右，粗煤泥高密度排矸后再摻混到精煤，已經(jīng)無法滿足精煤質(zhì)量要求，需要根據(jù)煤質(zhì)情況靈活調(diào)整粗煤泥分選密度，從而實(shí)現(xiàn)粗煤泥的精選。

螺旋分選機(jī)雖然具有分選粒度范圍寬、無能耗、運(yùn)營成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是對(duì)煤質(zhì)變化適應(yīng)能力差、工藝參數(shù)不易調(diào)節(jié)，當(dāng)分選密度較低時(shí)，分選精度低、效果差，使粗煤泥不能得到有效分選，導(dǎo)致混精煤的回收率降低，質(zhì)量指標(biāo)變差。而TCS智能粗煤泥分選機(jī)具有分選密度可調(diào)，對(duì)入料煤質(zhì)變化適應(yīng)性強(qiáng)，分選精度高等優(yōu)點(diǎn)，使粗煤泥得到較好的分選效果，能保證混精煤的回收率和質(zhì)量指標(biāo)。

3.2 TCS智能粗煤泥分選機(jī)與TBS粗煤泥分選機(jī)工藝特點(diǎn)對(duì)比

這兩種粗煤泥分選設(shè)備均適用于低密度分選精煤，也適用于高密度排矸。但與TBS粗煤泥分選機(jī)相比較，TCS粗煤泥分選機(jī)為有動(dòng)力干擾分選設(shè)備，排料方式由閥門間歇排料改為底流泵連續(xù)穩(wěn)定排料，分選床層更加穩(wěn)定；生產(chǎn)過程全部實(shí)現(xiàn)了智能化，無人值守。由于TCS的分選精度更高，精煤灰分更加穩(wěn)定、回收率更高。與傳統(tǒng)TBS相比，具有如下特點(diǎn)：

（1）TBS粗煤泥分選機(jī)尾礦排料是根據(jù)密度計(jì)的反饋值間歇排料，而TCS粗煤泥分選機(jī)通過底流泵實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定排料。

（2）TCS智能粗煤泥分選機(jī)新增加了稀釋水系統(tǒng)，避免了TBS粗煤泥分選機(jī)由于排料間隙時(shí)間長或遇到跑粗時(shí)排料口的堵塞問題。

（3）當(dāng)尾礦排量大時(shí)，由于TBS粗煤泥分選機(jī)采用間歇排料方式，導(dǎo)致分選床層上下攢動(dòng)，分選效率降低。而TCS粗煤泥分選機(jī)增設(shè)了多臺(tái)流量計(jì)對(duì)排料量進(jìn)行在線控制、調(diào)整，保證了分選床層的穩(wěn)定，分選效果更佳。

4 煤泥分選機(jī)應(yīng)用案例

螺旋分選機(jī)具有分選粒度范圍寬、無能耗、運(yùn)營成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，但其在煤質(zhì)變化時(shí)工藝參數(shù)不易調(diào)節(jié)，分選密度較低時(shí)，分選效果較差。例如：根據(jù)山西大同礦區(qū)燕子山選煤廠2016年8月數(shù)據(jù)顯示，1.5～0.2 mm粒級(jí)粗煤泥灰分穩(wěn)定在38%左右，粗煤泥經(jīng)螺旋分選機(jī)分選后（分選密度1.72 g／cm3），螺旋精礦產(chǎn)品中帶矸嚴(yán)重，精礦產(chǎn)品灰分達(dá)到36.5%～37.5%，發(fā)熱量Qnet，ar為 12976.1 kJ／kg， 粗煤泥基本沒有分選，達(dá)不到摻入混精煤的要求。

TBS粗煤泥分選機(jī)和TCS智能粗煤泥分選機(jī)有著相同的分選原理和相似的構(gòu)造，但TCS智能分選機(jī)采用底流泵排料，不僅克服了TBS粗煤泥分選機(jī)尾礦閥門間歇排料時(shí)易堵塞、不連續(xù)等技術(shù)難題，而且使TCS智能粗煤泥分選機(jī)的分選精度、設(shè)備可靠性得到了進(jìn)一步提高。2015年12月，天津美騰科技有限公司生產(chǎn)的TCS智能粗煤泥分選機(jī)在斜溝選煤廠成功投運(yùn)。斜溝選煤廠粗煤泥灰分在25%～28%之間波動(dòng)，平均灰分26.50%左右，從2016年2月份為期一周的化驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，TCS智能粗煤泥分選機(jī)的選后粗精煤及尾礦灰分非常穩(wěn)定，粗精煤灰分為15.62%～17.82%，平均 17.03%；尾礦灰分 61.38%～68.76%，平均65.41%，證明TCS智能粗煤泥分選機(jī)設(shè)備性能穩(wěn)定可靠。

天津美騰科技有限公司與斜溝選煤廠共同對(duì)TCS智能粗煤泥分選機(jī)進(jìn)行了單機(jī)檢查試驗(yàn)，具體情況詳見表1。

表1 各粒級(jí)物料分選Ep值匯總

由表1可見，TCS智能粗煤泥分選機(jī)對(duì)于1.5～0.2 mm粒級(jí)的粗煤泥具有良好的分選效果，除大于1.5 mm粗煤泥Ep=0.14 kg／L外，其它粒級(jí)Ep值均小于0.09 kg／L，分選精度高于傳統(tǒng)的TBS粗煤泥分選機(jī)（Ep值一般為0.12 kg／L）。

除此之外，在晉煤集團(tuán)趙莊選煤廠、西山煤電屯蘭選煤廠及同煤集團(tuán)燕子山選煤廠都有TCS智能粗煤泥分選機(jī)的成功應(yīng)用實(shí)例。

5 結(jié) 論

螺旋分選機(jī)僅適用于粗煤泥的高密度排矸，分選密度較高，當(dāng)煤質(zhì)變差或商品煤質(zhì)量要求較高時(shí)，螺旋分選機(jī)無法保證分選效果。TBS粗煤泥分選機(jī)在粗煤泥低密度分選上有良好的效果，但是由于其排料結(jié)構(gòu)特性使得排料口磨損快、易堵塞，導(dǎo)致分選密度波動(dòng)較大，尾礦排放不連續(xù)且灰分比較低。TCS智能粗煤泥分選機(jī)既能高密度排矸，又可實(shí)現(xiàn)低密度分選，可根據(jù)實(shí)際煤質(zhì)變化和生產(chǎn)情況及時(shí)調(diào)整分選密度，選后粗精煤產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，保證了摻混后的混精煤產(chǎn)品的質(zhì)量和回收率，實(shí)現(xiàn)粗煤泥的靈活摻混，同時(shí)TCS智能粗煤泥分選機(jī)可以實(shí)現(xiàn)高尾礦灰分連續(xù)穩(wěn)定排料，性能更優(yōu)于傳統(tǒng)TBS粗煤泥分選機(jī)。