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)
隨著礦井采煤機械化程度的提高及煤質(zhì)的變化,動力煤選煤廠入選原煤中細(xì)粒級煤的含量越來越高。其中0.25~1.5 mm粒級范圍內(nèi)的粗煤泥比例達(dá)到8%~10%。一般情況下動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,則會造成粗煤泥中的低灰精煤損失,精煤回收率變低。因此,對粗煤泥的有效分選越來越受到動力煤選煤廠的重視。
動力煤選煤廠常見的粗煤泥分選設(shè)備主要有螺旋分選機、TBS粗煤泥分選機及TCS智能粗煤泥分選機。
2.1.1 結(jié)構(gòu)特點
螺旋分選機主要由礦漿分配器、入料管、螺旋槽、中心柱、產(chǎn)品截取器、產(chǎn)品排料管和機架等組成。
圖1 螺旋分選機結(jié)構(gòu)示意
2.1.2 工作原理
螺旋分選機是一種依靠液流特性,在重力和離心力的作用下實現(xiàn)不同密度礦物分離的分選設(shè)備。入料自螺旋分選機上端給入,沿螺旋槽向下作回轉(zhuǎn)運動。料流在螺旋槽內(nèi)運動的過程中,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)物為主的下部流動層和以輕產(chǎn)物為主的上部流動層[2]。顆粒群實現(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,所以運動阻力加大,與輕產(chǎn)物形成一個速度差。輕產(chǎn)物受螺旋料流的作用向槽的外緣運動,重產(chǎn)物在重力、流體動壓力、摩擦力和慣性離心力的作用下向槽的內(nèi)緣運動,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現(xiàn)了基本按密度分帶。在螺旋分選機底部,用產(chǎn)品溜槽分別收集這些物料,從而實現(xiàn)輕、重產(chǎn)物的分離[3]。
2.1.3 性能特點
螺旋分選機屬無動力設(shè)備,生產(chǎn)運行費用低;分選粒級在3~0.05 mm范圍內(nèi),最佳分選粒級2~0.1 mm;機械誤差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。
2.2.1 結(jié)構(gòu)特點
TBS粗煤泥分選機主要由入料緩沖筒、執(zhí)行器、探測器、錐形閥門及錐形閥座、擾動板、控制系統(tǒng)構(gòu)成。
圖2 TBS粗煤泥分選機結(jié)構(gòu)示意
2.2.2 工作原理
TBS粗煤泥分選機經(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底部的分配器,通過擾動板均勻分布到干擾床分選機底部,形成向上的擾動水流,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中作干擾沉降運動,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,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)出的信號控制。
2.2.3 性能特點
該設(shè)備處理能力大、分選效率高,分選粒級寬,下限可達(dá)0.15 mm,上限可達(dá)3 mm;TBS粗煤泥分選機的不完善度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,可實現(xiàn)低密度分選,對入料煤質(zhì)變化的適應(yīng)性強,在分選密度范圍內(nèi),精煤灰分穩(wěn)定。
由于TBS粗煤泥分選機采用間斷性的排料機制,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。
2.3.1 結(jié)構(gòu)特點
TCS智能粗煤泥分選機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)向上運動,高于分選密度的物料(即尾礦)向下運動并進(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
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);動力干擾,減少錯配,提高分選精度;可以對入料量、精礦量、尾礦量進(jìn)行在線監(jiān)測,可控可調(diào),且自動控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,可以實現(xiàn)無人值守。
TCS智能粗煤泥分選機適用于粒度范圍在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。
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,從而實現(xiàn)粗煤泥的精選。
螺旋分選機雖然具有分選粒度范圍寬、無能耗、運營成本低等諸多優(yōu)點,但缺點是對煤質(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,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智能粗煤泥分選機具有分選密度可調(diào),對入料煤質(zhì)變化適應(yīng)性強,分選精度高等優(yōu)點,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)。
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粗煤泥分選機相比較,TCS粗煤泥分選機為有動力干擾分選設(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:
(1)TBS粗煤泥分選機尾礦排料是根據(jù)密度計的反饋值間歇排料,而TCS粗煤泥分選機通過底流泵實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定排料。
(2)TCS智能粗煤泥分選機新增加了稀釋水系統(tǒng),避免了TBS粗煤泥分選機由于排料間隙時間長或遇到跑粗時排料口的堵塞問題。
(3)當(dāng)尾礦排量大時,由于TBS粗煤泥分選機采用間歇排料方式,導(dǎo)致分選床層上下攢動,分選效率降低。而TCS粗煤泥分選機增設(shè)了多臺流量計對排料量進(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。
螺旋分選機具有分選粒度范圍寬、無能耗、運營成本低等諸多優(yōu)點,但其在煤質(zhì)變化時工藝參數(shù)不易調(diào)節(jié),分選密度較低時,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粒級粗煤泥灰分穩(wěn)定在38%左右,粗煤泥經(jīng)螺旋分選機分選后(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粗煤泥分選機和TCS智能粗煤泥分選機有著相同的分選原理和相似的構(gòu)造,但TCS智能分選機采用底流泵排料,不僅克服了TBS粗煤泥分選機尾礦閥門間歇排料時易堵塞、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智能粗煤泥分選機在斜溝選煤廠成功投運。斜溝選煤廠粗煤泥灰分在25%~28%之間波動,平均灰分26.50%左右,從2016年2月份為期一周的化驗數(shù)據(jù)顯示,TCS智能粗煤泥分選機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TCS智能粗煤泥分選機進(jìn)行了單機檢查試驗,具體情況詳見表1。
表1 各粒級物料分選Ep值匯總
由表1可見,TCS智能粗煤泥分選機對于1.5~0.2 mm粒級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(Ep值一般為0.12 kg/L)。
除此之外,在晉煤集團趙莊選煤廠、西山煤電屯蘭選煤廠及同煤集團燕子山選煤廠都有TCS智能粗煤泥分選機的成功應(yīng)用實例。
螺旋分選機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,螺旋分選機無法保證分選效果。TBS粗煤泥分選機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智能粗煤泥分選機既能高密度排矸,又可實現(xiàn)低密度分選,可根據(jù)實際煤質(zhì)變化和生產(chǎn)情況及時調(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,實現(xiàn)粗煤泥的靈活摻混,同時TCS智能粗煤泥分選機可以實現(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。