影響FBS流化床分選機分選效果的因素分析

張定智，汪才飛，周建方，韓 峰，仲碩碩

(1.山東博選礦物資源技術開發(fā)公司 察哈素項目部，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209；2.山東博選礦物資源技術開發(fā)有限公司 新河選煤廠，山東 濟寧 272000)

1 新河選煤廠概況

新河選煤廠為礦井型選煤廠，設計生產(chǎn)能力1.20 Mt/a，2016年正式投產(chǎn)。選煤工藝為：原煤準備至50 mm以下后，50～0 mm采用無壓三產(chǎn)品重介旋流器分選，1～0.25 mm粗煤泥FBS分選機分選，細煤泥經(jīng)濃縮+壓濾回收。入選原煤具有低中灰、低硫、低磷、高揮發(fā)分、高發(fā)熱量、高灰熔點、強粘結性的特點，屬45號氣煤。洗選后的精煤產(chǎn)品(灰分8.5%～9.0%)用于煉焦配煤，洗混煤、煤泥(發(fā)熱量17.99～19.66 MJ/kg)用于電廠發(fā)電。

煤泥處理工藝為：精煤磁選尾礦先經(jīng)分級旋流器分級濃縮，1.0～0.25 mm底流進入FBS分選機分選，分選出精煤和中煤；FBS精煤采用振動弧形篩+煤泥離心機工藝回收后摻入重介精煤；FBS尾礦摻入中矸磁選尾礦，采用分級旋流器+振動弧形篩+高頻篩工藝回收，摻入重介中煤。FBS流化床分選機在新河選煤廠從建廠之初就開始應用于粗煤泥的分選，經(jīng)過不斷摸索實踐，該廠逐漸掌握了FBS的基本操作和日常維護，并利用技術檢查做了大量的試驗，探尋出影響FBS分選機分選效果的影響因素及規(guī)律，對生產(chǎn)出合格的粗精煤泥具有重要作用。煤泥處理原則工藝流程見圖1。

圖1 粗煤泥分選工藝流程

2 FBS流化床分選機的結構及工作原理

FBS流化床分選機是一種利用上升流在分選機內(nèi)產(chǎn)生紊流的干涉沉降分選設備[1]，主要由入料井、執(zhí)行機構、密度傳感器、底流閥、流體彌散板和控制系統(tǒng)構成。其工作原理為：物料通過入料井進入分選機后，上升流與被分選的物料在分選機底部形成一個流態(tài)化的分選床層，密度小于床層密度的顆粒不能透過床層而被上升流帶入溢流槽中，密度大于床層密度的顆粒透過床層進入分選機最底部，通過底流排料閥排出。

工作過程為：進行選煤生產(chǎn)時，首先開啟清水泵為流化床分選機提供一定的上升流，并經(jīng)過流體彌散板均勻地分布到分選機底部，逐漸將分選機筒體內(nèi)部充滿清水，精煤磁選尾礦經(jīng)過分級旋流器濃縮，底流作為入料進入流化床分選機內(nèi)，隨著入料的不斷增加，分選機內(nèi)部逐漸形成一個自生介質床層，固體物料進入分選機后在上升流的作用下開始分層，高密度的物料透過自生的流態(tài)化床層集中于分選機的底部，通過由PLC全自動控制的排料閥排出后分級脫水作為中煤產(chǎn)品；低密度物料則流向分選機槽體的上部，溢流至溢流槽內(nèi)經(jīng)脫水后作為精煤產(chǎn)品[2]。

密度計負責檢測床層的密度，并將4～20 mA的電流信號輸入控制系統(tǒng)，當床層的密度達到或超過設定值時，控制系統(tǒng)即發(fā)出1個4～20 mA的信號到執(zhí)行機構，執(zhí)行機構開始動作，并打開底流排料閥排料，直到床層密度降低至設定值，排料閥關小或關閉。通過PLC全自動控制系統(tǒng)控制排料閥的開啟度，使分選機內(nèi)流態(tài)化床層始終保持穩(wěn)定的設定密度。執(zhí)行機構在其行程范圍內(nèi)，可以快捷、靈敏、準確地運行，排料閥在執(zhí)行機構的帶動下實現(xiàn)不同的開啟度。

入料井負責將入料均勻分配到分選機機體內(nèi)，執(zhí)行機構接收來自控制系統(tǒng)的4～20 mA的電流信號，并作出打開和關閉底流閥的反應，底流閥位于分選機最底部，為中空錐形結構，當流態(tài)化床層的密度增加至超過設定值時，需要底流閥開啟或增大開啟度時，執(zhí)行機構便推動底流閥推桿向下，使底流閥離開閥座排出粗重的物料；反之，當床層的密度減小至低于設定值時，執(zhí)行機構便拉動底流閥拉桿向上，使底流閥靠近閥座，則底流閥開啟度減小，底流的排放量也隨之減少?？傊?，底流閥的開啟度與床層的密度密切相關，底流閥開啟度的動態(tài)變化實現(xiàn)了流態(tài)化床層分選密度的動態(tài)平衡。流體彌散板的作用是將上升流均勻地分布于整個分選機床層的底部，流體彌散板上均布一定數(shù)量的小孔，孔的數(shù)量、大小和布置方式是經(jīng)過精密的流體力學計算得出的，每個孔均裝有可以更換的耐磨塞。

3 影響溢流灰分的因素分析

影響FBS溢流灰分和分選效果的因素很多，其中頂水壓力、FBS密度設定值、入料的灰分和粒度是幾個最重要的影響因素。自FBS流化床分選機2016年在新河選煤廠投入運行以來，該廠做了大量的試驗來探尋分析各個影響因素與溢流、底流灰分之間的關系。

3.1 頂水壓力對溢流灰分的影響

在相同的FBS密度設定值條件下，通過調節(jié)閥門選取不同的壓力值，同時采取溢流、底流和入料，測定其灰分和粒度情況，選取灰分和粒度相似的數(shù)據(jù)，得出不同壓力值下溢流和底流灰分之間的關系。

從表1可以看出，在相同的FBS密度設定值、相近的入料灰分和粒度條件下，當頂水壓力越大，溢流和底流的灰分值就越大，根據(jù)灰分平衡原則，溢流的占比就越高。精煤泥為溢流經(jīng)過脫水后的產(chǎn)物，由于脫掉了小于0.2 mm左右的高灰細粒，所以其灰分略低于溢流灰分，同樣也隨溢流灰分的增大而增大。

表1 壓力值與溢流底流灰分之間的關系

3.2 FBS密度設定值對溢流灰分的影響

在相同的頂水壓力下，通過設定不同的密度值，同時采取溢流、底流和入料，測定其灰分和粒度情況，選取灰分和粒度相似的數(shù)據(jù)，得出不同密度設定值下溢流和底流灰分之間的關系(見表2)。

表2 密度設定值與溢流底流灰分之間的關系

從表2可以看出，在相近的頂水壓力、相似的入料灰分和粒度條件下，F(xiàn)BS密度設定值越大，溢流和底流的灰分值就越大，根據(jù)灰分平衡原則，溢流的占比就越高。由于試驗誤差和床層的不穩(wěn)定性，這個規(guī)律只是表現(xiàn)出灰分變化趨勢，在日常操作時，可利用這一規(guī)律來根據(jù)化驗結果調節(jié)密度值，以確保精煤泥灰分在合理范圍內(nèi)。

3.3 入料灰分和粒度對溢流灰分的影響

在相同的頂水壓力和密度設定值下，入料灰分會影響溢流和底流的灰分，入料灰分低時，一般來說溢流和底流的灰分都會降低，入料灰分高時，溢流和底流的灰分也會增高。當入料灰分變化較大時，需及時調節(jié)頂水壓力和密度設定值。入料的粒度也會影響溢流和底流灰分。分別選取入料中小于0.2 mm和大于1 mm不同占比的數(shù)據(jù)(此時密度設定值、頂水壓力、入料灰分相近)，來分析說明入料粒度對溢流和底流的影響，見表3、表4。

在相同的頂水壓力、密度設定值、相近的入料灰分條件下，表3數(shù)據(jù)顯示，入料中大于1 mm粒級占比接近，小于0.2 mm粒級占比越高，溢流的灰分越高，而底流的灰分變化不大，此時說明水力分級旋流器的分選效果不好，底流存在夾細問題，一部分高灰細粒在上升流的作用下進入到溢流中，由于高頻弧形篩的脫泥效果并不理想，所以最終的精煤泥灰分也會變高；表4數(shù)據(jù)顯示，入料中小于0.2 mm粒級占比接近，大于1 mm粒級占比越高，底流灰分越低，而溢流灰分變化不大，此時說明精煤脫介篩篩板篩縫出現(xiàn)超限或漏粗，導致粗顆粒增加，其本身灰分雖然不高，但由于粗顆粒自重較大，其無法在上升流的作用下穿透床層進入到溢流，而是在自重的作用下進入到底流，底流整體灰分越低，造成精煤損失，因此，確保入料的粒度在合理范圍內(nèi)非常重要。

表3 入料粒度與溢流底流灰分之間的關系1

表4 入料粒度與溢流底流灰分之間的關系2

4 FBS流化床分選機的操作維護

除了以上影響因素外，F(xiàn)BS流化床分選機的操作和維護也會影響分選效果，不正確的操作和維護對FBS的產(chǎn)品灰分影響很大。在日常操作時，新河選煤廠技檢人員將FBS運行三年來的技術檢查數(shù)據(jù)進行匯總，根據(jù)影響因素建立數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫包括密度設定值、頂水壓力、入料灰分、入料粒度、溢流灰分、底流灰分、精煤泥灰分等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫建好后可根據(jù)化驗數(shù)據(jù)選取合適的密度設定值與頂水壓力，盡量將精煤泥灰分控制在合理范圍內(nèi)。

4.1 設備的試車

長時間停車再次開車后必須進行試車，試車前要確保所有連接點都已緊固，清除管道、筒體中的各種殘留物，以免開機后有泄露及堵塞發(fā)生。首先用清水試車，檢查各連接點是否有漏水或堵塞現(xiàn)象，當上升水流進入FBS流化床分選機時，觀察上升水流量及壓力，當上升水升滿整個桶體，開始有溢流時，標定清水密度1.0 g/cm3，設備經(jīng)清水試車證實運行良好時，可開始帶料運行，通過調節(jié)設定密度值及上升水量，對分選指標進行調節(jié)。

4.2 FBS的參數(shù)調節(jié)

接通電源后，根據(jù)粗煤泥產(chǎn)品灰分的要求，通過自動控制系統(tǒng)的觸摸屏設定分選密度，通過控制上升流管路蝶閥調節(jié)上升水量，注意觀察壓力表數(shù)值?？刂葡到y(tǒng)分為自動控制和手動控制，自動控制系統(tǒng)的觸摸屏上有一處時針式的按鈕，打到“on”處，是自動控制，打到“off”處，是手動控制，正常生產(chǎn)時將控制系統(tǒng)設為自動控制。設置好以后開啟入料閥門。

4.3 FBS的技術檢查

在生產(chǎn)過程中，及時做FBS的日常技術檢查，內(nèi)容包括精煤泥灰分和入料灰分，根據(jù)灰分值調節(jié)密度設定值和頂水壓力，一般每班調整2～3次。除了日常技術檢查外，還需要做專項檢查，包括入料的濃度、粒度分析、溢流底流灰分等，確保FBS入料濃度、粒度在合理范圍內(nèi)。

4.4 FBS流化床分選機的日常維護

(1)每隔3 d清理1次FBS流化床分選機的底流閥和流體彌散板上的上升水孔，注意觀察耐磨塞的磨損情況，對磨損超限的要及時進行更換。同時注意底流閥與閥座的間隙是否正常。

(2)每隔1周打開事故閥和觀察孔，沖洗流體彌散板下方的壓力水箱，防止壓力箱內(nèi)雜物影響上升流。

(3)清理底流閥和上升水孔的同時，注意觀察底流閥的連接螺桿和執(zhí)行機構的連接螺桿螺栓是否松動。螺栓松動會導致底流閥的開度與控制柜上的顯示不符，嚴重時底流閥直接掉落，影響分選效果。

(4)FBS正常運行時，生產(chǎn)巡視工需要經(jīng)常觀察床層的穩(wěn)定性，方法則是將1根竹棍深入到分選機中心，看是否能感受到一定的浮力；同時注意觀察桶壁的物料積聚情況，如果積聚過多說明入料濃度過高，可通過補水調整。

(5)如果時長時間停車(超過8 h)，需放空FBS機體內(nèi)部的煤泥水，防止細粒煤泥堵塞上升水孔。

(6)經(jīng)常檢查入料井的耐磨內(nèi)襯磨損情況，并及時修理或更換。

(7)冬季長時間停機再次啟動前，需要檢查底流閥有無凍住現(xiàn)象，檢查時，可手動控制分選機執(zhí)行器上下運動，若上下運動靈活，說明底流閥未凍住，若上下運動困難，說明底流閥與閥座凍住，可用熱水倒入槽體內(nèi)底流閥所在位置以融化被凍住的底流閥[3]。

(8)經(jīng)常檢查精煤脫介篩篩板的篩縫大小，及時更換磨損超限和漏粗的篩板，防止進入FBS的入料超限。精煤泥分級旋流器的分級效果也作為檢查重點，防止底流夾細。

5 結 語

通過分析FBS2100流化床分選機的影響因素，再結合對入料、底流、溢流的技術檢查，可總結出溢流灰分的變化規(guī)律，正常生產(chǎn)時可根據(jù)變化規(guī)律及時調節(jié)FBS密度設定值和頂水壓力?？偨Y了新河選煤廠在FBS流化床分選機的日常操作和維護中的一些做法和經(jīng)驗，確保了FBS流化床分選機運行工況良好，通過對分選機的技術檢查，確定其具有較好的分選效果。目前可以將精煤泥的灰分控制在7.00%～9.00%，尾煤灰分高于30.00%，有效避免了主精煤背灰和總精煤灰分超標的問題，提高了精煤產(chǎn)率，經(jīng)濟效益顯著。