重介質(zhì)旋流器參數(shù)優(yōu)化研究

苑 虹

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)精煤分公司馬脊梁選煤廠， 山西 大同 037000）

引言

隨著煤炭開(kāi)采機(jī)械化的不斷發(fā)展，粉煤含量逐步提升。同時(shí)，為了提高煤炭解離程度，保證選煤廠經(jīng)濟(jì)效益，許多選煤廠都將大塊物料粉碎，回收煤炭中的低灰精煤，從而使得粗煤泥含量大幅上升。在傳統(tǒng)的粗煤泥分選方法中，重介質(zhì)旋流器粗煤泥分選方法性能最優(yōu)，具有效率高、精度高等特點(diǎn)。但在現(xiàn)有的重介質(zhì)旋流器煤泥分選方法中，對(duì)于工藝參數(shù)研究較為欠缺，入料壓力、密度及磁性物含量等參數(shù)指標(biāo)對(duì)分選精度影響巨大[1-10]。針對(duì)這一現(xiàn)象，本文采用正交試驗(yàn)的方法對(duì)重介質(zhì)旋流器煤泥分選工藝參數(shù)進(jìn)行了針對(duì)性研究，以期得出最優(yōu)的工藝參數(shù)，提升煤炭分選精度與效率。

1 重介質(zhì)旋流器煤泥分選原理分析

重介質(zhì)旋流器煤泥分選主要是采用阿基米德原理進(jìn)行的，通過(guò)將煤泥放置在離心力場(chǎng)中，利用離心力將重產(chǎn)物與輕產(chǎn)物區(qū)分，從而達(dá)到分選效果。重介質(zhì)旋流器煤泥分選過(guò)程示意圖如圖1 所示。其將物料以壓力的形式按圖1 中的方式給入設(shè)備的圓筒內(nèi)部，使旋流器圓筒形成具有一定強(qiáng)度的旋流；圓筒內(nèi)部的物料在離心力的作用下會(huì)形成外螺旋流及內(nèi)螺旋流兩股旋流，其中外螺旋流方向朝下且沿設(shè)備圓柱體與圓錐體運(yùn)動(dòng)，內(nèi)螺旋流方向朝上且沿設(shè)備軸心運(yùn)動(dòng)；空氣會(huì)在內(nèi)螺旋流負(fù)壓作用下進(jìn)入，且會(huì)在設(shè)備軸向形成一定的空氣柱；進(jìn)入圓筒物料中較重的產(chǎn)物會(huì)在外螺旋流內(nèi)，隨著旋流運(yùn)動(dòng)從底部流出，較輕的產(chǎn)物會(huì)在內(nèi)螺旋流內(nèi)，并隨著內(nèi)旋流向上運(yùn)動(dòng)，從頂部溢流口流出。

圖1 重介質(zhì)旋流器煤泥分選過(guò)程示意圖

2 重介質(zhì)旋流器參數(shù)優(yōu)化研究

2.1 分選效果影響參數(shù)分析

重介質(zhì)旋流器影響分選效果的參數(shù)主要包括入料壓力、入料密度、入料磁性物含量及圓柱段長(zhǎng)度，其中入料壓力與分選效果呈正比，入料壓力越大，離心因數(shù)越高，分選效果越好，但當(dāng)入料壓力達(dá)到一定數(shù)值后，懸浮液濃縮程度的增加會(huì)導(dǎo)致礦粒密度加大，設(shè)備內(nèi)物料密度分布不均，反而降低分選效果。同時(shí)，入料壓力過(guò)大，還會(huì)使設(shè)備磨損加快，能源損耗增加。入料密度主要與分選密度相關(guān)，呈正比關(guān)系。當(dāng)分選密度增加到一定數(shù)值時(shí)，尤其是在1.8 kg/L 以上后，分選效果會(huì)大幅上升。同時(shí)，分選密度的降低會(huì)使低密度物料增多，浪費(fèi)精煤。入料磁性物含量是影響懸浮液煤泥含量的重要指標(biāo)，懸浮液中含有一定量的煤泥，可提高懸浮液穩(wěn)定性，提高分選效果，但過(guò)高的煤泥含量會(huì)加大流動(dòng)摩擦，使懸浮液結(jié)構(gòu)化，黏度的增大會(huì)降低分選效果，使懸浮液流動(dòng)性大大降低。圓柱段長(zhǎng)度的增加會(huì)增加分選時(shí)間，提高分選效果，但過(guò)長(zhǎng)的圓柱段長(zhǎng)度會(huì)增加濃縮作用，降低分選密度，損失輕產(chǎn)物。

2.2 正交試驗(yàn)整體設(shè)計(jì)

重介質(zhì)旋流器影響分選效果參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)系統(tǒng)主要由入料泵、旋流器、測(cè)壓設(shè)備、入料桶、取樣桶、流量計(jì)及控制系統(tǒng)組成，其中旋流器選取的型號(hào)為FHMC200，入料泵選取型號(hào)為50ZJD-A33，電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y132M1-6，變頻器型號(hào)為HLPA2243B。礦漿首先在入料桶內(nèi)充分混勻，然后經(jīng)過(guò)入料泵后進(jìn)入旋流器內(nèi)，旋流器會(huì)對(duì)物料進(jìn)行分選，尾煤懸浮液由底部口排出，流入入料桶，精煤懸浮液由溢流口排出，進(jìn)入入料桶。入料桶混勻后會(huì)進(jìn)行重復(fù)循環(huán)試驗(yàn)。試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖，如圖2 所示。

圖2 試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖

運(yùn)用正交試驗(yàn)法需確定試驗(yàn)的水平因素、列因素及正交表。本試驗(yàn)的考察因素主要包括入料壓力、入料密度、入料磁性物含量及圓柱段長(zhǎng)度四部分，每種因素確定3 個(gè)水平進(jìn)行試驗(yàn)，其水平表如表1 所示。為簡(jiǎn)化試驗(yàn)，本文不考慮交互作用，設(shè)計(jì)的正交表如表2 所示。

表1 因素水平表

表2 正交表

重介質(zhì)旋流器影響分選效果，參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)首先應(yīng)依據(jù)密度、磁性物含量指標(biāo)以及具體的試驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行煤泥、磁性物以及水量多少進(jìn)行計(jì)算。在入料桶內(nèi)按照上述計(jì)算數(shù)值進(jìn)行懸浮液配比，調(diào)整入料泵頻率以及試驗(yàn)入料壓力后，運(yùn)行系統(tǒng)調(diào)試。當(dāng)系統(tǒng)壓力與懸浮液穩(wěn)定后，對(duì)懸浮液進(jìn)行密度測(cè)量，符合試驗(yàn)數(shù)值后即可進(jìn)行試驗(yàn)系統(tǒng)試驗(yàn)，整理并記錄相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

按上述試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行9 次試驗(yàn)后，即可得相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果，如表3 所示。

表3 試驗(yàn)結(jié)果匯總

以可能性偏差為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)A、B、C、D 四個(gè)因素 進(jìn) 行 極 差 計(jì) 算 可 得，RA=0.029 0、RB=0.012 7、RC=0.059 7、RD=0.059 3。由此可知，四個(gè)因素重要性由大到小為C、D、A、B，入料磁性物含量影響最大，入料密度影響最小，圓柱端長(zhǎng)度與入料壓力影響居中。對(duì)各因素進(jìn)行可能性偏差分析可得，A、B、C 三個(gè)因素第三水平指標(biāo)最為優(yōu)異，D 因素第一水平指標(biāo)最為優(yōu)異。故最佳因素水平組合應(yīng)為入料壓力為k3DP，入料密度為1.25 kg/L，入料磁性物含量為50%，圓柱段長(zhǎng)度為322 mm。

3 結(jié)論

隨著粗煤泥在原煤產(chǎn)率所占比例的不斷提高，粗煤泥分選技術(shù)逐漸受到重視。重介質(zhì)旋流器煤泥分選方法作為粗煤泥分選的主流方法，其對(duì)工藝參數(shù)的研究尚未完善。針對(duì)這一現(xiàn)象，本文通過(guò)正交試驗(yàn)的方法對(duì)重介質(zhì)旋流器煤泥分選工藝參數(shù)進(jìn)行了針對(duì)性研究，并得出了以下結(jié)論：

1）影響重介質(zhì)旋流器分選效果的參數(shù)主要包括入料壓力、入料密度、入料磁性物含量及圓柱段長(zhǎng)度。

2）通過(guò)正交試驗(yàn)分析，最佳因素水平組合方案為入料壓力為k3DP，入料密度為1.25 kg/L，入料磁性物含量為50%，圓柱段長(zhǎng)度為322 mm。