選煤廠重介質(zhì)分選系統(tǒng)的優(yōu)化改造及應(yīng)用

呂真星

山西鋪龍灣煤業(yè)有限責(zé)任公司 山西 大同 037000

為提高重介旋流器工作效率，部分學(xué)者對(duì)重介旋流器工作參數(shù)、結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造并針對(duì)性提出增強(qiáng)重介旋流器穩(wěn)定性及分選精度方案；部分學(xué)者提出減少旋流器介質(zhì)循環(huán)量、調(diào)整旋流器入介口尺寸以及提升入料壓力等措施提高分選精度；部分學(xué)者提出增加混料泵葉輪通道以及改造混料筒結(jié)構(gòu)等方式解決重介旋流器穩(wěn)定性偏低問(wèn)題，或者對(duì)重介旋流器溢流管、底流管及堆體角度等改造，解決精煤、中煤產(chǎn)品夾矸偏高問(wèn)題。對(duì)于降耗方面，研究主要集中在提升脫介能力，如采用新型弧形篩、改造回收工藝或者采用新型弧形篩等。上述研究成果為提高選煤廠重介分選系統(tǒng)工作效率以及運(yùn)行可靠性等提供了寶貴借鑒經(jīng)驗(yàn)。鋪龍灣選煤廠大塊原煤（粒徑 200～50 mm）采用淺槽排矸，50～0.3 mm 原煤采用重介旋流器分選，粒徑 0.3 mm 以內(nèi)原煤浮選，得到的尾煤通過(guò)壓濾機(jī)處理，全廠可實(shí)現(xiàn)洗水閉路循環(huán)。選煤廠生產(chǎn)期間重介分選系統(tǒng)面臨介質(zhì)回收系統(tǒng)工作效率偏低、跑介量偏高等問(wèn)題。本文分析重介分選系統(tǒng)存在問(wèn)題，并提出改進(jìn)措施，以期在一定程度提升選煤廠生產(chǎn)效率。

1 重介分選系統(tǒng)存在問(wèn)題

1.1 預(yù)分選系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定

選煤廠重介分選系統(tǒng)為重介旋流器，預(yù)分選裝置是重介旋流器進(jìn)行預(yù)先處理的主要設(shè)備，介質(zhì)液、原煤混合，實(shí)現(xiàn)分選原煤浸潤(rùn)以及預(yù)分選。在洗選時(shí)原煤經(jīng)預(yù)分選系統(tǒng)處理，常出現(xiàn)物料堵塞情況，影響分選精度、穩(wěn)定性；同時(shí)浸潤(rùn)桶磨損較大，需頻繁更換浸潤(rùn)筒。由于浸潤(rùn)桶上浸潤(rùn)管安裝高度較高，拆除時(shí)操作空間受限，浸潤(rùn)筒更換難度大，因此需要對(duì)預(yù)分選系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，避免物料堵塞、減少浸潤(rùn)桶磨損及提升重介系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。

1.2 高頻篩跑粗問(wèn)題嚴(yán)重

重介分選系統(tǒng)中高頻篩主要用以精煤等脫水，選煤廠使用的高頻篩篩板為復(fù)合篩板，在篩板兩側(cè)使用硬木壓篩，篩上物容易通過(guò)篩框（壓篩木）與篩網(wǎng)間縫隙進(jìn)入篩下水，增加跑粗，同時(shí)增大煤泥水處理系統(tǒng)負(fù)載。煤泥水中大粒徑煤泥分選難度大，藥劑消耗量高，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)浮選精煤產(chǎn)率為 7.6%、浮選藥劑消耗量為 0.96 kg/t。高頻篩篩板容易堵塞，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)需頻繁更換篩網(wǎng)，增加生產(chǎn)成本并影響生產(chǎn)效率。

2 重介分選系統(tǒng)改造優(yōu)化

2.1 預(yù)分選系統(tǒng)的優(yōu)化

為解決重介分選系統(tǒng)堵塞，需增加預(yù)分選系統(tǒng)處理能力，預(yù)分選系統(tǒng)處理能力影響因素包括有浸潤(rùn)管管路設(shè)置方式、原煤給料方式以及介質(zhì)液進(jìn)料方向等。

2.1.1 原煤給料方式優(yōu)化

預(yù)分選結(jié)構(gòu)有內(nèi)、外旋流區(qū)兩個(gè)運(yùn)動(dòng)區(qū)域，若落入內(nèi)旋流區(qū)則無(wú)法起到分選作用；若落入到外旋流區(qū)則可起到相應(yīng)的分選效果，同時(shí)降低湍流及入料口短路影響，若在外旋流區(qū)給料，則可明顯提高預(yù)分選系統(tǒng)處理能力。因此在預(yù)分選系統(tǒng)浸潤(rùn)筒前增設(shè)分料盤，分散入料并使得入料落點(diǎn)集中在浸潤(rùn)筒外旋流區(qū)域，提高預(yù)處理效果。

2.1.2 管路系統(tǒng)優(yōu)化

重介分選系統(tǒng)有大合介、小合介兩個(gè)管路并沿切線方向?yàn)橹亟樾髌魈峁┙橘|(zhì)液。分選效果與介質(zhì)液提供的離心力密切相關(guān)。離心力可通過(guò)式（1）計(jì)算：

式中：Fc為離心力，N；m為入料顆粒質(zhì)量，kg；R為旋流器直徑，mm；Vt為介質(zhì)液切向速度；K為修正系統(tǒng)，無(wú)量綱；H為給料壓力，MPa；g為重力加速度，m/s2。

結(jié)合式（1）、式（2）得知，給料壓力越大，則預(yù)分選效果越好。大合介、小合介管路流量分別為1000m3/h、400m3/h，介質(zhì)泵揚(yáng)程分別為45m、55m，同時(shí)受管路磨阻損失沿程損失等影響，出口壓力往往在0.2MPa以內(nèi)，從而引起介質(zhì)液切向速度過(guò)低、給介量偏少。為提高介質(zhì)液出口壓力并節(jié)省優(yōu)化改造成本，將介質(zhì)液連接口由大合介管路改為小合介管路，提高介質(zhì)液出口壓力；將浸潤(rùn)管加工成2個(gè)部分并通過(guò)法蘭連接，既方便維修又能解決浸潤(rùn)管堵塞后拆卸困難問(wèn)題。

2.1.3 介質(zhì)液給液優(yōu)化

預(yù)分選處理能力與介質(zhì)液切向速度、軸向速度相關(guān)。介質(zhì)液軸向速度越大，則原煤與介質(zhì)液混合效果越好，入料流量越大則旋流器處理效能越大。在保持介質(zhì)液出口壓力不變情況下，介質(zhì)液切向及軸向速度分配與介質(zhì)液進(jìn)入角度密切相關(guān)。具體介質(zhì)液進(jìn)入浸潤(rùn)筒最佳角度可通過(guò)式（3）計(jì)算：

式中：θ為介質(zhì)液進(jìn)入浸潤(rùn)筒最佳角度，（°）；h為入口與底流口間距離，m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，取h=0.835m、H=0.264MPa，將上述參數(shù)帶入式（3），即可求得θ=5°。重介系統(tǒng)原有介質(zhì)液進(jìn)入浸潤(rùn)筒內(nèi)角度為 0°，現(xiàn)將介質(zhì)液進(jìn)入浸潤(rùn)筒內(nèi)角度優(yōu)化為 5°。圖 1 為在相同條件下入料角度 分別為 0°、5°時(shí)介質(zhì)液切向速度分布示意圖。

從圖1中看出，隨著與浸潤(rùn)筒壁間距增加，介質(zhì)液切向速度呈現(xiàn)先增加后降低趨勢(shì)，在主要分選區(qū)位置（外旋流區(qū)），5°入料角度的切向速度要明顯高于0°入料角度。因此，將介質(zhì)液進(jìn)入到浸潤(rùn)筒角度由0°優(yōu)化至5°，從而達(dá)到提高重介系統(tǒng)分選效果目的。

圖1 入料角度分別為 0°、5°時(shí)切向速度分布示意圖

2.1.4 增強(qiáng)耐磨

浸潤(rùn)筒在高速運(yùn)動(dòng)介質(zhì)液作用下磨損嚴(yán)重，同時(shí)為提升分選效果，小介質(zhì)泵接入到預(yù)分選結(jié)構(gòu)，會(huì)進(jìn)一步增大入料壓力，加速浸潤(rùn)筒磨損。經(jīng)過(guò)技術(shù)調(diào)研，決定在浸潤(rùn)筒表面粘貼一層耐磨陶瓷片作為保護(hù)層，提高浸潤(rùn)筒使用時(shí)限。

2.1.5 高頻篩的優(yōu)化

為解決原有高頻篩與篩框（壓篩木）與篩網(wǎng)間縫隙跑粗、使用時(shí)限短等問(wèn)題，優(yōu)化焊接篩板。提升開(kāi)孔率、降低灰分、改善性能，使用篩條背寬1～1.2 mm、開(kāi)孔率增幅超過(guò) 100%并增強(qiáng)使用壽命。篩板邊用聚氨酯材料包邊，鍥子由硬木改為高分子聚乙烯材質(zhì)，從而使得側(cè)邊篩框與篩板緊密接觸，解決高頻篩使用時(shí)面臨的跑粗問(wèn)題。為增強(qiáng)高頻篩脫水效果，增加高頻篩出料端高度，將出料端原有0°改為 -2°出料，使得出料端有一定坡度。將壓篩篩板由原本的平板式改為擋水式，增加物料在弧形篩上時(shí)間、提升脫水效果。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

對(duì)選煤廠重介分選系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化后，可避免物料堵塞問(wèn)題且增強(qiáng)物料處理能力。當(dāng)采用的浸潤(rùn)管壓力為 0.28 MPa 時(shí)，重介旋流器處理能力達(dá)到316.45 t/h，精煤污染率、中煤損失率以及矸石損失率分別為1.5%、2%及 0.5%，重介分選系統(tǒng)工作效率得以顯著提升。具體優(yōu)化前后統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 優(yōu)化前后處理效果

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）通過(guò)增設(shè)分料盤，改善原煤入料方式使得物料落料點(diǎn)集中在浸潤(rùn)筒外旋流區(qū)，提高分選效果；將浸潤(rùn)管接口直接接入到小合介管路，提高浸潤(rùn)管路入介壓力；將浸潤(rùn)管改為兩端并通過(guò)法蘭連接，降低后續(xù)維護(hù)難度及工作量；將原有的介質(zhì)液進(jìn)入到浸潤(rùn)筒角度由 0°優(yōu)化至 5°，提高系統(tǒng)分選效果；在浸潤(rùn)筒內(nèi)側(cè)粘貼耐磨陶瓷，降低浸潤(rùn)筒磨損程度。優(yōu)化高頻篩，提高篩分以及脫水效果。

（2）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，重介分選系統(tǒng)工作效率及可靠性等均得以顯著提升，入選原煤處理能力增至316t/h，精煤回收率提升0.5%，同時(shí)電能消耗以及中煤損失等均明顯降低，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用取得顯著優(yōu)化效果。