三錐角水介質旋流器應用效果分析

徐東升，崔廣文，劉立文，南 鵬

(1.山東科技大學 化學與環境工程學院，山東 青島 266590；2.山西焦煤霍州煤電 呂梁山公司選煤廠，山西 呂梁 033102)

三錐角水介質旋流器應用效果分析

徐東升1，崔廣文1，劉立文2，南 鵬2

(1.山東科技大學 化學與環境工程學院，山東 青島 266590；2.山西焦煤霍州煤電 呂梁山公司選煤廠，山西 呂梁 033102)

針對方山選煤廠粗煤泥含量高，重介質旋流器分選精度低，介耗高的問題，采用三錐角水介質旋流器代替FJ710×3 水力分級旋流器對粗煤泥進行分選。介紹了該旋流器的結構、工作原理、技術特點、技術參數，并分析了其在方山選煤廠的應用情況。生產實踐表明：三錐角水介質旋流器的應用，不但解決了粗煤泥的有效分選問題，使噸煤介耗明顯下降，而且提高了原煤入選量和精煤產品質量的合格率。

粗煤泥；分選精度；介耗量；三錐角水介質旋流器

方山選煤廠隸屬霍州煤電集團呂梁山煤電公司，是一座設計能力為3.00 Mt/a的中心型選煤廠，洗選工藝為原煤預先脫泥后有壓給料三產品重介質旋流器分選、浮選的聯合工藝。預先脫泥篩篩下煤泥水由FJ710×3 水力分級旋流器分級，分級旋流器底流進入高頻篩，高頻篩篩上物和原煤脫泥篩篩上物一起進入主選系統的原煤混料桶，再由有壓給料三產品重介質旋流器分選，分級旋流器溢流和高頻篩篩下水去浮選。

隨著采煤機械化程度的提高，原煤中粉煤含量大量增加[1]。方山選煤廠原煤中<0.5 mm粒級含量由15%增加到20%左右，致使水力分級旋流器分級效果變差，高頻篩脫泥困難，篩上物中細泥含量增大，進而使主選旋流器分選效果變差，處理量下降(由750 t/h下降至600 t/h)，系統介耗過高(高達3.50 kg/t)；此外，精煤磁選尾礦中的粗煤泥灰分在15%左右，含量約為原煤入選量的5%，由于這部分粗煤泥灰分高且得不到有效分選，只能將其摻入中煤，造成極大的資源浪費[2-3]。為提高該廠的精煤產量和經濟效益，采用三錐角水介質旋流器代替FJ710×3 水力分級旋流器對粗煤泥進行分選，取得了良好的效果。

1 三錐角水介旋流器

目前，用于粗煤泥分選的設備主要有水介質旋流器、煤泥重介質旋流器、TBS干擾床分選機、螺旋分選機等[4-7]。其中，水介質旋流器因配置簡單、無運動部件、不需要重介質、生產成本低等優點，在選煤廠得到了廣泛應用，但其分選精度和效率偏低[8-9]。

1.1 結構及工作原理

由山東科技大學自主研發的三錐角水介質旋流器是一種利用離心力場和重力場實現分選的新型高效粗煤泥分選設備，與傳統水介質分級旋流器相比，其錐角大，錐體短，溢流管直徑大，且插入筒體部分的長度更長，分選精度和分選效率更高。該旋流器錐體部分分為三段，每段設定不同的錐角和錐面長度，通過改變錐體、溢流管插入深度等結構參數來實現不同粗煤泥的分選。三錐角水介質旋流器結構示意圖如圖1所示。

1—入料管；2—溢流管；3—圓筒體；4—一段錐體；5—二段錐體；6—三段錐體；7—底流口

物料通過入料管沿切線方向給入圓筒體，在筒體內形成螺旋流，在離心力和重力的雙重作用下，高密度重產物(尾礦)進入外螺旋流，低密度輕產物(精礦)進入內螺旋流。物料進入一段錐體時，不同密度、粒度的顆粒形成阻礙沉降層，細顆粒充填于床層孔隙間，低密度粗顆粒在高密度粗顆粒的阻礙下位于床層上部，隨后隨液體從溢流管排出；由于部分床層沒有明顯失去成層特性，隨著物料的不斷給入，其被迫進入二段錐體，此時中間密度物料層露出，并在再循環作用下按密度分為兩部分，其中輕的中間密度顆粒在內螺旋上升流作用下由溢流管排出，重的中間密度顆粒被迫進入三段錐體；由于干擾床層被破壞，混雜在高密度粗顆粒間的低密度細顆粒繼續在內螺旋上升流的作用下由溢流管排出，其余高密度顆粒則隨外螺旋下降流運動，在重力和擠壓作用下，最終從旋流器底流口排出[10-13]。

1.2 技術特點

三錐角水介質旋流器作為一種新型高效粗煤泥分選設備，具有如下技術特點：

(1)錐體設計獨特。通過選用不同的錐角、錐面長度組合即可實現不同粗煤泥的分選，且可通過改變溢流管插入深度來調節溢流灰分。

(2)結構簡單，設計緊湊，適應性強，占用空間小，穩定可靠，分選精度較高，可有效實現粗煤泥的高效分選。

(3)無需復雜的重介質系統，使用壽命較長，本身沒有動力消耗，設備運行成本低，且維護費用少，節省投資成本。

1.3 技術參數

方山選煤廠選用的三錐角水介質旋流器主要技術參數如下：

筒體直徑/mm

500

有效分選密度范圍/(g·cm-3)

1.40～1.60

入料粒度范圍/mm

0～6

有效分選粒度范圍/mm

0.18～3

最佳入料濃度/(g·L-1)

150

最佳入料壓力/MPa

0.07

處理能力/(t·h-1)

30

2 粗煤泥分選原則流程

基于三錐角水介質旋流器的特點，根據技術指標要求和實驗室數據，結合方山選煤廠施工圖紙和現場管道布置情況，本著節約投資的原則，充分利用系統原管路，對粗煤泥分選工藝進行改造。粗煤泥分選工藝改造后的原則流程如圖2所示。

圖2 粗煤泥分選原則流程圖

采用六臺φ500 mm的三錐角水介質旋流器組代替FJ710×3 水力分級旋流器組對粗煤泥進行分選，旋流器溢流經高效智能振動弧形篩初步分級脫水后，弧形篩篩上物直接進入精煤磁選尾礦桶，然后由分級旋流器進一步脫泥分級，脫泥分級后的物料經弧形篩和煤泥離心機脫水后進入精煤系統；旋流器底流經原粗煤泥高頻篩脫泥脫水后進入混料桶，然后由重介質旋流器進一步分選。粗煤泥分選工藝改造后，既能保證粗煤泥的有效分選，又能提高系統原煤入選量。此外，由于大部分原生煤泥進入了三錐角水介質旋流器分選系統，重介質系統中的煤泥量降低，介耗明顯下降，分流量可根據實際情況減小或不分流。

3 應用效果及經濟效益

3.1 應用效果

三錐角水介質旋流器已在方山選煤廠成功運行一年多，在入選原煤煤質相似的情況下對其物料進行化驗。FJ710×3水力分級旋流器與三錐角水介質旋流器的分選效果對比結果如表1、表2所示。

表1 分選效果對比結果

由表1可知：FJ710×3水力分級旋流器的溢流灰分為15.91%，產率為56.08%，底流灰分為31.03%。三錐角水介質旋流器的溢流灰分13.31%，比改造前低2.6個百分點；溢流產率為69.14%，比改造前高13.06個百分點；底流灰分為43.06%，比改造前高12.03個百分點。由此可見，粗煤泥分選工藝改造后，溢流灰分降低且產率提高，有更多的粗精煤可被回收。

表2 溢流粒度組成對比結果

由表2可知：FJ710×3 水力分級旋流器溢流中，>0.5 mm 粒級產率非常低(為0.76%)，>0.25 mm粒級累計產率僅為12.43%，而其他較細粒級的產率都比較高，說明其分級效果比較明顯。三錐角水介質旋流器溢流中，>0.5 mm 粒級產率為19.60%，>0.25 mm 粒級累計產率高達46.90%，相比之下其他較細粒級的產率較低，說明三錐角水介質旋流器的分級效果被大大弱化。對比兩個旋流器溢流各粒級灰分可發現，>0.5 mm粒級和0.25～0.5 mm 粒級中，三錐角水介質旋流器溢流灰分明顯較低，>0.25 mm 粒級的累計灰分為8.70%，說明該設備對粗煤泥具有非常好的分選效果。

3.2 經濟效益

采用三錐角水介質旋流器代替FJ710×3 水力分級旋流器對粗煤泥進行分選后，不僅使該廠原煤入選量增加，精煤產率提高，而且使噸煤介耗下降。粗煤泥分選工藝改造后，該廠原煤入選量提高100～150 t/h，噸煤介耗量從3.50 kg/t 降至1.50 kg/t，精煤產率提高0.25 個百分點，上述三項每年總計可創收約1 485萬元，而整個改造項目投資僅需235萬元，經濟效益十分顯著。

4 結語

三錐角水介質旋流器在方山選煤廠投入使用后，從根本上解決了粗煤泥的有效分選問題，既能提高原煤入選量和精煤產品質量的合格率，又能降低噸煤介耗；此次改造使該廠粗煤泥分選工藝趨于完善，運行穩定可靠，可操作性強，能夠適應不同粗煤泥的分選需求。該項改造投資少、見效快，且不影響正常生產，經濟效益顯著。

[1] 崔廣文,郭啟凱,宋國陽,等.三錐水介分選旋流器在粗煤泥分選中的應用[J].潔凈煤技術,2013(1):1-4.

[2] 劉惠杰,崔廣文,李曉軍,等.粗煤泥分選工藝的探討[J].選煤技術,2010(6):55-57.

[3] 柴琳琳,郭賓賓,邢叢叢.濟三選煤廠粗煤泥截粗試驗[J].潔凈煤技術,2012(3):17-19.

[4] 龐 亮.粗煤泥分選工藝技術進展與展望[J].山東煤炭科技, 2008 (6):152-153.

[5] 韓恒旺,李炳才,訾 濤,等.粗煤泥分選設備及分選工藝研究[J].潔凈煤技術, 2011(2):12-14.

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[7] 劉 強.TBS分選機在余吾選煤廠的應用[J].潔凈煤技術,2013,19(6):17-20.

[8] 董連平,樊民強.大錐角水介質旋流器的應用研究[J].煤炭科學技術,2004,32(11):40-43.

[9] 伊立斯吉·奧布林,開尼斯吉·夏沛塔,褚應鑒.水介旋流器的性能和運用[J].礦山機械,1979(3):60-63.

[10] 謝廣元.選礦學[M].徐州:中國礦業大學出版社,2001.

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[13] 崔廣文,劉慧杰,郭啟凱,等.三錐角煤泥水介分選旋流器：中國，ZL2012202023748[P].2012-12-05.

Application analysis of three taper angles hydrocyclone

XU Dong-sheng1, CUI Guang-wen1, LIU Li-wen2, NAN Peng2

(1. College of Chemical and Environmental Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao, Shandong 266590, China;2. Lvliangshan Coal Preparation Plant, Shanxi Coking Coal Huozhou Coal Electricity Group Co Ltd, Lvliang, Shanxi 033102, China)

To solve the problem of high content of coarse coal slime, low separation accuracy and big medium consumption of heavy medium cyclones, three taper angles hydrocyclone is used to separate coarse coal slime instead of FJ710×3 hydraulic classification cyclones; Moreover, structure, working principle, technical characteristic and parameters, application of the hydrocyclone are introduced and analyzed. The application shows that coarse coal slime is separated effectively and medium consumption is reduced obviously, and that capacity of washing raw coal is increased as well as quality of clean coal is improved better.

coarse coal slime; separation accuracy; medium consumption; three taper angles hydrocyclone

1001-3571(2015)01-0041-04

TD942

B

2015-02-03

10.16447/j.cnki.cpt.2015.01.012

中國煤炭協會指導性計劃項目(MTKJ 2013-347)

徐東升(1989—)，男，山東省臨沂市人，在讀碩士研究生，從事煤炭洗選加工工藝與設備研究。

E-mail:xudongsheng136@163.com Tel:15265270677