無壓入料輕產物有壓分選三產品重介質旋流器應用效果分析

馬富強，李 萌，王引增，楊鵬博，楊鮮玲，張志宏

(唐山實創選煤科技有限責任公司，河北 唐山 063000)

無壓入料輕產物有壓分選三產品重介質旋流器應用效果分析

馬富強，李 萌，王引增，楊鵬博，楊鮮玲，張志宏

(唐山實創選煤科技有限責任公司，河北 唐山 063000)

為解決無壓入料三產品重介質旋流器精煤帶矸的問題，研制出無壓入料輕產物有壓分選三產品重介質旋流器。介紹了新型重介質旋流器的結構、工作原理、技術特點、技術參數，并分析了其在現場的應用效果。該旋流器一段可能偏差在0.03～0.04之間，二段可能偏差在0.05～0.07之間，分選精度高，使用效果好，有效解決了精煤帶矸的問題，推廣應用前景廣闊。

無壓入料輕產物有壓分選；精煤帶矸；精煤再選

無壓入料三產品重介質旋流器因分選精度高、處理量大、工藝簡單、易于實現自動化等優點，在選煤廠應用越來越廣泛，是難選煤和極難選煤分選的最佳選擇[1]。在實際生產過程中，由于原煤入選量、原煤煤質、入料壓力等因素的變化，特別是冬季原煤中存在凍塊時，無壓入料三產品重介質旋流器分選出的精煤易夾帶矸石，進而影響精煤產品質量[1，2]?，F階段還沒有解決精煤帶矸問題的簡單、有效方法，目前只是通過改進入料潤濕方式、調整設備結構參數、控制原煤入選量等來減少精煤中的矸石[3]。但這些方法在實際運用中操作起來十分困難，且效果不是十分理想。

為解決無壓入料三產品重介質旋流器精煤帶矸的問題，進一步提高精煤產品質量，在國家創新基金的資助下自主研發出無壓入料輕產物有壓分選三產品重介質旋流器(新型重介質旋流器)，新型重介質旋流器已獲國家專利(專利公開號為CN201906662U)。該重介質旋流器已在陜西、山西等多個選煤廠投入使用，分選精度高，使用效果好，有效解決了精煤帶矸的問題。

1 新型重介質旋流器

1.1 結構

與傳統無壓入料三產品重介質旋流器相比，新型重介質旋流器增加了精煤再選加速段、精煤再選旋流器、精煤有壓再選入介口。工作過程中重介質懸浮液由兩個入介口進入旋流器，但重介質懸浮液系統并未增加，而是通過主介質管分流來實現。

新型重介質旋流器主要由原煤入料漏斗、主旋流器一段、主入介管、副入介管、精煤溢流管、精煤再選旋流器、精煤再選溢流管、精煤再選底流管、主選二段連接管、主旋流器二段、主選二段溢流管、主選二段底流管、精煤再選加速段、潤濕管組成，結構示意如圖1所示。

1—原煤入料漏斗；2—主旋流器一段；3—主入介管；4—副入介管；5—精煤溢流管；6—精煤再選旋流器；7—精煤再選溢流管；8—精煤再選底流管；9—主選一、二段連接管；10—主旋流器二段；11—主選二段溢流管；12—主選二段底流管；13—精煤再選加速段；14—潤濕管

1.2 工作原理

合格重介質懸浮液經主入介口3進入主旋流器一段，懸浮液在旋流器內作切向圓周運動，靠近筒壁部分同時沿軸向向上運動。由于主選一、二段連接管的截面只能通過總入介量的40%～50%，其余60%～50%的懸浮液只能折返后向下作切向圓周運動，靠近中心部位的懸浮液同時作向下的軸向運動，并通過一段中心管進入精煤再選加速段13。在此運動過程中，由于離心力的作用，形成了靠近入介口密度低，靠近一、二段連接管密度高，靠近中心部位密度低的密度場[4]。

原煤由入料漏斗1給入一段旋流器2，其進入低密度旋轉下降流后，密度低于筒壁附近懸浮液密度的精煤，隨中心部位的下降流通過一段中心管進入精煤再選加速段；中煤和矸石密度均大于筒壁附近的懸浮液密度，被離心力甩向筒壁，進入軸向上升流，隨懸浮液進入主選二段旋流器；主選二段旋流器的密度場呈現出入口處密度低、底流口處密度高、中心部位密度低的特點，矸石貼內壁旋轉向下運動，經底流口排出，中煤被擠向中心溢流口并排出[5]。

原煤在中心下降流中分選時間較短，小顆粒矸石受大顆粒精煤的阻擋，難免不發生精煤帶矸的情況[6]。為解決此問題，使主旋流器一段溢流精煤再進入精煤再選加速段13，并由副入介口4引入合格介質，對精煤懸浮液進行加速；擁有充足動能的精煤懸浮液進入精煤再選旋流器，在其中分選出純凈精煤，從溢流口7排出；底流口8排出的產物為細粒中煤和矸石，可直接摻入中煤。

精煤溢流口5的設置是為了使主旋流器的工作狀態更好，其直徑為一段直徑的1/5。新型重介質旋流器分選原理示意圖如圖2所示。

圖2 新型重介質旋流器分選原理示意圖Fig.2 Separation principle of new type heavy medium cyclone

1.3 技術特點

新型重介質旋流器具有如下技術特點：

(1)分選精度高，分選效果好。主選一段溢流精煤在加速段再次被加速，此過程分選密度低，小顆粒矸石易被甩向筒壁而進入再選旋流器；再選旋流器的分選為有壓分選，矸石易從底流口排出，可有效解決精煤帶矸石問題。

(2)分選粒度下限低。一般入廠磁鐵礦粉粒度較粗，而磁鐵粉粒度越細煤炭分選粒度下限越低。經主選旋流器分選后，粗粒磁鐵礦粉進入主選二段旋流器，細粒磁鐵礦粉進入精煤加速段，細粒磁鐵礦粉形成的懸浮液使煤炭分選粒度下限降低，同時低濃度合格介質的加入有利于提高煤炭分選精度[7]。

(3)由于新型重介質旋流器是在現有無壓入料三產品重介質旋流器基礎上改進而成的，不需要改變選煤廠原系統，特別易于推廣使用。

1.4 技術參數

新型重介質旋流器主要技術參數[8]如下：

主選一段內徑/mm

1 200

主選二段內徑/mm

850

再選內徑/mm

850

入料粒級/mm

<80

處理量/(t·h-1)

280～320

介質循環量/(m3·h-1)

1 100～1 200

安裝角度/(°)

15

一段可能偏差

0.03～0.035

二段可能偏差

0.05～0.07

2 模擬分選試驗

為進一步查看新型重介質旋流器精煤再選對原旋流器工作的影響和精煤再選效果，采用流體分析軟件對其進行模擬試驗。

根據旋流器實際尺寸[9]，采用流體分析軟件建立模型。先不考慮精煤再選部分，只對主選三產品旋流器進行加載，入介量(泥漿)為1 008 m3/h，入料量為280 t/h，各出口壓力設定成環境壓力；加載后記錄入料壓力和各出料口流量。添加精煤再選部分，以不影響主選三產品旋流器各項指標和提高精煤再選旋流器分選效果為目標，調整再選部分的結構參數。模擬分選試驗結果如表1所示。

表1 模擬分選試驗結果Table 1 Result of simulated separation test (m3/h)

由表1可知：在總入介量不變的情況下，通過調節再選入介量，即可達到精煤再選不影響原旋流器工作和再選效果更好的目標?，F場實際生產過程中，可根據精煤灰分要求，結合經濟效率最高原則，調節再選入介量，實現企業經濟效益最大化。

3 工業應用

3.1 原煤煤質特征

新型重介質旋流器已在陜西韓城浩源選煤廠成功運行，為進一步查看其工業應用效果，結合入選原煤煤質特征對產品指標進行分析。該廠50～0.5 mm粒級原煤浮沉試驗綜合結果如表2所示。

由表2可知：當要求精煤灰分為10%時，理論分選密度在1.54～1.57 g/cm3之間 ,δ±0.1含量在12%左右，說明原煤為中等可選煤，且矸石含量大。

3.2 分選效果

3.2.1 浮沉試驗結果

新型重介質旋流器在浩源選煤廠正常運行后，對其進行單機檢查，入選原煤、精煤、中煤、矸石的浮沉試驗結果如表3示。

由表3可知：精煤含矸量幾乎為0，矸石含煤量很少，說明分選效果很好，實現了重介選煤生產過程中精煤零帶矸的目標。

表2 50～0.5 mm粒級原煤浮沉試驗綜合結果Table 2 Result of 50-0.5 mm raw coal float-and-sink test %

表3 浮沉試驗結果Table 3 Result of float-and-sink test %

3.2.2 重產物分配率

根據浮沉試驗數據計算各密度級重產物分配率，第一段分配率為ε1i，第二段分配率為ε2i，計算公式為[10]：

式中：Ji、Gi分別為精煤、矸石第i密度級數量占原煤數量的百分數，%；Zi為中煤第i密度級數量占原煤數量的百分數，%。

各密度級重產物分配率計算結果如表4示。

表4 各密度級重產物分配率Table 4 Distribution coefficients of heavy materials with different density %

3.2.3 可能偏差

為了計算新型重介質旋流器各段的可能偏差，根據各密度級重產物分配率繪制出重產物分配曲線，結果如圖3所示。

由圖3可知：一段分配曲線的δ25=1.519 g/cm3、δ75=1.471 g/cm3，根據公式計算的一段可能偏差為0.024；二段分配曲線的δ25=1.584 g/cm3、δ75=1.709 g/cm3，根據公式計算的二段可能偏差為0.063。這表明輕產物中攜帶大于分選密度的物料以及重產物中混有小于分選密度的物料均很少，說明新型重介質旋流器分選精度極高，分選效果很好。

新型重介質旋流器已在臨縣祥通等選煤廠成功運行，快速檢測結果顯示，精煤中1.80 g/cm3密度級重產物含量為零，也表現出良好的分選效果。

圖3 重產物分配曲線Fig.3 Distribution curve of heavy materials

4 結語

新型重介質旋流器在不增加重介質懸浮液系統的情況下，實現了精煤有壓再選，提高了分選精度，減少了精煤損失。該重介質旋流器操作簡單，產品質量穩定，有效解決了精煤帶矸的難題。目前，新型重介質旋流器已在陜西、山西等地多個選煤廠投入使用，并取得了良好的效果。由于生產現場條件限制，目前產品指標檢測還不夠全面，隨著設備的推廣和應用將有更多、更全面的數據呈現給讀者。

[1] 葉志剛.無壓三產品重介質旋流器結構參數探討和實際應用[J].煤炭工程，2004(12)：16-18.

[2] 王生義.無圧三產品重介旋流器精煤產品帶矸石原因分析及對策[J].選煤技術，2009(3)：40-41.

[3] 劉 杰.無壓三產品重介質旋流器結構參數對工藝指標的影響研究[J].煤炭工程，2014(6)：64-69.

[4] 王祖瑞.重介質選煤的理論與實踐[M].北京：煤炭工業出版社，1988：18-83，174-206，266-298.

[5] 彭榮任，何青松，楊 喆.重介質旋流器選煤理論與實踐[M].北京：冶金工業出版社，2012：61-71.

[6] 蔡永乾.3GDMC1300/920A旋流器精煤污染的處理[J].山東煤炭科技，2008(6)：21-22.

[7] 衛中寬.新型有壓給料三產品重介旋流器的研究[J].煤炭加工與綜合利用，2008(6)：11-18.

[8] 楊建國.重介旋流器結構參數對分選效果的影響[J].中國礦業大學學報，2005(6)：771-773.

[9] 張秀梅.三產品重介質旋流器結構參數的計算[J].選煤技術，2009(2):13-15.

[10] GB/T 16417—2011煤炭可選性評定方法[S].

Analysis of application of new type gravity-fed three-product heavy medium cyclone with the functionality of pressure-separated lower density materials

MA Fu-qiang, LI Meng, WANG Yin-zeng, YANG Peng-bo, YANG Xian-ling, ZHANG Zhi-hong

(Tangshan Shichuang Coal Preparation Co., Ltd., Tangshan, Hebei 063000, China)

In order to solve problem of reject carried into clean coal from gravity-fed three-product heavy medium cyclone, new type gravity-fed three-product heavy medium cyclone with the functionality of pressure-separated lower density materials is developed.Presented the features of this cyclone, such as structure, working principle, technical features and parameters, and then analyzed its application in coal preparation plant.Being features of mean probable error between 0.03 and 0.04 in first separation stage and that between 0.05 and 0.07 in second separation stage, it is valid to solve above problem, with high accuracy.

pressure-separated lower density material with gravity feed; reject carried into clean coal; clean coal recleaning;

1001-3571(2015)03-0035-05

TD942

B

2015-05-22

10.16447/j.cnki.cpt.2015.03.010

科技型中小企業技術創新基金無償資助項目(09C26211303084)

馬富強(1956—)，男，河北省保定市人，研究員，從事選煤技術研究工作。

E-mail: 13903153229@163.com Tel: 0315-2244479