三錐角水介旋流器分選呂家坨選煤廠粗煤泥的工業應用研究

石尚杰，郝守信，夏靈勇

(開灤集團有限責任公司，河北 唐山 063000)

三錐角水介旋流器分選呂家坨選煤廠粗煤泥的工業應用研究

石尚杰，郝守信，夏靈勇

(開灤集團有限責任公司，河北 唐山 063000)

呂家坨選煤廠粗煤泥含量高，細泥含量大，由于水力分級旋流器組脫泥效果較差，造成重介旋流器系統分選效率低，精煤灰分難以控制，介耗高等問題。針對此問題，在水介三錐角旋流器的結構及工作原理分析基礎上，通過實驗室與現場試驗研究，設計了粗煤泥分選工藝方案，從而解決了呂家坨選煤廠的粗煤泥分選問題，提高了原煤入選量和精煤產品質量的合格率，降低了介耗。

粗煤泥；粗煤泥分選；三錐角水介旋流器；介耗

呂家坨選煤廠隸屬于開灤能源化工股份有限公司呂家坨礦業分公司，位于河北省唐山市古冶區呂家坨礦區，是一座處理能力為3.75 Mt/a的礦井型選煤廠。該廠分選煤種為稀缺的焦煤，生產采用選前脫泥+塊煤立輪重介+末煤無壓三產品重介旋流器+煤泥浮選聯合工藝流程。該廠煤泥回收系統為：分級脫泥篩下煤泥水經6臺φ600 mm水力旋流器分級后，底流進入弧形篩、直線振動脫泥篩處理，直線振動脫泥篩篩上物進入末煤三產品重介旋流器分選，而水力旋流器溢流、弧形篩與直線振動脫泥篩篩下水則進入浮選系統。隨著礦井產量的逐步增加，井下采煤機械化程度不斷提高，呂家坨選煤廠入選原煤中粉煤含量不斷增加，該廠煤泥回收系統暴露了一些問題：受13～0.5 mm粒級末原煤含量高、波動大的影響，φ0.5 mm分級脫泥篩實際處理量接近理論計算的上限(約600 t/h)，嚴重制約了選煤廠洗選能力的提高，使原煤入選能力遠達不到設計的714 t/h，且造成噸煤電耗增高；水力分級旋流器組分級脫泥效果較差，經截粗后的粗煤泥中含有大量細泥，造成主選重介旋流器系統分選效果變差，主要表現為精煤灰分難以控制，矸石帶煤偏高，介耗偏大；原煤分級篩下層篩板易跑水，生產連續性差；直線振動脫泥篩篩下水跑粗，浮選產率低。

針對以上存在問題，呂家坨選煤廠通過多方調研，最終決定對煤泥水處理系統進行工藝改造，選用了適合呂家坨選煤廠煤泥分選的三錐角水介旋流器粗煤泥分選工藝方案。

1 三錐角水介旋流器簡介

目前常用的粗煤泥分選設備有大錐角水介質旋流器、TBS干擾床、煤泥重介質旋流器、螺旋分選機等[1-3]。其中，以水介質旋流器配置簡單，無運動部件，主要由入料口、筒體、溢流管、錐體四部分組成[4-5]，具有不需要重介質、生產成本低等優點，在選煤廠得到了廣泛應用[6-7]。近年來興起的三錐角水介旋流器由山東科技大學研制，不僅具有原有水介旋流器的優點，而且參數可調，可針對不同煤質要求設計不同結構參數，不僅分選精度較高，且工作穩定可靠，在粗煤泥分選過程中可以有效實現精煤回收。同時，該旋流器設計緊湊，適應性強，占用空間小，便于選煤廠改造應用[8-9]。

三錐角水介旋流器主要由入料管、溢流管、筒體及錐體三部分組成(圖1)，其中錐體部分由三段錐角組成。其工作原理為：分選物料沿切線方向通過入料管給入圓筒體內，在筒體內形成內螺旋流和外螺旋流；在重力和離心力等力的作用下，低密度輕產物(精煤)進入內螺旋流；高密度重產物(尾煤)進入外螺旋流，依次流經一段錐體、二段錐體和三段錐體，在每段錐體內均進行一次分選；最后，低密度輕產物在內螺旋流的作用下由溢流管排出，高密度顆粒則隨外螺旋下降流運動從底流口排出[10-11]。

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

2 試驗研究與結果分析

2.1 實驗室試驗研究

首先在實驗室對呂家坨選煤廠粗煤泥進行了篩分、浮沉試驗，試驗結果見表1、表2。從表1可以看出，該煤樣粒度較粗，且各粒級灰分均較高。從表2數據可以看出，該煤樣可選性相對較好，其中灰分<12%理論產率約為60%。

表1 粗煤泥小篩分試驗結果

表2 粗煤泥小浮沉試驗結果

采用實驗室用φ100 mm三錐角旋流器對該煤泥進行分選試驗，試驗流程圖見圖2。將煤樣濃度配置成150 g/L，設定好初始結構參數，開動礦漿泵，調整旋流器入料壓力，物料循環5 min后，對溢流、底流、入料分別采樣；改變旋流器結構參數及操作參數，即錐體型號、溢流管直徑、溢流管插入深度、入料壓力等，重復上述試驗；將獲得的樣品進行濕式篩分，分出>0.18 mm和<0.18 mm粒級，分別測定灰分和質量，利用灰分平衡法計算精煤產率及綜合產率。通過實驗室試驗得到最佳試驗參數：溢流管插入深度30 mm，溢流管直徑40 mm，入料壓力0.07 MPa。根據此最佳試驗參數進行試驗，得到了如表3所示的最佳試驗結果。

圖2 粗煤泥分選試驗流程圖

產品名稱灰分占本級產率綜合產率(占入料)精煤(>0.18mm)10.8971.7720.41中煤(>0.18mm)54.5928.2324.94

注釋：綜合產率為精煤占旋流器入料百分含量

從表3中數據可以看出，當試驗煤樣粗精煤(>0.18mm)灰分為10.89%時，考慮到精煤脫泥效率90%，實際粗精煤灰分為12.04%，此時粗精煤實際產率為25.54%，理論產率為33.36%，數量效率為76.56%。因此可以看出，該設備取得了較好的分選效果，能得到要求的精煤灰分。為進一步考察三錐角旋流器分選精度，特對精煤(>0.18 mm)和中煤(>0.18 mm)進行小篩分、小浮沉試驗，并根據試驗結果計算分配率，分配率計算見表4。

表4 實驗室三錐角水介旋流器產品分配率計算表

利用表4數據可繪制出重產物分配率曲線，利用分配率曲線可以查得分配率為75%時的分選密度為1.55 g/cm3，分配率為25%時的分選密度為1.39 g/cm3，實際分選密度為1.48 g/cm3。計算得三錐角水介旋流器對于該粗煤泥(>0.18 mm)分選時，可能偏差Ep值為0.08。從Ep值可以看出，該分選設備分選精度較好，能夠對該粗煤泥進行有效分選。

2.2 工業性試驗

在實驗室試驗的基礎上，利用相似放大原理，根據實驗室用φ100 mm三錐角旋流器結構參數放大制造出工業性試驗用φ500 mm三錐角水介旋流器。取樣測定入料濃度為171.5 g/L，通過現場調試，最終選取溢流管下端邊距為60 mm，入料壓力為0.07 MPa，于2014年9月22—23日連續取樣化驗，結果如表5所示。

表5 2014年9月22日、23日取樣化驗結果

注：9月23日4∶00～6∶00老井煤質偏差，高灰細泥含量偏高

由表5連續生產數據可以看出，應用三錐角水介旋流器可以得到合格的精煤，并且精煤灰分較為穩定，除9月23日4∶00～6∶00因入選原煤為老井煤煤質偏差，高灰細泥含量偏高外，其他時間取樣平均灰分為11.16%。在現場分別采取三錐角旋流器入料、溢流、底流，烘干后由山東科技大學進行小篩分、小浮沉試驗，據試驗結果計算分配率，如表6所示。據表4繪制出重產物分配率曲線，并查得分配率為75%時的分選密度為1.46 g/cm3，分配率為25%時分選密度為1.26 g/cm3，實際分選密度為1.36 g/cm3。經計算，三錐角水介旋流器對于該粗煤煤泥分選時，可能偏差Ep值為0.10，從Ep值可以看出，該分選設備在現場試驗過程中分選精度較好。

表6 現場三錐角旋流器產品分配率計算表

3 粗煤泥分選工藝方案

基于上述試驗結果，可以認為三錐角水介旋流器對呂家坨選煤廠粗煤泥能夠實現有效分選。根據呂家坨選煤廠現場設備、管道布置情況，對粗煤泥分選工藝進行了改造設計，采用φ500 mm三錐角水介旋流器組代替原有φ600 mm水力分級旋流器組對原煤分級篩下的煤泥水進行處理。改造后的粗煤泥分選工藝流程如圖3所示。

圖3 粗煤泥分選原則流程圖

改造后，三錐角水介旋流器溢流經弧形篩、高頻篩脫水，篩上物直接作為精煤產品，篩下水進行煤泥濃縮，底流進入浮選，溢流作為循環水循環利用；旋流器底流經高頻篩脫泥脫水后合入末煤刮板進入末煤重介系統，由重介質旋流器進行分選處理。呂家坨選煤廠進行粗煤泥分選工藝改造后，不僅保證粗煤泥的有效分選，而且可以有效提高系統原煤入選量；另外，大部分原生煤泥進入了三錐角水介旋流器分選系統，可以使重介質系統中的煤泥量顯著降低，提高主選重介旋流器分選效果，降低介耗。

4 技術改造效果預測

實驗室與工業試驗結果表明，三錐角水介旋流器作為一種新型、高效粗煤泥分選設備，能夠有效解決呂家坨選煤廠粗煤泥的分選問題，既能夠提高原煤入選量和精煤產品質量，又能降低噸煤介耗，同時還能改善浮選工藝分選效果，解決浮選跑粗問題，有利于凈化選煤廠用水，實現洗水閉路循環。該項改造投資少、見效快，改造后，可以使工藝趨于完善，運行穩定可靠，經濟效益顯著。

考慮到選煤廠工藝特點及生產能力，參照霍州煤電方山選煤廠實際應用三錐角水介旋流器分選粗煤泥狀況[8]，呂家坨選煤廠決定采用三錐角水介旋流器代替原水力分級旋流器對粗煤泥進行分選，預測該項技術改造實施后，噸煤介耗可降低1 kg/t，每年可降低消耗400萬元；噸原煤電耗可降低2度，每年節約電費400萬元；扣除噸原煤0.5元的設備運轉維護費用(200萬元/a)，則年經濟效益為600萬元，經濟效益非常顯著。

[1] 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.

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[3] 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.

[4] 董連平,樊民強.自生介質旋流器的研究應用現狀[J].山西煤炭,2002(4):19-22.

[5] 任建民,鄒山宏,潘萬偉,等.水介質旋流器分選粗煤泥的試驗研究[J].選煤技術,2012(1):8-11.

[6] 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.

[7] 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.

[8] 徐東升,崔廣文,劉立文,等.三錐水介質旋流器應用效果分析[J].選煤技術,2015(1):41-44.

[9] 謝廣元.選礦學[M].徐州:中國礦業大學出版社,2001.

[10] 崔廣文,孫銘陽,史俊凱,等.三錐水介旋流器的高硫煤脫硫降灰及其分選原理[J].黑龍江科技大學學報,2014,24(1):53-56.

[11] 湛含輝,張曉琪,戴財勝,等.水介旋流器中二次流對分選原理的影響試驗研究[J].礦冶工程,2002,22(2):57-61.

Research on industrial application of three taper angles hydrocyclone used for separating coarse slime in Lvjiatuo coal preparation plant

SHI Shang-jie, HAO Shou-xin, XIA Ling-yong

(Kailuan Group Co., Ltd., Tangshan, Hebei 063000, China)

In consideration of lower separation efficiency of heavy medium cyclone system caused by worse desliming result of hydrocyclone used for separating more coarse slime with more fines in Lvjiatuo coal preparation plant, which will result in having difficulty controlling ash of clean coal and high medium consumption, according to laboratory and field test, coarse coal slime separation technology is designed by analysis of structure and working principle of hydrocyclone. The application shows that this technology can serve coarse coal slime well with higher capacity of washing raw coal, reducing medium consumption.

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

TD942

A

1001-3571(2015)04-0015-04

2015-05-19

10.16447/j.cnki.cpt.2015.04.004

石尚杰(1958—)，男，河北省唐山市人，高級工程師,從事選煤技術管理工作。

E-mail：tlixin@kailuan.com.cn Tel:0315-3022230