煤泥密度與灰分的正相關(guān)性驗(yàn)證

武麗麗，吳朝蕩，丁光耀，徐英芳，李建剛，吳大為

(1.唐山國華科技國際工程有限公司，河北 唐山 063020；2.北京國華科技集團(tuán)有限公司，北京 101300)

煤泥密度與灰分的正相關(guān)性驗(yàn)證

武麗麗1，吳朝蕩2，丁光耀2，徐英芳2，李建剛1，吳大為2

(1.唐山國華科技國際工程有限公司，河北 唐山 063020；2.北京國華科技集團(tuán)有限公司，北京 101300)

為了驗(yàn)證煤泥的密度與灰分之間是否存在正相關(guān)性，采集了梗陽選煤廠煤泥水處理系統(tǒng)具有代表性的16個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的煤樣，在對(duì)其灰分和密度分析的基礎(chǔ)上研究二者的關(guān)系。結(jié)果表明：煤泥的密度與灰分之間存在良好的正相關(guān)性，在工藝計(jì)算要求不是非常精確時(shí)，可以>0.5 mm粒級(jí)煤炭的密度-灰分回歸方程預(yù)測不同灰分煤泥的密度。

煤泥；密度；灰分；正相關(guān)性

研究表明：>0.5 mm粒級(jí)煤炭的密度與灰分之間存在著良好的正相關(guān)性，在知道煤炭密度或灰分的情況下，根據(jù)二者的回歸方程即可推導(dǎo)出另外一個(gè)指標(biāo)。這不但可以省去繁瑣的試驗(yàn)過程和昂貴的設(shè)備投資，而且能夠節(jié)約大量人力、物力、時(shí)間成本，有利于選煤和煤質(zhì)領(lǐng)域的科研、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工作開展。但是關(guān)于煤泥(<0.5 mm粒級(jí)濕煤粉)的密度與灰分之間的關(guān)系研究較少，公開資料中鮮有這方面的報(bào)導(dǎo)和介紹。如果煤泥的密度與灰分之間也存在這種正相關(guān)性，這將有助于相關(guān)領(lǐng)域的科研與生產(chǎn)工作的順利進(jìn)行，尤其對(duì)于設(shè)備選型和分選密度控制意義重大。為了驗(yàn)證煤泥的密度與灰分之間是否存在正相關(guān)性，在對(duì)梗陽選煤廠煤泥水處理系統(tǒng)[1]具有代表性的16個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的煤泥采樣和分析的基礎(chǔ)上研究二者的關(guān)系。

1 煤泥密度與灰分的正相關(guān)性驗(yàn)證

梗陽選煤廠位于山西省呂梁市，是一座處理能力為3.0 Mt/a的礦井型煉焦煤選煤廠，洗選工藝是以3GHMC1500/1100A型無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器為核心的聯(lián)合洗選工藝[2](圖1)。2015年5月份，根據(jù)MT/T 808—1999《選煤廠技術(shù)檢查》[3]規(guī)定，對(duì)該選煤廠煤泥水處理系統(tǒng)具有代表性的16個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的煤樣進(jìn)行了采集，并按照GB/T 217—2008《煤的真相對(duì)密度測定方法》[4]、GB/T 212—2008《煤的工業(yè)分析方法》[5]對(duì)其密度和灰分進(jìn)行了測定。

梗陽選煤廠煤樣的密度與灰分關(guān)系如表1所示，其中具有代表性的四個(gè)煤樣的粒度組成如表2所示。

圖1 梗陽選煤廠煤泥水處理系統(tǒng)原則流程[6]

%

注：xi為煤泥灰分Ad，yi為煤泥密度δ。

表2 煤樣粒度組成

注：精煤壓濾機(jī)產(chǎn)物中>0.25 mm粒級(jí)產(chǎn)物、中煤磁選機(jī)尾礦和二次浮選機(jī)尾礦中>0.5 mm粒級(jí)產(chǎn)物的產(chǎn)率太低，故將其混合后檢測灰分。

根據(jù)煤樣的密度與灰分關(guān)系建立線性回歸方程[7]，具體計(jì)算過程如下：

(1)結(jié)合表1數(shù)據(jù)，根據(jù)計(jì)算式計(jì)算線性回歸方程的相關(guān)系數(shù)γ，

查閱相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)表可知：在自由度為14時(shí)，γ0.001=0.623，此時(shí)γ?γ0.001，這說明x與y之間的正相關(guān)關(guān)系在α=0.001時(shí)非常顯著，可靠性高達(dá)99.9%。

(2)回歸方程(直線方程)的通式為y=a+bx，根據(jù)相關(guān)計(jì)算式求解a、b。

因此，經(jīng)整理后的煤泥密度-灰分線性回歸方程為：

δ1=1.189+0.016 9A。

(1)

根據(jù)式(1)推斷，煤泥的灰分每增加10個(gè)百分點(diǎn)，其密度提高0.169 g/cm3。該回歸方程對(duì)應(yīng)的直線如圖2所示。

圖2 煤泥的密度與灰分關(guān)系

2 密度-灰分線性回歸方程對(duì)比分析

由于煤泥的密度-灰分線性回歸方程的建立存在一定難度，特別是在選煤廠尚未投入生產(chǎn)時(shí)，根本不可能得到這樣的回歸方程。曾有研究者提出采用>0.5 mm粒級(jí)煤炭的密度-灰分回歸方程計(jì)算相應(yīng)灰分的煤泥密度[8]，但沒有提供確切、詳盡的數(shù)據(jù)來佐證該方法的可行性。為此，根據(jù)梗陽選煤廠>0.5 mm粒級(jí)原煤浮沉試驗(yàn)[9]數(shù)據(jù)(表3)建立>0.5 mm粒級(jí)煤炭的密度-灰分線性回歸方程。

表3 梗陽選煤廠>0.5 mm粒級(jí)原煤的密度與灰分關(guān)系

基于該選煤廠>0.5 mm粒級(jí)原煤浮沉試驗(yàn)數(shù)據(jù)的密度-灰分線性回歸方程為：

δ2=1.298+0.010 2A，

(2)

通過計(jì)算核驗(yàn)可知：該回歸方程的可靠性高達(dá)99.9%，說明其精準(zhǔn)度很高。根據(jù)式(2)推斷，>0.5 mm粒級(jí)煤炭的灰分每增加10個(gè)百分點(diǎn)，其密度提高0.102 g/cm3。該回歸方程對(duì)應(yīng)的直線如圖3所示。

圖3 >0.5 mm粒級(jí)煤炭的密度與灰分關(guān)系

通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)線性回歸方程的截距和斜率存在差異，這可能是由以下原因造成：煤泥與>0.5 mm粒級(jí)原煤本身存在差異；采樣、制樣、化驗(yàn)、檢測的過程中發(fā)生了隨機(jī)誤差；>0.5 mm粒級(jí)原煤的密度值為各密度區(qū)間的平均值，而煤泥密度值是通過實(shí)測得到的；煤泥與>0.5 mm粒級(jí)原煤的采樣不在同一時(shí)間段內(nèi)。

聯(lián)立式(1)和式(2)可得到下式：

1.189+0.016 9A=1.298+0.010 2A。

通過求解可得到A=16.27%，δ=1.464 g/cm3，由(16.27，1.464)構(gòu)成的點(diǎn)就是兩個(gè)線性回歸方程在同一坐標(biāo)系中的交點(diǎn)。

在灰分不同的條件下，通過兩個(gè)線性回歸方程分別計(jì)算出的密度值及對(duì)比結(jié)果如表4所示。由表4可知：交點(diǎn)附近的絕對(duì)差和相對(duì)差均極小，隨著灰分的增大，二者均增大；當(dāng)灰分<50%時(shí)，絕對(duì)差和相對(duì)差均較小，最大絕對(duì)差值為0.158 g/cm3，相對(duì)差值為9.23%；當(dāng)灰分在50%～80%之間時(shí)，絕對(duì)差和相對(duì)差均逐漸增大；當(dāng)灰分為80%時(shí)，二者的絕對(duì)差達(dá)值達(dá)到0.424 g/cm3，相對(duì)差值達(dá)到20.03%。

表4 兩個(gè)回歸方程計(jì)算出的密度值及對(duì)比結(jié)果

在選煤工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算中，煤泥密度主要用于以下兩個(gè)方面：

(1)煤泥水密度的換算。以梗陽選煤廠灰分為64.72%的一段濃縮機(jī)溢流為例，在其固體含量為20 g/L時(shí)，根據(jù)實(shí)測煤泥密度值2.22 g/cm3換算的百分濃度值為1.978%；如果根據(jù)>0.5 mm粒級(jí)原煤的密度-灰分回歸方程計(jì)算，煤泥密度值為1.960 g/cm3，換算的質(zhì)量百分濃度為1.981%，兩者絕對(duì)差僅為0.3%。

(2)煤泥堆積密度的預(yù)測。以梗陽選煤廠灰分為47.91%的尾煤沉降過濾式離心脫水機(jī)脫水產(chǎn)物為例，在其水分為16%、孔隙率為25%時(shí)，根據(jù)煤泥實(shí)測密度值1.91 g/cm3預(yù)測，其堆積密度值為1.25 g/cm3；如果根據(jù)>0.5 mm粒級(jí)原煤的密度-灰分回歸方程計(jì)算的密度值1.79 g/cm3預(yù)測，其堆積密度為1.19 g/cm3，二者的絕對(duì)差為0.06 g/cm3。

以上兩個(gè)應(yīng)用實(shí)例說明，當(dāng)工藝計(jì)算要求不是非常精確時(shí)，可以梗陽選煤廠>0.5 mm粒級(jí)原煤的密度-灰分線性回歸方程預(yù)測某灰分煤泥的密度。對(duì)于新建選煤廠，不可能預(yù)先得到煤泥的密度-灰分回歸方程，而>0.5 mm粒級(jí)煤炭的密度-灰分回歸方程相對(duì)容易得到，如果能夠用>0.5 mm粒級(jí)煤炭的密度-灰分回歸方程預(yù)測相應(yīng)灰分的煤泥密度，將會(huì)給設(shè)計(jì)工作帶來很大方便[10]。

3 結(jié)論

(1)對(duì)梗陽選煤廠16個(gè)具有代表性生產(chǎn)環(huán)節(jié)的煤泥密度和灰分測定發(fā)現(xiàn)，二者之間存在良好的正相關(guān)性；煤泥的灰分每增加10個(gè)百分點(diǎn)，其密度提高0.169 g/cm3。

(2)基于梗陽選煤廠>0.5 mm粒級(jí)原煤浮沉試驗(yàn)數(shù)據(jù)的密度-灰分回歸方程的精準(zhǔn)度很高，可以應(yīng)用于煤炭密度的預(yù)測；煤炭的灰分每增加10個(gè)百分點(diǎn)，其密度提高0.102 g/cm3。

(3)兩個(gè)回歸方程的截距和斜率存在差異，在工藝計(jì)算要求不是非常精確的條件下，可以采用>0.5 mm粒級(jí)煤炭的密度-灰分回歸方程預(yù)測不同灰分煤泥的密度。但是煤泥密度與灰分的這種正相關(guān)關(guān)系是否也適用于其他地區(qū)和煤種，是否也可以>0.5 mm粒級(jí)煤炭的密度-灰分回歸方程預(yù)測不同灰分煤泥的密度，還需要在更多選煤廠繼續(xù)探索。

[1] 許 華，常少雄，馬心兵，等.煤泥二次浮選、精煤泥兩段回收流程在梗陽選煤廠的應(yīng)用[J].煤炭加工與綜合利用，2015(5):1-6.

[2] 劉 順.選煤廠設(shè)計(jì)[M]. 北京：煤炭工業(yè)出版社,1987.

[3] MT/T 808—1999選煤廠技術(shù)檢查[S].

[4] GB/T 217—2008煤的真相對(duì)密度測定方法[S].

[5] GB/T 212—2008煤的工業(yè)分析方法[S].

[6] 許 華，常少雄，馬心兵，等.尾煤泥兩段濃縮、兩段回收工藝在梗陽選煤廠的應(yīng)用[J].煤炭加工與綜合利用，2015(9):1-5.

[7] 樊民強(qiáng).選煤數(shù)學(xué)模型與數(shù)據(jù)處理[M]. 北京：煤炭工業(yè)出版社, 2005年.

[8] 趙先華.分步釋放浮選曲線的修正及煤泥密度的確定[J].煤炭加工與綜合利用，2011(6)：4-8.

[9] GB/T 478—2008煤炭浮沉試驗(yàn)方法[S].

[10] 曲鵬程，張?jiān)；?煤的灰分與真相對(duì)密度之間的規(guī)律研究[J].煤炭科技，2013(3)；24-25.

Verification of positive correlation between density and ash of coal fines

WU Li-li1,WU Chao-dang2,DING Guang-yao2,XU Ying-fang2,LI Jian-gang1,WU Da-wei2

(1.Tangshan Guohua International Engineering Co., Ltd., Tangshan, Hebei 063020, China;2.Beijing Guohua Technology Group Co., Ltd., Beijing 101300, China)

In order to verify that the density and ash of coal fines assume positive correlation, study was made with samples collected from 16 representative process links at Gengyang Coal Preparation Plant. As evidenced by analysis of the relationship between the density and ash of coal fines, the 2 bear a fairly close correlativity. In case the accuracy of calculation of process parameters is not strictly required, the densities of coal fines with different ash contents can well be predicted using the density-ash regression equation of the >0.5 mm size fractions.

coal fines; density; ash; positive correlation

1001-3571(2016)01-0010-04

TD943

A

2016-01-10

10.16447/j.cnki.cpt.2016.01.003

武麗麗(1979—)，女，山東省煙臺(tái)市人，工程師，從事選煤工藝設(shè)計(jì)工作。

E-mail:ghkjsx@163.com Tel: 13303052668