精細化控制提高重介旋流器分選效率的研究

摘 要：在末煤處理系統中重介旋流器是主要的分選設備。提高重介旋流器的分選效果對我廠的產品質量有較大的影響，為了優化重介旋流器的分選效果，我們要通過加入可實現自動控制的電氣設備如變頻器，壓力傳感器等，使分選的工藝因素隨原煤灰分的變化而自動變化。本文討論了在懸浮液密度和液固比等因素處在計算得出的固定最佳值時，根據原煤的灰分變化來調節入料壓力。這樣可以更精確的控制旋流器的工藝參數，減少精煤損失，對提高分選效果提高經濟效益有很好的實際意義。

關鍵詞：旋流器；液固比；入料壓力；灰分；分選效果

烏蘭木倫選煤廠始建于2003年6月，于同年10月份正式投入運行，本廠加工的原煤有侏羅紀煤、石炭紀氣煤兩個煤種，主要出產優質混煤，所用生產工藝采用重力選礦法，洗選用水實現了一級閉路循環。原設計規模為3Mt/a，后經過2011年的工藝改造后新加了-50mm末煤系統，現生產能力為6.6Mt/a。工藝改造加入的末煤系統對本廠的原煤入洗率有了很大的提升，產品品質也有了了較大的提高，其中重介旋流器對末煤系統的分選效果有較大的影響。

1 末煤系統工藝簡介

原煤經分級篩分級后，50mm以上進入塊煤系統，50mm以下經末煤入洗刮板轉載到末煤系統入洗，末原煤經固定篩、脫泥篩預先脫泥，50～2mm進入混料桶與重介混合，經混料泵打入重介旋流器進行分選，重介旋流器溢流出精煤，底流出矸石，精煤經固定篩及脫介篩脫介，經離心機脫水后經精煤轉載刮板轉載到混煤膠帶機上。矸石經脫介篩脫介后經矸石轉載膠帶機到1膠帶機。

2 重介旋流器

原煤是煤、夾矸煤、矸石等的混合物，其密度范圍一般為1.2～2.6g/L。把這種不同密度的混合物放人具有中間密度的重介質中，即可分出兩種不同密度級的產品：即低于重介質密度的浮物和高于重介質密度的沉物。浮物浮于重介質液面，沉物沉于分選槽的底部，通過機械或溢流將浮物和沉物分別排出，這就是重介質選煤。

實踐證明，在重力場中用重介質分選粒度小于6mm（或 3mm）的粉煤時，分選效果較差，分選1mm以下的物料時；效果更差。這是因為顆粒的沉降速度與顆粒直徑成正比，當粒度小于1mm時，沉降速度太小，以至于不能有效分選。為了降低分選下限，只有增加加速度。在離心力場中可使離心加速度比重力加速度大得多，從而大大強化對細粒難選煤的分選作用。例如，在重介旋流器內，當顆粒的旋轉半徑為100mm.、轉數為400r/min時，顆粒在該離心力場中的移動速度比在重力場中自由沉降速度高178倍。因此，在重力場中得不到很好分選的細粒級物料，在離心力場中可取得滿意的分選效果。重介質旋流器是目前最有效的末煤分選設備。

礦粒隨同懸浮液一起，在一定壓力下給入旋流器。旋轉運動中，在離心力作用下，位于包絡面里側的高密度礦粒便由中心向外移動，若礦粒密度高于包絡面處懸浮液密度，則該礦粒將穿過包絡面而進入下降介質流，并隨之下行，最后經底流口排出。反之，若礦粒密度小于包絡面處懸浮液的密度，如原來就位于包絡面里面的，則仍然停留在上升介質流中；若處于包絡面外側，由于重介質的浮力及向心介質流的作用，必將穿過包絡面向中心運動。最終，所有低于包絡面處懸浮液密度的礦粒，在上升介質流及向心介質流的掠獲下，從溢流口而去。所以，錐形包絡面上懸浮液的密度，就是礦粒在旋流器中的實際分選密度。但是，由于在整個包絡面上，懸浮液各點的密度并不相同，密度由上而下地逐漸增加。因此，礦粒在旋流器中的分選，可以看成是一個連續進行的多次分選過程，而分選密度依次逐漸升高。包絡面最下端的懸浮液密度，是礦粒在重介質旋流器內的最終分選密度。

3 重介旋流器運行時存在的問題

由于受礦井開采方式、煤層等因素變化等各種外在因素的的影響，其入洗煤質與設計時情況相比不太一致，而是處于變化之中。靠人工調試好的固定的工藝參數如入料壓力、固液比等等不能隨著變化的煤質做出相應的改變，從而不能達到理想的分選效果。廠里沒有安裝原煤灰分監測裝置，導致對入洗原煤的灰分無法實時監測，從而無法反饋該數值給PLC系統，從而無法實現配合入料泵變頻器對入料壓力進行精細化控制的目的。

4 影響重介旋流器的主要工藝因素

烏蘭木倫選煤廠新建末煤系統采用的重介旋流器為D48B-T241型克萊博斯旋流器，處理量Q=620t/h，V=2068m3/h。其直徑為1200mm。根據實際的分選目的，入料口、溢流口和底流口的尺寸分別為600mm、750mm、400mm。

4.1 懸浮液的密度

懸浮液密度是預先根據原料煤性質和產品品質要求，規定出分選密度，然后把懸浮液密度配制到這個規定值。分選過程中，當懸浮液密度超過這個規定值時，浮物灰分將超過要求的指標；而當懸浮液密度低于這個規定值時，則造成浮煤在沉物中損失量增大。因此，為了保證產品品質要求，必須保證懸浮液密度穩定。在實際生產中，懸浮液密度測定可用密度計進行測定。目前，在選煤廠較為普遍采用的是雙壓差密度計，并配有自動控制裝置對懸浮液密度進行自動控制。

在原煤煤質一定的情況下，通過對2～50mm的原煤進行浮沉試驗，結合浮物灰分、產率和錯配物含量，得出本廠重介質旋流器最佳分選密度。通過末原煤浮沉試驗，再結合可選性評定表確定出實際分選密度，當分選密度在1.6g/cm3時，末精煤灰分為11.51%，產率為93.83%，且此時錯配物含量最小，因此本廠末煤系統最佳分選密度為1.6g/cm3。

4.2 液固比

液固比就是懸浮液與礦粒的體積比。入料的液固比直接影響旋流器的處理量和分選效果。

（1）一般入料煤粒度較細時，要求離心系數大一些，即加大循環量，隨著液固比增大。但是循環量加大會使加重介質的濃縮作用加強，所以在介質較粗時，加大液固比反而會使分選效果變壞。

（2）在懸浮液穩定性較好時，分選效果隨液固比的加大而變好，因為減少了分選物料的體積濃度，加大了干擾沉降速度，減少了錯配物的含量。endprint

（3）通常介質細、濃度小、液固比大時分選好。因此在一般情況下采用4：1～6：1 的液固比比較適宜。但在此范圍內，為了滿足精細化控制的目的，我們還是通過實驗來更加精細化的分析出不同煤質對應的最佳分選液固比。

4.3 入料壓力

進料壓力越高，懸浮液進料速度就越快，旋流器的處理量就增加。這一點與分級用的水利旋流器相同。此外，進料壓力越高，離心力也越大，因此，在一定程度上增大進料壓力可以加速分選過程，提高分選效果。但隨著入料壓力增高，懸浮液本身的濃縮作用也加強，一方面增大礦粒實際分離密度，另一方面使旋流器中密度分布更加不均勻，反而降低分選效果。因此，壓力過大，對分選并不是有利的。所以，壓力增加時，應適當地加大底流口來調節排放量。此外，壓力增大還會增加動力消耗和設備的磨損。現在一般是無壓給料，給料壓力在0.05～0.1Mpa。對于具體的各個煤質對應的最佳給料壓力還是需要通過實驗、數據的處理來得出。

5 解決方法

在烏蘭木倫選煤廠中，重介旋流器的入料來源是2～50mm的末煤經過脫泥篩的篩上排料進入混料桶，同時合介桶里的合格介質由合介泵打入混料桶與末煤混合后，經混料泵打入重介旋流器進行分選。

5.1 加裝原煤灰分實時檢測系統

在末煤分選系統中，要根據末原煤的品質來調節入料壓力，使不同灰分的末原煤在其相應的入料壓力下進行分選，從而能夠達到最佳的分選效果，首先就要對末原煤的品質進行實時是監測，而烏蘭木倫選煤廠的末原煤入洗皮帶上沒有安裝灰分儀，所以我們首先得在末原煤入洗皮帶上安裝一臺灰分儀，從而使末原煤灰分得到實時的監測并反饋到集控系統。這樣我們就能夠通過末原煤灰分值反饋給旋流器給料泵的變頻器，使變頻器得到信號后，自動調節泵的轉速來滿足該原煤灰分下的最佳入料壓力，從而使分選效果達到最優化。

5.2 液固比的控制

在末煤系統中，重介旋流器的入料來源是桶中的合格介質通過合介泵打入混料桶與同樣給入混料桶的篩上物（2～50mm）攪拌混合后再有混料泵送入中介旋流器中進行分選的。

液固比可以通過兩種方式進行調節。一種是通過改變合格介質的添加量即改變懸浮液的給入量來控制，操作方法是給合介泵加裝變頻器，可以改變泵的轉速實現液固比的。另一種是通過控制原煤入洗量即改變礦粒的給入量來控制，操作方法是調節末煤入洗刮板前端的液壓插板來調節，在實際生產過程中，可根據實際情況來選擇調節泵的轉速或調節液壓插板調節液固比。如果入洗量按要求給定，可以按給定的入洗量來調節懸浮液密度即合介泵的轉速來改變液固比，如果入洗量需要調整我們通過調節液壓插板來改變液固比。總之保證液固比處在我們通過實驗和計算得出的最佳值附近就能實現分選效果的最佳化。

5.3入料壓力的控制

要控制給料壓力可以通過調節混料泵的轉速來實現，可以給泵加裝變頻器控制其轉速。在旋流器的入料口處加裝一只壓力傳感器，利用變頻器傳感器的配合使用，可很好地解決這一問題。洗煤生產中通過在旋流器入料口處加裝的液位傳感器實時監測入料壓力準確反映入料的壓力變化并輸出4～20mA標準信號至PLC模擬量輸入模塊，這樣便可在上位機上作出畫面實時監控旋流器入料壓力。系統起車時，PLC輸出4～20mA模擬量控制信號到變頻器，通過變頻器控制電機獲得計算得出的最佳入料壓力，當壓力小于最佳壓力時PLC輸出控制信號加速入料泵的轉速；當壓力大于最佳壓力值時，PLC輸出控制信號降低入料泵的轉速。從而實現了入料壓力可隨煤質灰分的不同而自動進行調節的目的。

6 結語

在末煤處理系統中，通過引入各種電氣設備，如變頻器、壓力傳感器、灰分儀等實現了在重介旋流器洗選過程中對工藝參數的自動控制。這樣可使重介旋流器在不同的原煤性質下，通過自動控制提供最佳的分選工藝因素。使分選效果更高效，更精細化。

參考文獻：

[1]賈洪福.礦山機械.如何提高三產品重介旋流器的入洗能力[J]. 2007（01）

[2]葛懷峰，展紅霞.重介工藝系統的改造及完善[J]. 煤炭加工與綜合利用.2003（02）

作者簡介：

曾紅久，男，漢族，1989年出生，四川遂寧人，畢業于內蒙古科技大學，礦物加工工程專業，本科生，助理工程師，主要從事選煤廠生產外運組織和工藝優化工作。endprint