原料煤選前潤濕方式的選擇與設計

汪春筍

(江蘇省第一工業設計院有限責任公司，江蘇 徐州 221000)

重介質選煤分選精度高，特別是低密度分選優質低灰精煤時，其優越性更是遠遠超過跳汰選煤。我國煤炭具有中間密度產物高，可選性偏難的特點，這一國情對分選精度提出了更高的要求[1-2]。自20世紀80年代，我國選煤科研工作者開始致力于研究重介質旋流器分選技術，在前蘇聯有壓三產品重介質旋流器分選技術的基礎上，不斷進行引進、仿制、改進工作，研制出具有自主知識產權的無壓給料三產品重介質旋流器，走出了一條具有中國特色的選煤技術路線。煤炭行業的黃金十年為這項技術的推廣奠定了基礎，目前多數煉焦煤選煤廠都已采用原料煤不脫泥、不分級的分選工藝，該工藝核心是無壓給料三產品重介質旋流器[3]。無壓給料與有壓給料相比，具有工藝較簡單，依靠物料自重給入，無脫泥和混料過程的優勢。隨著重介質旋流器大型化的發展，原料煤處理量大幅增加，提升了原料煤選前潤濕環節的重要性，因此，配套相應的高效選前潤濕方式十分重要，為了保障較高的分選精度，無壓給料工藝中引入原料煤選前潤濕環節，為無壓給料三產品重介質旋流器高精度分選提供了必不可少的保障作用。

1 原料煤選前潤濕的重要性

原料煤選前潤濕包括潤濕混合和預先旋流兩部分。對于不脫泥、不分級入選的選煤廠而言，當水分低、粉煤多的原料煤直接進入旋流器時，易出現“結團”現象，即因潤濕張力作用使得密度不等的顆粒相互包裹在一起，不利于物料分離[4-5]。潤濕混合作用有助于原料煤與潤濕液充分接觸、混合分散，有效避免原料煤的“結團”現象，特別是原料煤處理量大時，效果更為明顯。另一方面，增加選前預先旋流裝置，使得原料煤在進入旋流器前，已經具有足夠的離心切向力，為高效率分選創造條件。若原料煤選前潤濕不充分，則易出現“結團”現象，生產過程中也易出現精煤帶矸石，嚴重影響精煤質量。

2 潤濕液的選擇

為了實現不脫泥、不分級無壓給料三產品重介質旋流器的高效分選，高質量的選前潤濕是實現的前提和基礎。原料煤選前潤濕有多種方式，需要結合工程設計經驗加以區別和選擇。因此，在選煤廠工程設計時選擇合適的選前潤濕方式尤為重要，也是精煤產品質量能否穩定的關鍵因素。

循環水是常見的一種潤濕液，一般多見于20世紀建造的選煤廠，這是由時代的技術局限性造成的。無壓給料重介質旋流器推廣及大型化初期，鮮有與之配套的合格介質泵在保障重介質旋流器入料壓力的前提下提供多余的合格懸浮液用于原料煤選前潤濕，只能采用循環水來進行原料煤的選前潤濕，該方式雖然能夠解決原料煤“結團”問題，但大量的水從入料漏斗進入旋流器中，影響重介質旋流器的分選密度，不利于分選；另一方面，為了穩定合格懸浮液密度，只能通過增大分流量將這部分循環水排出合格介質循環系統，排出的懸浮液進入稀介系統后增加了磁選機的入料量，若磁選機處理量不足，將會增加介耗[6]。

隨著技術的進步，目前合格介質泵已能夠提供足夠的密度穩定的合格懸浮液對原料煤進行選前潤濕，不僅不會引起旋流器內密度場的變化，而且為原料煤的分選創造穩定的分選條件。當原料煤采用合格懸浮液潤濕時，可保證原料煤與懸浮液充分接觸。從實際生產效果來看，潤濕液采用合格懸浮液效果更好。

3 常用的原料煤選前潤濕方式

三種常用的原料煤選前潤濕方式為：刮板輸送機潤濕、旋流噴射式潤濕、跌落式潤濕。

3.1 刮板輸送機潤濕方式

刮板輸送機潤濕方式示意圖如圖1所示。噴水裝置噴出一定量潤濕液，將合格懸浮液和原料煤在刮板輸送機中間槽體內進行混合潤濕。在實際生產過程中，刮板輸送機易發生跳鏈、斷鏈事故，不僅原料煤潤濕效果差，鏈條磨損嚴重，更換頻繁，材料成本高，同時存在安全隱患等問題，嚴重影響了選煤廠的正常生產。因此，目前該潤濕方式應用已不多見。

1—噴水裝置；2—刮板輸送機中間槽；3—刮板輸送機機頭；4—圓錐入料漏斗；5—重介質旋流器

3.2 旋流噴射式潤濕方式

旋流噴射式潤濕方式示意圖如圖2所示。旋流噴射管設有可調節流量的閥門，可將一定壓力的潤濕液沿入料漏斗切向給入旋流噴射管，將合格懸浮液和入料原料煤進行混合，從而達到潤濕和預分選的目的[7]。該方式使原料煤在進入旋流器之前，就已獲得離心切向力，起到預先分選的作用，該潤濕方式操作相對簡單，應用也較為廣泛。但也存在潤濕液與原料煤接觸、混合時間較短，難以充分混合的問題，同時旋流噴射管切向位置對潤濕裝置結構設計要求較高。

1—入料漏斗；2—旋流噴射管；3—重介質旋流器

3.3 跌落式潤濕方式

跌落裝置潤濕方式示意圖如圖3所示。噴水裝置設有可調節流量的閥門，噴出一定量的潤濕液，通過原料煤和合格懸浮液在跌落裝置內部反復跌落，進而達到潤濕原料煤的目的。該潤濕方式結構簡單，易于觀察潤濕狀況，同時可實現原料煤全斷面潤濕[8]。

1—噴水裝置；2—跌落裝置；3—圓錐入料漏斗；4—重介質旋流器

4 潤濕方式的設計優化

隨著選煤設備大型化的發展，大直徑無壓給料三產品重介質旋流器的應用越來越廣泛，因此對原料煤進行充分潤濕十分重要[9-11]。

(1)對刮板輸送機潤濕方式而言，當原料煤入選量增大時，需要提高刮板機寬度和速度來增大運量，但易導致中間槽內煤層增厚，原料煤與潤濕液接觸不充分、潤濕時間短。

(2)對旋流噴射潤濕方式而言，除潤濕混合時間較短外，當入料漏斗的煤量增大時，勢必要加大入料漏斗結構尺寸，提高旋流噴射的壓力，才能保證原料煤與合格懸浮液充分潤濕。

(3)對跌落裝置潤濕方式而言，入選量增大同樣會發生煤層增厚且在跌落裝置里接觸不徹底、潤濕不充分的問題。

通過上述對比分析，當入選量大時，這三種潤濕方式均存在一定的缺點，為此，針對原料煤選前潤濕提出了鋸齒混合板+旋流噴射潤濕的優化方案(圖4)。

由圖4可知，噴水裝置設有可調節流量的閥門，將一定壓力的潤濕液噴到原料煤后，兩者一起落到鋸齒混合板上，合格懸浮液和原料煤在凹凸不平的鋸齒板和豎向切割板的作用下上下翻轉、左右分割，不斷混合，然后進入圓錐入料漏斗，利用旋流噴射管獲得較強的切向力，在圓錐入料漏斗中將合格懸浮液和預潤濕原料煤充分混合，以達到充分潤濕和預分選效果。設計時，預潤濕裝置上方設置有觀察孔，以便觀察圓錐入料漏斗內旋流噴射的潤濕程度，及時調整旋流噴射管流量，同時將圓錐入料漏斗設計成法蘭連接的兩部分，以便于安裝和替換[12]。

1—噴水裝置；2—預潤濕裝置；3—圓錐入料漏斗；4—旋流噴射管；5—重介質旋流器

在預潤濕裝置中，鋸齒板增加合格懸浮液與原料煤的接觸次數，豎向切割板強制使合格懸浮液與原料煤混合。在圓錐入料漏斗中，預潤濕的原料煤從旋流噴射管獲得較強的切向力。該潤濕方式不僅具有操作簡單，易于觀察，維護方便等特點，而且克服了三種常用的原料煤選前潤濕方式的缺點，實現原料煤與合格懸浮液充分混合，提供穩定的密度場及離心力場，為原料煤的高精度分選創造有利條件。

5 結語

隨著我國選煤廠智能化進程的不斷推進，對適合智能生產的高效原料煤選前潤濕方式提出了更高的要求。在選煤廠工程設計中，常常忽略原料煤選前潤濕環節的重要性，造成精煤帶矸石等常見指標問題。為此，在對潤濕液選擇和潤濕方式比選的基礎上，結合選煤工程實踐經驗，設計出一種更為高效的原料煤選前潤濕方式，即鋸齒混合板+旋流噴射潤濕，從而為大型無壓給料三產品重介質旋流器高精度分選提供前提條件，有利于保障精煤產品質量，提高選煤廠經濟效益。