TZS-2700智能粗煤泥分選機(jī)在中心選煤廠的應(yīng)用

郭 通，王 軍，孫 健，侯玉茂，賀文鵬，孔春鵬

(1.新汶礦業(yè)集團(tuán)洗煤分公司內(nèi)蒙古區(qū)域公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 016299；(2.新汶礦業(yè)集團(tuán)洗煤分公司，山東 泰安 271219)

目前，由于在一般工業(yè)生產(chǎn)中常用重介旋流器的分選下限僅達(dá)到0.5 mm，浮選的分選上限也僅達(dá)到0.5 mm，而浮選的理想分選上限為0.3 mm，因此，介于浮選和重選之間粗煤泥的分選成為選煤行業(yè)面臨的一大難題。上海廟礦區(qū)中心選煤廠原設(shè)計(jì)采用TBS干擾床分選機(jī)進(jìn)行1.00～0.25 mm的粗煤泥分選，隨著采煤機(jī)械化程度的提高，原煤中煤泥含量不斷增加。TBS分選機(jī)自2008年建廠使用至今，已經(jīng)超過設(shè)備使用年限，設(shè)備老化、元器件磨損嚴(yán)重等問題造成其故障率高、分選精度低，增加了不必要的設(shè)備維修成本和人工投入，不僅造成企業(yè)效益損失，更造成煤炭資源的浪費(fèi)。針對(duì)這一情況，中心選煤廠選用了基于TBS分選機(jī)工作原理升級(jí)而來(lái)的TZS-2700智能粗煤泥分選機(jī)(以下簡(jiǎn)稱TZS)替換原有的TBS粗煤泥分選機(jī)。設(shè)備投用后，取得了良好效果，提升了粗煤泥分選的穩(wěn)定性，減少了人工操作，為企業(yè)帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)收益。

1 TZS分選機(jī)的安裝背景

上海廟礦區(qū)中心選煤廠總設(shè)計(jì)能力為7.0 Mt/a，主要入洗2個(gè)礦井生產(chǎn)的1/3焦煤、氣肥煤。選煤廠洗選系統(tǒng)分兩期建設(shè)，一期設(shè)計(jì)能力3.0 Mt/a，二期設(shè)計(jì)能力4.0 Mt/a，兩期系統(tǒng)使用的分選工藝基本相同，均為原煤升井后在礦井經(jīng)動(dòng)篩車間破碎至100 mm以下粒級(jí)后轉(zhuǎn)運(yùn)至選煤廠經(jīng)脫泥篩分級(jí)，篩上1.0～100 mm原煤采用有壓兩段兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選；篩下煤泥經(jīng)分級(jí)旋流器處理后，底流0.25～1.00 mm粗煤泥采用TBS分選系統(tǒng)，溢流小于0.25 mm煤泥采用浮選柱分選；浮選尾煤泥壓濾回收。精煤產(chǎn)品由重介精煤、TBS精煤和浮選精煤組成，主要作為煉焦用煤。

由于入洗煤種復(fù)雜多樣，原煤粒度組成、密度組成變化明顯，加上選煤廠粗煤泥分選系統(tǒng)使用年限較長(zhǎng)，密度儀、錐形閥及紊流板等元件經(jīng)常發(fā)生故障，造成粗煤泥系統(tǒng)分選效果極不穩(wěn)定，生產(chǎn)的粗精煤泥灰分波動(dòng)范圍大。以1/3焦煤為例，選煤廠生產(chǎn)的氣肥精煤灰分要求為7.5%～8.0%，而采用TBS分選得到的粗精煤產(chǎn)品灰分范圍為6.5%～11.0%，嚴(yán)重影響精煤產(chǎn)品質(zhì)量和精煤產(chǎn)率。為有效提升粗煤泥系統(tǒng)分選效果，中心選煤廠選用TZS智能粗煤泥分選機(jī)替代原有TBS粗煤泥分選機(jī)進(jìn)行粗煤泥分選，以穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，減少精煤損失。

2 TZS設(shè)備結(jié)構(gòu)和工作原理簡(jiǎn)述

2.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

TZS分選機(jī)由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、耙架、觀察平臺(tái)、入料井、筒體、探測(cè)器、紊流板和擾動(dòng)器等組成，如圖1所示。

圖1 TZS分選機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)示意

2.2 工作原理

TZS分選機(jī)工作原理如圖2，其從原有TBS分選機(jī)改進(jìn)而來(lái)，同樣是利用槽體底部具有一定壓力的上升水流在槽內(nèi)產(chǎn)生紊流作用來(lái)分選粗顆粒物料(0.15～2 mm)的干擾沉降式分選機(jī)。

圖2 TZS分選機(jī)工作原理示意

當(dāng)上升水流以預(yù)定的壓力和流速送到壓力箱，再通過紊流板從壓力箱均勻地分散到TZS箱體底部，干擾床的下部形成由懸浮顆粒組成的床層，該床層中顆粒物高度富集，形成自生介質(zhì)。顆粒在下降過程中相互干擾，在懸浮物中形成不同的密度梯度，以限制物料通過底流。

物料進(jìn)入TZS后分層，粗或重的物料集中于槽體的底部，細(xì)物料和全部輕物料則朝上部走；隨著新物料的給入，細(xì)而輕的物料通過溢流堰到溢流水槽；沉降到底部大而粗或重的物料，經(jīng)過TZS核心裝置即耙架驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，將高密度物料由邊緣向中心匯集，從尾礦口排出，避免尾礦在分選機(jī)內(nèi)部沉積，使排料過程更為均勻、連續(xù)。

入料中的顆粒在分選機(jī)中做干擾沉降運(yùn)動(dòng)，由于顆粒之間密度的不同，使干擾沉降速度存在差異，從而達(dá)到分選的目的。

尾礦口安裝智能控制閥，由PLC控制器自動(dòng)控制。探測(cè)器浸入到TZS槽體內(nèi)的紊流層一定計(jì)算高度，用于連續(xù)監(jiān)測(cè)槽體內(nèi)的密度，一旦床層密度低于或者超過預(yù)先設(shè)定值，控制器即送出1個(gè)4～20 mA的信號(hào)到控制閥。通過控制閥來(lái)關(guān)閉或開啟尾礦口排料直至床層密度接近或達(dá)到預(yù)先設(shè)定值。執(zhí)行器能在0～200 mm范圍內(nèi)自由、平穩(wěn)地運(yùn)動(dòng)，閥門可任意定位。

尾礦智能控制閥出口連接尾礦排料泵，排料泵將定壓水箱內(nèi)清水抽出，對(duì)尾礦進(jìn)行稀釋作用，排料泵可根據(jù)床層密度自動(dòng)調(diào)節(jié)工作頻率，調(diào)節(jié)排料速度，約束排料閥放料量，更有利于床層密度控制。

3 安裝與調(diào)試

3.1 設(shè)備的安裝需求

(1)與TBS分選機(jī)比較，TZS分選機(jī)需要更高的空間來(lái)放置耙架驅(qū)動(dòng)裝置。

(2)定壓水箱要求安裝高度高于TZS分選機(jī)主體。

(3)尾礦排料泵出料管道要求最高點(diǎn)高于定壓水箱高度，以減少設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)水箱內(nèi)清水壓力對(duì)排料泵流量的影響。

3.2 設(shè)備操作界面及功能

TZS分選機(jī)操作界面如圖3所示。

1—擾動(dòng)器控制欄，主要功能為控制擾動(dòng)器轉(zhuǎn)速，實(shí)際頻率可根據(jù)需要自行設(shè)定；2—排料泵控制欄，控制排料泵的工作狀態(tài)；3—系統(tǒng)后臺(tái)控制參數(shù)；4—尾礦控制閥門，最大開啟度建議不超過40%，防止放礦過快，影響桶內(nèi)料層的穩(wěn)定；5—供水參數(shù)顯示欄；6—尾礦泵稀釋水設(shè)定；7—供水參數(shù)控制欄，根據(jù)生產(chǎn)指標(biāo)，調(diào)整供水流量和壓力。穩(wěn)壓水箱補(bǔ)水閥門控制欄；8—穩(wěn)壓水箱液位控制閥門；9—密度探測(cè)器密度設(shè)置欄

3.3 調(diào)試與試運(yùn)轉(zhuǎn)

中心選煤廠在TZS分選機(jī)安裝完成后，結(jié)合粗煤泥系統(tǒng)配套設(shè)備工藝參數(shù)，指定了擾動(dòng)器工作頻率、供水泵壓力和流量、穩(wěn)壓水流量等參數(shù)，主要對(duì)TZS的分選密度、尾礦閥、尾礦泵控制參數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)。經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)TZS分選機(jī)適用于中心選煤廠入洗煤種的主要工作參數(shù)，設(shè)定值如表1所示。

表1 中心洗煤廠TZS分選機(jī)工作參數(shù)

擾動(dòng)器工作頻率控制擾動(dòng)器轉(zhuǎn)速，從而控制桶底煤泥的收集速度，一般在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)控制為45～50 Hz，根據(jù)尾礦量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

供水泵工作頻率與供水流量、供水壓力成正比。頻率值上限需要考慮TZS上下游環(huán)節(jié)處理量，當(dāng)供水流量過高時(shí)，TZS精礦桶和尾礦桶可能發(fā)生冒桶事故，同時(shí)影響供水箱液位控制；頻率過低時(shí)則會(huì)造成干擾水壓力過低，床層密度提升困難，影響浮料效率。

尾礦排料泵調(diào)頻上限根據(jù)排料閥門調(diào)節(jié)范圍設(shè)置，不能使尾礦排料速度過快，影響床層密度穩(wěn)定；調(diào)頻下限一般不能低于15 Hz，否則會(huì)造成排料管道堵塞，根據(jù)尾礦量和濃度還可適當(dāng)提高調(diào)頻下限。

定壓水補(bǔ)水流量不能低于20 m3/h，否則尾礦濃度過高時(shí)會(huì)造成管道堵塞和壓泵事故；流量上限則需要考慮尾礦桶處理量，當(dāng)流量過高時(shí)會(huì)造成冒桶事故。

尾礦排料閥門必須有一定的最小開度，確保尾礦可以連續(xù)排出，不會(huì)在排料口堆積；開度上限值應(yīng)保證在此開度下，床層密度可以平緩降低，不會(huì)出現(xiàn)突降而影響床層穩(wěn)定，需要在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中不斷調(diào)試。

TZS分選機(jī)密度計(jì)精度為0.005 g/cm3，在實(shí)際探測(cè)密度與設(shè)定密度值差值超過0.005 g/cm3時(shí)，探測(cè)器會(huì)反饋密信號(hào)給執(zhí)行裝置，調(diào)節(jié)尾礦排料閥開度和尾礦泵工頻，從而控制底流排料量，調(diào)節(jié)床層密度。通過執(zhí)行器的計(jì)算參數(shù)設(shè)置可以調(diào)節(jié)排料閥和尾礦泵的調(diào)節(jié)速度，計(jì)算參數(shù)的設(shè)置要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試效果判定，調(diào)節(jié)速度過低時(shí)，床層密度調(diào)整過程緩慢，可能出現(xiàn)長(zhǎng)期過高或長(zhǎng)期過低的情況，影響產(chǎn)品質(zhì)量；而調(diào)節(jié)速度過高時(shí)，床層密度上下波動(dòng)較大，不利于床層穩(wěn)定，會(huì)造成精礦損失。

床層密度根據(jù)洗選產(chǎn)品的精礦和尾礦的灰分指標(biāo)進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)密度設(shè)定較高時(shí)，床層中的高灰分細(xì)顆粒物料也會(huì)從溢流排出，造成精礦灰分升高，而密度較低時(shí)，尾礦中的低密度級(jí)物料增多，造成尾礦灰分降低。

4 工藝性能評(píng)定

安裝調(diào)試工作完成后，中心選煤廠對(duì)TZS分選機(jī)依據(jù)國(guó)標(biāo)進(jìn)行了工藝性能評(píng)定，結(jié)果如表2所示。

表2 TZS入料及產(chǎn)品浮沉試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果顯示TZS分選機(jī)數(shù)量效率可以達(dá)到96.96%，不完善度僅為0.058 g/cm3，分選效果十分理想。中心選煤廠使用TZS分選機(jī)后，粗煤泥分選系統(tǒng)數(shù)量效率提升接近5%，減少了精煤損失量，精煤產(chǎn)量增加約2.8 Mt/a，按精煤價(jià)格650元/t計(jì)算，中心選煤廠每年可增加經(jīng)濟(jì)效益1 820萬(wàn)元。

表3 TZS分配率計(jì)算

表4 計(jì)算入料浮沉試驗(yàn)結(jié)果

表5 TZS錯(cuò)配物計(jì)算

圖4 計(jì)算入料可選性曲線

表6 TZS工藝效果評(píng)定

5 結(jié) 語(yǔ)

中心選煤廠在TZS分選機(jī)的實(shí)際使用過程中，根據(jù)自身工藝特點(diǎn)和入洗原煤性質(zhì)，對(duì)設(shè)備安裝方式、洗選參數(shù)進(jìn)行了有效調(diào)整，取得了良好的應(yīng)用效果。TZS分選機(jī)作為TBS分選機(jī)的改良產(chǎn)品，攻克了TBS分選機(jī)底流排料不均、床層密度不穩(wěn)定的技術(shù)難題，對(duì)于0.25～1.0 mm粗煤泥分選有良好應(yīng)用效果，不僅精煤產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性和回收率都得到了穩(wěn)定提升，而且減少了崗位工工作量和維修成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。