烏東選煤廠重介質淺槽分選系統的分選試驗研究

王慶飛，齊 健，王洪兵

(國家能源集團新疆能源有限責任公司 烏東洗選廠，新疆 烏魯木齊 830027)

針對選煤行業發展，首先需要考慮的就是可持續發展戰略以及環保壓力。因為煤炭中存在有害物質，并且在加工利用以及燃燒環節都會存在不清潔利用，最終導致鋼廠、電廠等工業化生產之中就會有NOx、SO2以及粉塵顆粒等排入大氣之中，進而造成工業區霧霾壓力過大?；趯嶋H情況出發，在無法煤改氣的偏遠山村，就選擇使用“清潔煤”燃燒，其主要是通過脫硫、脫銷、除塵之后的煤。基于傳統煤炭加工，首先采取選煤的方式，直接將煤中大部分的硫分、燃燒之后的灰塵等去除，這就是采用的選煤去除方法。就相關學者研究，如匡亞莉在《選煤廠管理》之中提到：中國每年都會產生大量的煤矸石，并且因為無法合理的利用，從而堆積成大量的煤矸石山。最近幾年，部分企業開始從煤矸石之中提取有用物質，如硫鐵礦、高嶺土等，這一部分物質本身的密度明顯比煤矸石中其余物質密度高，可以選擇利用重介分選的方式來實現。所以，這就成為淺槽重介質分選機一種全新的利用方式。并且在這一分選過程中，輕產物成為了無用產物，但是其量較小，所以，就會導致溢流堰排走輕產物，進而帶來大量的能量浪費。本文通過了解洗選中心烏東選煤廠重介質淺槽分選系統的分選試驗，希望能滿足選煤廠日常生產需求。

1 重介淺槽分選機工作原理及優點分析

1.1 工作原理

重介淺槽分選機主要是通過重介質分選原理的使用，實現兩相流體之中不同密度礦物的沉降。密度低于重介質的物料會逐漸上浮，并且隨著流動的重介質直接流過溢流堰，直接成為精煤；密度高于重介質產品，就會逐漸沉降到分選槽底層，然后通過刮板實現淺槽槽體的刮出，進而滿足矸石的排出[1]。為了滿足正常分選的要求，在內部需要保持密度相對穩定，并且還能夠實現重介質懸浮液的均勻分布，通過泵分，將其分為2部分，然后分別送入相應的淺槽分選機內。對應的分選過程如圖1所示。

圖1 淺槽重介質分選機的分選過程Fig.1 Separation process of shallow tank heavy medium separator

1.2 優點

分選淺槽的主要優點：①分選上限高，入料粒度級寬，可以使大塊入料破碎率有明顯的降低，同時也可以滿足能耗的降低，實現產品水分的合理控制；②單臺設備擁有較大的通過能力，對于煤質波動的適應性較強，能夠將大量矸石排除，從而簡化工藝，減少基建投資和對應廠房體積；③有效分選時間短，次生煤泥最低，減少輕泥化程度，而且自動化程度較高，可以滿足自動調節需求；④結構簡單，方便操作；⑤煤炭運輸的無效運輸環節減少。

2 分選試驗分析

2.1 分選系統調試

(1)單機調試。單機調試囊括高效節能淺槽、排矸系統、介質泵、精煤排料系統，在設備進行1 h空運轉之后，針對運轉情況進行檢查，尤其要分析槽體供介時候槽體的漏介情況；針對排矸系統，則需要了解刮板運行情況，確認機體底部是否發生剮蹭現象；詳細檢查精煤排料系統排料輪的運轉情況，然后對于其本身是否和出料溜槽槽體接觸加以觀察，確保其能夠正常的運轉。如果確定設備能夠正常運轉，在處理好后就可以進行單機調試[2]。

(2)系統功能調試。首先，將一定量的清水直接注入到合介桶中，并將介質泵打開，實現自循環；然后添加磁鐵礦粉，實現對懸浮液密度的調節，要求達到1.6 g/cm3。在最初階段重介質懸浮液密度的調節中因為沒有添加煤泥，所以密度并不穩定，當一定量的煤泥添加進入之后，就可以讓密度本身區域穩定。然后將淺槽排矸系統電機開啟，并且與煤料排料系統電機相互對應，然后將介質泵的自循環閥門直接關閉，將重介質懸浮液直接注入到槽內，等待其液面上升到與精煤料裝置排料輪高度相互持平的高度，然后通過音叉密度級示數對應進行調節處理，之后再上升到介質管道的閘板閥，從而實現槽體之中上下密度的相對穩定，實現上升介質流速度的降低。在調節水平介質管閘板閥之后，就能夠將其速度直接調整到生產需求的速度。

(3)系統帶煤調試。對于淺槽給料，主要是利用人工的方式，直接將質量288 kg、粒度>6 mm的原煤添加到入槽體之中。

2.2 合介泵頻率與流量的關系

目前，針對流量計而言，其本身對于重介質懸浮液實際的流量檢測準確度還無法達標，其主要是采取計時、定量的統計法。針對介質循環系統，泵的功率大小主要是選擇使用變頻器來加以調節，這樣會直接影響重介質懸浮液的實際流量。因此，直接改變頻率大小，對不同頻率下介質從底部直接上升到出料口的高度(達到770 mm)時所需時間加以記錄，就能夠實現對具體流量大小的計算處理[3]。

試驗過程中主要是考慮到單因素三水平試驗方法的利用，不同頻率下其對應的上升時間記錄詳細結果見表1。

表1 不同頻率下重介質懸浮液流量大小Tab.1 Flow rate of suspension of heavy media at different frequencies

頻率和流量的關系如圖2所示。

圖2 頻率和流量的關系Fig.2 Relationship between frequency and flow

基于圖2的分析，變頻器頻率大小直接關聯到重介質懸浮液的流量，能夠滿足y=0.002x-0.044 3的線性關系。所以，在后續試驗中，基于不同排料方式下精煤介質泵工作頻率大小進行流量的計算。

2.3 水平流對分選產品的影響分析

在進行淺槽重介質分選機分選中，通過水平流決定介質循環量，當分選機直接強制性地添加精煤排料輪，理論上，能夠降低水平流，應考察實驗探究水平流是否會對分選的效果帶來影響[4-10]。一般主要是通過2種試驗進行分析：①不添加原煤，當上升流達到一定情況之后，了解在不同水平流流速情況下槽體兩部密度計密度差的大小。②添加原煤，實現不同水平流速下針對分選的有效處理，然后再了解理論結果和實際結果之間是否有差異性的存在。

(1)不加煤樣。不添加原煤，當上升流一定，分析不同水平流流速情況下槽體中密度計的密度差。針對單因素四水平技術，其所使用的差壓波密度計如圖3所示，水平流閥門如圖4所示。

圖3 差壓密度計Fig.3 Differential densitometer

圖4 水平流閥門Fig.4 Horizontal flow valve

通過單因素四水平的分析[11-15]，利用水平流閥門來降低水平流，并且調節上升流合介泵頻率，確保流速達到0.20 m/s的穩定狀態，同時觀察2臺密度計的實際差值(表2)。

表2 不同水平流速下放射源密度計差值Tab.2 Difference of radioactive source densitometer at different horizontal flow rates

通過表2分析，在改變合介泵頻率之后，當水平流流速降低，基于放射源密度計差值的合理分析，最終就能夠明確重介質懸浮液本身是否能夠處于穩定的狀態?；跀祿治鰜砜?，如果密度計差值在0.001 g/cm3之內，基本不會影響懸浮液的穩定性，也就說明改變了水平流大小，對于槽體之中的重介質懸浮液的穩定性不會產生太大影響。

(2)加入煤樣。首先，進行溢流堰排料方式的試驗，直接將介質泵后調節水平流與上升流閥門打開，確保上升流速度滿足分選所需，并且在保持不變的前提下逐漸提升水平介質的流速。同時注意對流速的控制，添加經過篩選的原煤，讓出料端溢流堰直接滿足分選的高度要求，這時大粒度輕產物就可以直接作為精煤產品，經過重介質懸浮液沖出槽體，直接在脫介篩中收集選擇后的精煤與矸石。并且要進行浮沉試驗，做好對應分配曲線的繪制，計算實際分選密度，得出可能偏差Ep值。針對不同頻率下合介泵的試驗結果，見表3。

表3 40 Hz頻率下的分配率計算結果Tab.3 Calculation of distribution rate at 40 Hz frequency

40 Hz頻率下分配率曲線如圖5所示。

圖5 40 Hz頻率下分配率曲線Fig.5 Distribution rate curve at 40 Hz

基于圖5分析可以看出，當分配率為50%時，實際分選密度達到1.645 g/cm3，和設定的分選密度沒有太大差異。并且通過公式實現Ep值的計算，其對應為0.045 g/cm3，基于分選評定，針對重介質分選，Ep值在0.02～0.06，能夠滿足標準要求。針對不同頻率下的分配率如下：①40 Hz時，選擇0.35%、1.88%、5.08%、11.91%、84.86%、99.72%；②35 Hz時，選擇0.30%、1.50%、3.17%、8.05%、90.18%、99.80%；③30 Hz時，選擇0.20%、1.12%、4.56%、13.56%、87.09%、99.96%；④25 Hz時，選擇0.15%、1.76%、4.83%、15.03%、80.26%、99.72%。

不同頻率下分配率曲線如圖6所示。

圖6 不同頻率下分配率曲線Fig.6 Distribution curves at different frequencies

基于對應的試驗結果分析，單因素水平流的流速并不是影響到分選的實際結果，并且所分配的曲線也可以滿足重疊的要求，Ep值在0.02～0.04，能夠滿足重介質選煤的要求。所以，當處于低流速狀態下，6 mm的顆粒也能滿足分選需求。

3.4 分選機的對比試驗

確保精煤排料系統得以正常的運行，可以滿足變頻器頻率的合理降低，促使浮選液密度達到穩定的狀態。上升介質的速度相同，讓水平方向的精煤產品可以正常排出；將水平介質的速度降至最低，實際的處理量要保持一致。精煤的2種排料方式主要包含了溢流堰式與排料輪式[16-20]，然后做好頻率的記錄，具體見表5。

表5 頻率與流量大小的關系Tab.5 Relationship between frequency and flow rate

基于表5分析，考慮到烏東選煤廠為溢流堰式，所以，能夠很好地節約成本，滿足本廠的基本效益要求。得到結論：①在水平流流速達到0.20 m/s，并且降低水平流流速達到0.142 m/s，淺槽重介質分選機之中的重介質循環介質能夠保持相對穩定，不會受到任何影響；②在上述的流速標準下，淺槽重介質分選機擁有良好的分選效果，并且不同流速下的分選效果良好；③因為分選效果進一步提升，對于最后的實際生產有了極大的幫助，各個方面的質量也得以提高，其排出的矸石可以用作于磚石加工等第三產品使用，實現了經濟效益的擴充，提高了烏東選煤廠市場競爭力。

4 結語

隨著時代的不斷發展，選煤廠對于煤炭行業的重要性得以凸顯。對于選煤廠來說，各個系統設備的正常運行關系到日常的運營，基于本文就洗選中心烏東選煤廠重介質淺槽分選系統分選試驗的分析，得到正確的結論，以此推動選煤廠的實際運行。

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