選煤廠重介質分選系統的優化改造及應用

呂真星

山西鋪龍灣煤業有限責任公司 山西 大同 037000

為提高重介旋流器工作效率，部分學者對重介旋流器工作參數、結構進行改造并針對性提出增強重介旋流器穩定性及分選精度方案；部分學者提出減少旋流器介質循環量、調整旋流器入介口尺寸以及提升入料壓力等措施提高分選精度；部分學者提出增加混料泵葉輪通道以及改造混料筒結構等方式解決重介旋流器穩定性偏低問題，或者對重介旋流器溢流管、底流管及堆體角度等改造，解決精煤、中煤產品夾矸偏高問題。對于降耗方面，研究主要集中在提升脫介能力，如采用新型弧形篩、改造回收工藝或者采用新型弧形篩等。上述研究成果為提高選煤廠重介分選系統工作效率以及運行可靠性等提供了寶貴借鑒經驗。鋪龍灣選煤廠大塊原煤（粒徑 200～50 mm）采用淺槽排矸，50～0.3 mm 原煤采用重介旋流器分選，粒徑 0.3 mm 以內原煤浮選，得到的尾煤通過壓濾機處理，全廠可實現洗水閉路循環。選煤廠生產期間重介分選系統面臨介質回收系統工作效率偏低、跑介量偏高等問題。本文分析重介分選系統存在問題，并提出改進措施，以期在一定程度提升選煤廠生產效率。

1 重介分選系統存在問題

1.1 預分選系統運行不穩定

選煤廠重介分選系統為重介旋流器，預分選裝置是重介旋流器進行預先處理的主要設備，介質液、原煤混合，實現分選原煤浸潤以及預分選。在洗選時原煤經預分選系統處理，常出現物料堵塞情況，影響分選精度、穩定性；同時浸潤桶磨損較大，需頻繁更換浸潤筒。由于浸潤桶上浸潤管安裝高度較高，拆除時操作空間受限，浸潤筒更換難度大，因此需要對預分選系統進行優化，避免物料堵塞、減少浸潤桶磨損及提升重介系統運行可靠性。

1.2 高頻篩跑粗問題嚴重

重介分選系統中高頻篩主要用以精煤等脫水，選煤廠使用的高頻篩篩板為復合篩板，在篩板兩側使用硬木壓篩，篩上物容易通過篩框（壓篩木）與篩網間縫隙進入篩下水，增加跑粗，同時增大煤泥水處理系統負載。煤泥水中大粒徑煤泥分選難度大，藥劑消耗量高，統計發現浮選精煤產率為 7.6%、浮選藥劑消耗量為 0.96 kg/t。高頻篩篩板容易堵塞，現場應用時需頻繁更換篩網，增加生產成本并影響生產效率。

2 重介分選系統改造優化

2.1 預分選系統的優化

為解決重介分選系統堵塞，需增加預分選系統處理能力，預分選系統處理能力影響因素包括有浸潤管管路設置方式、原煤給料方式以及介質液進料方向等。

2.1.1 原煤給料方式優化

預分選結構有內、外旋流區兩個運動區域，若落入內旋流區則無法起到分選作用；若落入到外旋流區則可起到相應的分選效果，同時降低湍流及入料口短路影響，若在外旋流區給料，則可明顯提高預分選系統處理能力。因此在預分選系統浸潤筒前增設分料盤，分散入料并使得入料落點集中在浸潤筒外旋流區域，提高預處理效果。

2.1.2 管路系統優化

重介分選系統有大合介、小合介兩個管路并沿切線方向為重介旋流器提供介質液。分選效果與介質液提供的離心力密切相關。離心力可通過式（1）計算：

式中：Fc為離心力，N；m為入料顆粒質量，kg；R為旋流器直徑，mm；Vt為介質液切向速度；K為修正系統，無量綱；H為給料壓力，MPa；g為重力加速度，m/s2。

結合式（1）、式（2）得知，給料壓力越大，則預分選效果越好。大合介、小合介管路流量分別為1000m3/h、400m3/h，介質泵揚程分別為45m、55m，同時受管路磨阻損失沿程損失等影響，出口壓力往往在0.2MPa以內，從而引起介質液切向速度過低、給介量偏少。為提高介質液出口壓力并節省優化改造成本，將介質液連接口由大合介管路改為小合介管路，提高介質液出口壓力；將浸潤管加工成2個部分并通過法蘭連接，既方便維修又能解決浸潤管堵塞后拆卸困難問題。

2.1.3 介質液給液優化

預分選處理能力與介質液切向速度、軸向速度相關。介質液軸向速度越大，則原煤與介質液混合效果越好，入料流量越大則旋流器處理效能越大。在保持介質液出口壓力不變情況下，介質液切向及軸向速度分配與介質液進入角度密切相關。具體介質液進入浸潤筒最佳角度可通過式（3）計算：

式中：θ為介質液進入浸潤筒最佳角度，（°）；h為入口與底流口間距離，m。根據現場情況，取h=0.835m、H=0.264MPa，將上述參數帶入式（3），即可求得θ=5°。重介系統原有介質液進入浸潤筒內角度為 0°，現將介質液進入浸潤筒內角度優化為 5°。圖 1 為在相同條件下入料角度 分別為 0°、5°時介質液切向速度分布示意圖。

從圖1中看出，隨著與浸潤筒壁間距增加，介質液切向速度呈現先增加后降低趨勢，在主要分選區位置（外旋流區），5°入料角度的切向速度要明顯高于0°入料角度。因此，將介質液進入到浸潤筒角度由0°優化至5°，從而達到提高重介系統分選效果目的。

圖1 入料角度分別為 0°、5°時切向速度分布示意圖

2.1.4 增強耐磨

浸潤筒在高速運動介質液作用下磨損嚴重，同時為提升分選效果，小介質泵接入到預分選結構，會進一步增大入料壓力，加速浸潤筒磨損。經過技術調研，決定在浸潤筒表面粘貼一層耐磨陶瓷片作為保護層，提高浸潤筒使用時限。

2.1.5 高頻篩的優化

為解決原有高頻篩與篩框（壓篩木）與篩網間縫隙跑粗、使用時限短等問題，優化焊接篩板。提升開孔率、降低灰分、改善性能，使用篩條背寬1～1.2 mm、開孔率增幅超過 100%并增強使用壽命。篩板邊用聚氨酯材料包邊，鍥子由硬木改為高分子聚乙烯材質，從而使得側邊篩框與篩板緊密接觸，解決高頻篩使用時面臨的跑粗問題。為增強高頻篩脫水效果，增加高頻篩出料端高度，將出料端原有0°改為 -2°出料，使得出料端有一定坡度。將壓篩篩板由原本的平板式改為擋水式，增加物料在弧形篩上時間、提升脫水效果。

3 現場應用效果分析

對選煤廠重介分選系統進行優化后，可避免物料堵塞問題且增強物料處理能力。當采用的浸潤管壓力為 0.28 MPa 時，重介旋流器處理能力達到316.45 t/h，精煤污染率、中煤損失率以及矸石損失率分別為1.5%、2%及 0.5%，重介分選系統工作效率得以顯著提升。具體優化前后統計結果見表1。

表1 優化前后處理效果

4 結束語

（1）通過增設分料盤，改善原煤入料方式使得物料落料點集中在浸潤筒外旋流區，提高分選效果；將浸潤管接口直接接入到小合介管路，提高浸潤管路入介壓力；將浸潤管改為兩端并通過法蘭連接，降低后續維護難度及工作量；將原有的介質液進入到浸潤筒角度由 0°優化至 5°，提高系統分選效果；在浸潤筒內側粘貼耐磨陶瓷，降低浸潤筒磨損程度。優化高頻篩，提高篩分以及脫水效果。

（2）現場應用后，重介分選系統工作效率及可靠性等均得以顯著提升，入選原煤處理能力增至316t/h，精煤回收率提升0.5%，同時電能消耗以及中煤損失等均明顯降低，現場應用取得顯著優化效果。