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如何合理選擇重介旋流器選煤工藝？

大量的選煤廠生產(chǎn)實踐可以表明，重介旋流器選煤是目前我國應用最廣、效率最高的選煤方法，它以磁鐵礦粉作加重質(zhì)，在外加壓力產(chǎn)生的離心力場和密度場中，可使精煤、中煤和矸石得以有效分離。


重介旋流器選煤工藝按旋流器本身的結構分，大致可以分為有壓和無壓（按原煤入料方式分）、兩產(chǎn)品和三產(chǎn)品）按產(chǎn)品結構分）、大直徑和小直徑（按直徑大小分）；而按照分選粒級來分，可以分脫泥和不脫泥、分級和不分級等，由此一來，可以組合出十幾種不同的重介旋流器選煤工藝，那么，在選煤廠設計過程中，如何根據(jù)入選原煤的特點，結合廠型的大小來進行合理的選擇呢?


1、選前脫泥和不脫泥的合理選擇


目前運行的選煤廠中，脫泥和不脫泥工藝均有成功的先例，但爭論卻從未停止過，但究竟是脫泥好還是不脫泥好呢？本人認為應該根據(jù)入選原煤的煤泥含量和選煤廠的廠型大小綜合考慮。


重介懸浮液的粘度隨著固體體積濃度的增大而上升，一般認為重介旋流器選煤過程中，合適的固體體積濃度λ應該在15-35%之間，當λ<15%時，懸浮液的穩(wěn)定性不好，但當λ>35%時，懸浮液的粘度增大而不利于分選。根據(jù)這些經(jīng)驗數(shù)據(jù)，在重介旋流器選煤生產(chǎn)實踐中，應該如何根據(jù)原煤中的煤泥含量來確定是否需要選前脫泥入選呢？我們可以進行以下計算。


設定：磁鐵礦粉的密度為4.5 t /m3，煤泥的密度為1.5t /m3，合格懸浮液的固體體積濃度λ=30%，原煤和懸浮液的固液比為1：3.5，那么可以計算出當重介旋流器內(nèi)的固體體積濃度λ=35%時，重介旋流器的入料原煤中的最大煤泥含量以及懸浮液中煤泥含量變化，見下表。
 

 

從表中數(shù)據(jù)可以看出，在滿足懸浮液流變特性和穩(wěn)定性雙重要求的前提下，重介旋流器入料原煤中的最大煤泥含量在40%以上，因此說，一般情況下原煤選前不脫泥在理論上是可行的。


基于以上理由，本人認為當原煤中煤泥的含量不是太高，特別是煤泥含量<25%時，完全可以采用不脫泥分選工藝，大量的生產(chǎn)實踐完全可以證明這一點。


但是，當煤泥含量>25%時，是否就一定采用脫泥入選工藝呢？這還要結合一下廠型來考慮，對于1.20Mt/a以下廠型的選煤廠，重介旋流器直徑不大，對于粗煤泥具有較好的分選效果；在無需增加脫介篩臺數(shù)的前提下，適當加大脫介篩的面積，就可以保證較低的介耗，這種情況下，也還是可以采用不脫泥分選工藝的；因為此時如果采用脫泥入選的話，首先要增加脫泥篩，這就需要占據(jù)廠房空間，尤其是對于無壓給料重介旋流器來說，還需要增加廠房的高度；其次，由于脫泥作業(yè)需要大量的噴水，這會給煤泥水處理環(huán)節(jié)增加很大的負擔；第三，由于脫下來的煤泥未經(jīng)重介旋流器的預分選，使進入浮選作業(yè)的入料灰分增加，而且也會增加煤泥浮選作業(yè)的處理量。這相對于不脫泥入選而言，會增加不小的投資。


對于>1.20Mt/a廠型的選煤廠，如果煤泥含量不是很大，可以考慮配套煤泥重介分選環(huán)節(jié)，以彌補大直徑主選重介旋流器對煤泥分選效果差的不足；當煤泥含量較大時，則可以優(yōu)先考慮脫泥入選，但脫下來的粗煤泥要配套螺旋分選機或TBS干擾床分選機進行單獨分選，而不能簡單地直接進入浮選系統(tǒng)，因為浮選的最佳粒級在0.3mm以下，否則，會出現(xiàn)浮選尾煤跑粗的現(xiàn)象。


2、重介旋流器有壓給料和無壓給料的選擇


有壓給料重介旋流器的工作過程是：先將物料和重介懸浮液混合，然后通過渣漿泵打入旋流器中進行分選；無壓給料重介旋流器的工作過程是：重介懸浮液用渣漿泵打入旋流器，而物料由一定高度處自流進入旋流器中進行分選。


兩種旋流器的工作過程不同決定了其各有優(yōu)缺點：


（1）對于有壓給料重介旋流器分選過程而言，物料在混料桶中與重介懸浮液要經(jīng)過一定時間的浸泡，而且要經(jīng)過渣漿泵葉輪的高速撞擊，所以會產(chǎn)生矸石泥化現(xiàn)象，同時使次生煤泥量加大，從而影響重介懸浮液的密度、粘度等參數(shù)的變化，影響分選效果；同時，會使塊狀物料破碎嚴重，不利于保證塊煤的產(chǎn)率。但對于無壓給料重介旋流器的分選過程來講，重介懸浮液和物料是分開進入旋流器的，所以避免了物料與重介懸浮液的長時間接觸浸泡；同時，物料是自流進入旋流器內(nèi)，未經(jīng)渣漿泵葉輪的高速撞擊，因此，可以最大程度地減輕矸石泥化、減小次生煤泥量、減少塊煤破碎現(xiàn)象。


（2）對于有壓重介旋流器來講，由于物料要經(jīng)過渣漿泵打入旋流器中，所以容易產(chǎn)生泵和管路的堵塞現(xiàn)象，同時也會加大渣漿泵及管路磨損，從而加大生產(chǎn)檢修和維護量，使生產(chǎn)成本加大。但對于無壓重介旋流器而言，物料是自流進入旋流器中，因此可以避免以上問題。


（3）從重介旋流器內(nèi)懸浮液的密度場分布情況來看，在重介旋流器內(nèi)，徑向的密度由中心至器壁逐漸增大，也可以說粘度由中心至器壁越來越大。對于有壓兩產(chǎn)品重介旋流器或有壓三產(chǎn)品重介旋流器的一段而言，入選原煤最先給入旋流器外旋流，而輕產(chǎn)物必須進入旋流器的內(nèi)旋流才能成為精煤產(chǎn)品，然而，旋流器入料口處的外旋流粘度最高，輕產(chǎn)物（特別是小細度的輕產(chǎn)物）很難進入內(nèi)旋流，因而造成精煤損失量大。而對于無壓兩產(chǎn)品給料重介旋流器或無壓三產(chǎn)品旋流器的一段來說，入選原煤首先給入旋流器的內(nèi)旋流，此處懸浮液的粘度最低，那么輕產(chǎn)物就不會進入粘度更高的外旋流，因此精煤損失量?。煌瑫r，由于重產(chǎn)物排出口接近原煤入料口，更利于重產(chǎn)物及時排出，所以排矸能力強，適合分選含矸量大的原煤。


（4）保證重介旋流器穩(wěn)定工作的前提是穩(wěn)定重介懸浮液的密度，對于有壓重介旋流器而言，由于原料煤和重介懸浮液是混合在一起的，由于原料煤量的波動，要想準確測控重介懸浮液的密度存在一定的困難。而對于無壓重介旋流器來說，重介懸浮液和原料煤分別單獨給入旋流器中，懸浮液的性質(zhì)不受原料煤變化的干擾，因此要想測準懸浮液的密度很容易實現(xiàn)，更利于懸浮液的自動化控制。


3、重介旋流器兩產(chǎn)品和三產(chǎn)品的選擇


（1）當生產(chǎn)要求出三個產(chǎn)品時


分選煉焦煤時，由于對精煤產(chǎn)品的灰分要求比較嚴格，絕大多數(shù)情況下必須出精煤、中煤和矸石三個產(chǎn)品才能同時滿足精煤和矸石的灰分要求。


此時如果選擇兩產(chǎn)品重介旋流器，則必須用兩段兩產(chǎn)品旋流器，那么就需要兩套重介懸浮液制備及回收系統(tǒng)，造成生產(chǎn)系統(tǒng)復雜；其次，對于二段排矸用旋流器來說，需要配制高密度的懸浮液，會加大泵和管路的磨損，同時也會加大介質(zhì)損失量，使維護成本和加工成本加大。


選擇三產(chǎn)品重介旋流器，則可以用單一低密度懸浮液一次分選出合格的精煤、中煤和矸石三種產(chǎn)品，相對于兩產(chǎn)品重介旋流器來說，可以省去一套高密度重介懸浮液系統(tǒng)，這樣一來，工藝系統(tǒng)簡單、投資少，加工成本低。


（2）當生產(chǎn)要求出兩產(chǎn)品時


動力煤分選只需將矸石排除掉即可滿足市場對商品煤的質(zhì)量要求，且對產(chǎn)品的灰分指標要求不嚴格，當分選密度不太高，采用兩產(chǎn)品重介旋流器分選還是可以的，但如果分選密度太高，同樣存在管路磨損嚴重、介耗高的問題。


如果采用三產(chǎn)品重介旋流器，可以實現(xiàn)用低密度懸浮液實現(xiàn)高密度分選排出矸石的目的，具體來講，就是一段旋流器用低密度懸浮液進行分選，生產(chǎn)出低于合格精煤灰分的低灰分精煤；由于一段旋流器對懸浮液的濃縮作用，進入二段旋流器的懸浮液密度升高，從而分選出兩個產(chǎn)品，溢流是高于合格精煤灰分的高灰分精煤，底流作為廢棄的矸石產(chǎn)品；一段旋流器分選出的低灰精煤和二段旋流器分選出的高灰精煤一起合并為最終的合格精煤。如此一來，用三產(chǎn)品旋流器分選出兩個產(chǎn)品的操作方法，相比用兩產(chǎn)品旋流器分選出兩個產(chǎn)品而言，可以采用更低密度的懸浮液，從而可以減少管路磨損，降低介耗。


4、重介旋流器直徑大小的選擇


從重介旋流器的分選機理可知，礦粒在重介旋流器中受到的離心力與旋流器的直徑成反比，而礦粒在旋流器內(nèi)分離的時間與旋流器的半徑的三次方成反比，因此說，原煤在重介旋流器內(nèi)分選時，與旋流器的直徑具有十分密切的關系。當原煤粒度組成較細時，宜采用小直徑旋流器，以獲得比大直徑旋流器較高的離心力；而對于粒度較粗的原煤，則可以采用大直徑旋流器，在保證分選效果的前提下獲得大的處理量。


目前隨著煤炭資源整合力度的加大，新建選煤廠多數(shù)是大型的，因此，為了達到系統(tǒng)簡單化、設備大型化的目的，主選重介旋流器的直徑也在不斷加大，大直徑旋流器的研制也一直在進行中。然而一味地擴大旋流器的直徑，卻忽視了對細粒級原煤的分選效果，想要保證細粒級原煤能夠得到有效的分選，唯一的途徑就是需要提高旋流器的入料壓力，但是，過分提高旋流器的入料壓力，也將會給實際生產(chǎn)帶來諸如管路磨損嚴重、管理困難等一系列問題，同時在經(jīng)濟上也是不合算的。


因此，在選擇和確定重介旋流器的大小時，應綜合考慮原煤的處理量及粒度組成，不能只為達到大處理量就簡單地選用大直徑旋流器，當原煤粒度較細時，用2臺小直徑旋流器代替1臺大直徑旋流器不失為一種好的選擇，因為可以在不增加功耗、不增加廠房面積的前提下，既可以滿足大處理量的要求，又可以使細粒級的原煤得以有效的分選。目前，Φ1200/850重介旋流器經(jīng)過大量生產(chǎn)實踐的考驗，證明是最為成熟的，更大直徑的重介旋流器的研制是否必須值得思考。


5、結語


重介旋流器選煤是目前公認的分選精度最高的選煤方法，但在實際生產(chǎn)應用過程中，還應綜合考慮原煤的特性，如原煤處理量、原煤的密度組成及粒度組成等，在此基礎上選擇合適的重介旋流器及相應的工藝流程，才能真正發(fā)揮它的作用。