安居煤矿选煤厂无压三产品重介旋流器改造实践

王小楠，张光伟，蒋钢正，翟德平，葛家君，丁纪禹，汪 强

(1.济宁矿业集团有限公司，山东 济宁 272000；2.威海市海王旋流器有限公司，山东 威海 264203；3.济宁矿业集团有限公司 安居煤矿选煤厂，山东 济宁 272000)

1 概 况

安居煤矿选煤厂为设计年入洗能力120万t的矿井型炼焦煤选煤厂，隶属于济宁矿业集团。原煤经洗选后作炼焦配煤，副产品作为动力煤。现场设计工艺为大于50 mm块煤动筛排矸，动筛块精煤破碎至50 mm以下，50～0 mm选前1.0 mm脱泥，50～1 mm原煤采用无压三产品重介旋流器分选，1～0.25 mm采用TBS干扰床分选机分选，小于0.25 mm浮选。浮选精煤压滤回收；浮选尾煤浓缩+压滤回收。

2 无压三产品重介旋流器存在问题

无压三产品重介旋流器是目前炼焦煤选煤厂最常用的主选设备，利用阿基米德原理在离心力场中完成三种产品的分离[1]。其由两段两产品重介旋流器串联组合，低密度悬浮液以一定压力沿切线给入一段旋流器，实现精煤和中矸产品的分离[2]。悬浮液经一段旋流器的浓缩作用密度升高，并与中矸产品一起进入二段旋流器，实现中煤、矸产品的分离。其工艺流程简单、基建成本低且对煤质适应性较强[3]。

生产过程中，安居煤矿选煤厂存在中煤带精量偏高的问题，最高可达6%～10%，同时，因原煤中大于1.8 kg/L密度级矸石含量较大，生产过程中易出现一二段通道、矸石口堵塞的问题，限制了现场的处理能力。

通过对入洗原煤进行浮沉分析，得到表1。

表1 入料可选性分析

从表1可以看出，现场入洗原煤中中矸含量偏高，可达50%以上，原煤中小于1.4 kg/L累计灰分为7.59%。

当精煤灰分为8.0%时，理论精煤产率为39.61%，理论分选密度为1.410 kg/L，±0.1含量为30.31%，属于难选煤。

当精煤灰分为9.0%时，理论精煤产率为44.35%，理论分选密度为1.463 kg/L，±0.1含量为17.42%，属于中等可选煤。

当精煤灰分为10.0%时，理论精煤产率为47.77%，理论分选密度为1.522 kg/L，±0.1含量为10.81%，属于中等可选煤。

3 原因分析

除煤质因素和带煤量外，通过现场调查及探讨，发现造成中煤带精煤的主要原因如下[4]。

3.1 煤泥含量过高

重介悬浮液主要由磁铁矿粉、煤泥和水组成，磁铁矿粉是悬浮液密度的支撑，煤泥起到维持悬浮液稳定性的作用，煤泥含量过低会导致磁铁矿粉沉降速度过快，造成悬浮液密度不稳，精煤指标波动较大的问题。煤泥含量过高，造成悬浮液系统的粘度增加，物料颗粒的运动穿层效果变差，影响煤粒进入到相应密度层中。

3.2 旋流器出口直径配置不合理

由于煤质改变，旋流器各出口直径配置差异会导致各出口量分配不合理，导致旋流器内部密度场分布与精煤管、中煤管所截取密度差异，造成产品中错配较多，产生中煤带精煤问题。通过对各出口直径重新配置，可优化旋流器各出口的产品分配量。鉴于原煤中中矸含量较高，适当改变二段尺寸和锥角大小，在不改变离心强度的同时，提高旋流器整体通过能力。

3.3 入料压力的影响

三产品重介旋流器在实际分选过程也存在由于离心力不足或入料量过大导致的中煤带精问题。物料在旋流器中的分选主要受产品密度差、旋流器内的离心力场和密度场影响。一般认为，物料在旋流器内受力为自身重力、离心力和阻力三部分，由于自身重力要远小于物料在旋流器内部所受离心力，所以一般忽略重力的影响。

假设被选颗粒质量为m，g；密度为δ，g/cm3；旋流器直径为D，cm；入料切向速度为v，m/s；

假设被选颗粒在旋流器内部所处密度层悬浮液密度为ρ，g/cm3；离心力场中颗粒的向心加速度为a，m/s2；颗粒粒径d，cm；

可以看出，当被选颗粒的密度与悬浮液密度值差值很小时，此时被选颗粒的运动位于旋流器内外旋流分界附近，由于所受合力较小，被选颗粒出现错配的可能性较大，造成中煤损失。此时应增加入料压力，提高被选入料在旋流器内所受合力，增强被选物料运动的稳定性，降低其发生错配的概率。

4 改造方案

无压三产品重介质旋流器的分选指标优越与否取决于其结构参数和入选原煤的煤质情况是否匹配。针对安居煤矿选煤厂的煤质情况，对无压三产品重介质旋流器的结构参数进行了优化改进，以保证旋流器的分选精度及生产稳定性。

(1)对精煤、中煤、矸石出料口径进行了优化设计，侧重于提高细粒级原煤在旋流器内的离心强度，降低错配率。

(2)对一段介质入口、一二段连接管口径重新设计，保证介质入料切线速度的同时，满足大粒度、大矸石量的物料通过要求，提升离心强度，进一步强化分选。

(3)优化设计一段旋流器长径比，延长原煤在旋流器内的分选时间，提高分选精度，减少损失。

(4)中煤溢流管的插入深度可调，提高旋流器的适应性。可通过调整中煤管插入深度改变旋流器内部的分离锥面，改善分选效果。

(5)锥段角度在一定范围内微调，可对旋流器的分选指标产生明显影响。

5 应用效果

安居煤矿选煤厂在原有设备的土建基础上，按照上述改造方案，对无压三产品重介质旋流器进行了重新定制，改造后的主要技术参数见表2。

表2 无压三产品重介旋流器技术参数

为分析无压三产品重介质旋流器的各项工艺指标，检测旋流器的分选效果，依据《煤炭浮沉试验方法》、《煤用重选设备工艺性能评定方法》[5]等标准操作，对该重介质旋流器进行单机检查工作。入料及产品浮沉结果如表3所示，根据入料绘制入洗原煤可选性曲线，见图1。

表3 重介旋流器入料及产品密度组成分析

图1 入洗原煤可选性曲线

表3可知，重介旋流器单机检测精煤灰分为7.90%。从图1原煤可选性曲线可知，精煤理论产率为39.03%，理论分选密度为1.41 kg/L，±0.1含量(去大于2.0 kg/L矸石)为53.92%，为极难选煤[6]。

本次取样过程中，旋流器精煤实际产率为38.74%，中煤产率为15.55%，矸石产率为45.71%。

三产品重介旋流器的数量效率：38.74÷39.03×100%=99.26%。

可见本旋流器洗选效果较为理想。根据产品浮沉及计算入料的密度组成分析，编制一二段分配率计算表格，见表5，根据表5绘制分配率曲线，见图2。

表5 一二段分配率计算

图2 分配曲线

从分配曲线中可读出，一段Ep值为0.027 kg/L，二段Ep值为0.045 kg/L。旋流器整体分选效果较好，产品质量稳定，分选指标达到了行业技术要求[7-10]。

6 结 语

从安居煤矿选煤厂重介旋流器工艺效果评定中可以看出，现场入洗原煤在精煤灰分要求为7.90%时，±0.1 kg/L含量为53.92%，为极难选煤。根据现场指标，现场精煤灰分在7.90%时，精煤实际产率为38.74%，精煤数量效率为99.26%。现场中煤中小于1.4 kg/L含量为1.84%，矸石中小于1.8 kg/L含量为0.04%，各项指标均在标准范围内，一段旋流器Ep值为0.027 kg/L，二段旋流器Ep值为0.045 kg/L，均符合国家标准要求。

7 结 语

针对安居煤矿选煤厂中矸含量大、精煤产率低及入选原煤可选性差所导致的中煤带精问题，对旋流器结构进行改进，经调试生产后，工艺系统取得了良好的运行效果，设备整体较好地满足了生产要求，洗选精度达到了预期目标。