超级煤泥重介质旋流器的中试和工业性试验

张玉磊，么 雷，徐英芳，郭建伟，苑金朝

(1.北京国华科技集团有限公司，北京 101300；2.唐山国华科技国际工程有限公司，河北 唐山 063020)

1 概 述

粗煤泥分选工艺及设备一直是选煤领域不断探索的方向之一，在目前诸多粗煤泥分选设备中，人们公认煤泥重介质旋流器的分选精度最高。煤泥重介质旋流器是2013年度中国煤炭工业科学技术一等奖——“高效、简化重介质选煤成套技术的研究”的重要组成部分。近年来，煤泥重介质旋流器分选技术又有了大幅度提高，通过对传统FHMC型煤泥重介质旋流器的关键结构参数优化设计，研发出超级煤泥重介质旋流器。与其他粗煤泥分选设备相比，超级煤泥重介质旋流器具有以下特点：

(1)分选精度高，分选下限达到0.10 mm；

(2)不必单独制备特细介质，在原煤重介质旋流器溢流排出的轻产物中，携带以细粒为主的磁铁矿粉即可作为煤泥重介质旋流器的加重质；

(3)设备本身结构简单，无转动部件，且工艺系统极为简化；

(4)超大处理能力。超级煤泥重介质旋流器是对传统型煤泥重介质旋流器结构和工艺参数的优化升级，加大了入料口、溢流口及底流口的过流断面，加长了筒体长度，在保证高精度分选效果的前提下，大大提升了处理能力。本文旨在介绍S-FHMC型超级煤泥重介质旋流器的中试情况及现场应用实践。

2 S-FHMC型超级煤泥重介质旋流器结构和工作原理

重悬浮液以一定的工作压力沿切线方向进入旋流器，在离心力作用下物料按密度分层，重物料向旋流器壁移动，在外螺旋的轴向速度作用下，由底流口流出，即为尾煤；轻物料则移向中心方向并随着中心内螺旋流排出，即为精煤。

S-FHMC型煤泥重介质旋流器主要由入料口、底流口、溢流口、圆筒段和圆锥段5部分组成(如图1)，其锥角为20°，水平安装。目前共有9个规格，其主要技术参数见表1。

表1 S-FHMC型煤泥重介质旋流器主要技术参数

图1 S-FHMC型超级煤泥重介质旋流器结构示意

3 中试情况

本着科学严谨的态度，在北京国华科技集团有限公司(以下简称国华科技)所属的试验平台对S-FHMC型煤泥重介质旋流器进行了中试，并采用重复性试验进行校验。试验系统如图2所示。

中试使用的超级煤泥重介质旋流器型号为S-FHMC08型(圆筒段直径200 mm)，试样来自开滦矿业集团林西选煤厂正常生产时的煤泥重介质旋流器入料精煤磁选机精矿。

图2 试验系统示意

对重选设备，一般遵循的规律是：原料粒度越大，分选效果越好。本文仅介绍各物料0.25～0.10 mm粒级的分选效果。

3.1 试验条件

为了排除试验的偶然性，在基本相同的条件下(表2)，先后进行了两次试验。

表2 旋流器入料性质试验条件

3.2 试验结果及分析

以表2所列条件对煤泥重介质旋流器进行中试，入料、选后产物的性质列于表3，0.25～0.10 mm粒级密度组成及分配率计算列于表4、表5。

表3 入料及产品性质

根据表4、表5数据绘制的分配曲线见图3，精煤累计产率与灰分关系曲线(即β曲线)如图4所示。

由中试结果可知：

(1)两次试验的均方差分别为1.17和0.73，小于《GB/T 15715-2014煤用重选设备工艺性能评定方法》标准中规定的临界值1.40，这表明试验数据有效、可信。

(2)在入料密度1.25～1.30 kg/L条件下，底流密度大于2.0 kg/L，表明重介悬浮液在旋流器中发生了强烈的浓缩作用，此乃是煤泥重介质旋流器高精度分选的关键。

表4 0.25～0.10 mm粒级密度组成及分配率计算(第一次)

表5 0.25～0.10 mm粒级密度组成及分配率计算(第二次)

图3 0.25～0.10 mm粒级分配曲线

图4 精煤累计产率与灰分的关系(β曲线)

(3)两次试验的降灰幅度分别为60.51%、62.30%。

(4)0.25～0.10 mm粒级分配曲线两端值显示，精煤损失和矸石污染情况均能得到很好的控制，底流、溢流中的错配物含量相对较低。可能偏差为0.078 kg/L、0.074 kg/L，均小于0.10 kg/L，根据MTT 811-1999 《煤用重选设备的分选下限》标准，说明超级煤泥重介质旋流器分选下限达0.10 mm。

(5)由β曲线可知，理论精煤产率分别为77.01%、76.00%，实际精煤产率分别为72.94%、72.34% ，则数量效率分别为η1=94.72%、η2=95.18%，这表征分选效果良好。

(6)中试用S-FHMC08型超级煤泥重介质旋流器的处理能力两次试验分别为74.6 m3/h和75.2 m3/h，而同直径传统型号FHMC-200煤泥重介质旋流器的处理能力为46.2 m3/h。两者相比，前者处理能力提升近60%，这即是“超级”二字的主要体现。

重复性试验(表6)表明：分配曲线形态、分配密度、可能偏差E、数量效率、降灰率、处理能力等指标均与第一次试验结果极为相近，说明试验重复性良好，排除了试验偶然性的推测。

表6 重复性试验指标

4 工业性试验

淮北矿业集团临涣选煤厂在原处理原料煤4.5 Mt/a生产规模的基础上，又扩建了年处理原料煤8.0 Mt的西区新厂，于2010年全部投产。西区新厂共有3个生产系统，每个系统设计处理能力505 t/h，配置2台3GDMC1300/920A型无压给料三产品重介质旋流器，采用选前不脱泥不分级工艺，粗精煤泥采用水力旋流器和弧形筛(筛缝0.5 mm)联合回收，水力旋流器溢流和弧形筛筛下水进入浮选作业。

近年来临涣选煤厂粗精煤产品出现灰分偏高且不稳定的问题。分析其原因主要有两方面：一是粗精煤泥分选环节存在问题，难以适应煤质变化；二是采用的水力分级旋流器普遍存在的“分选现象”不利于降灰，在多台组合时易出现入料分料不均且不易被发现、电耗高、对入料压力要求高等问题，因此不适于粗精煤泥的分级。

针对以上问题，该厂于2017年6月开始实施技改工程，将每个系统的原有2台重介质旋流器更换为同直径的1台S-3GHMC870/410型超级重介质旋流器，并设置了与其配套的1台FHMC50型超级煤泥重介质旋流器。精煤脱介筛第一段的浓介质和精煤脱介弧形筛的浓介质分流部分作为入料，由煤泥合格介质桶的渣浆泵以一定压力给入煤泥重介质旋流器，旋流器的轻产物(精煤)进精煤磁选机处理，重产物(尾煤)进中煤磁选机处理。其工艺流程见图5。

图5 临涣选煤厂西区1#系统粗煤泥分选工艺流程示意

4.1 超级煤泥重介质旋流器生产工艺参数

在1号生产系统处理量810 t/h的条件下，2018年9月对超级煤泥重介质旋流器进行了单机试验。采样时煤泥重介质旋流器生产工作参数如表7所示。

表7 工作参数

煤泥重介质旋流器本身没有运动部件，其分选所需动力来自合格介质泵，按照实测介质泵配套的电机电流、电压，可计算出吨煤泥电耗为1.33 kW·h。

4.2 检测结果及分析

入料及选后产物的0.25～0.10 mm粒度组成、计算入料、分配率见表8；以此绘制的分配曲线、计算入料可选性曲线分别见图6、图7。

图6 0.25～0.10 mm粒级分配曲线

由表8、图6和图7所示数据计算煤泥重介质旋流器分选该粒级的工艺性能指标，见表9。

表8 0.25～0.10 mm粒级密度组成及分配率计算结果

图7 0.25～0.10 mm粒级计算入料的可选性曲线

表9 S-FHMC50型超级煤泥重介质旋流器分选0.25～0.10 mm粒级工艺性能评定

由表9可知：

(1)超级煤泥重介质旋流器的实际分选密度为1.865 kg/L，而入料悬浮液密度为1.199 kg/L，由于旋流器的浓缩作用，使悬浮液密度增高了0.66 kg/L，充分展示了煤泥重介质旋流器采用低密度悬浮液实现高密度分选的优越性。

(2)分选0.25～0.1 mm粒级的可能偏差E=0.075 kg/L，表征了大直径煤泥重介质旋流器与中试小直径旋流器一样有良好的分选精度，其分选下限也达到了0.10 mm。

(3)S-FHMC50型超级煤泥重介质旋流器处理能力为486.91 m3/h，吨煤电耗1.33 kW·h；而传统同直径的FHMC500型煤泥重介质旋流器的标称处理能力为260～280 m3/h，吨煤电耗1.65 kW·h。前者比后者的处理能力提升70%以上，吨煤电耗降低20%左右，表明了大型超级煤泥重介质旋流器不因其直径变大、入料压力增高而使吨煤电耗增高的特性。

5 结 语

通过超级煤泥重介质旋流器的中试及现场应用，得出以下结论：

(1)中试分选0.25～0.10 mm粒级的可能偏差为0.076 kg/L；临涣选煤厂使用的S-FHMC50型超级煤泥重介质旋流器分选0.25～0.10 mm粒级的可能偏差Ep值为0.075 kg/L，说明大直径超级煤泥重介质旋流器与小直径旋流器具有分选下限低的优点。

(2)超级煤泥重介质旋流器在处理能力上有很大提升，是传统同直径设备的1.6倍以上，但吨煤电耗并没有增加，符合国家节能降耗要求。

(3)超级煤泥重介质旋流器不仅可以很好地保证所分选出的粗精煤泥灰分，而且数量效率很高，达到95%以上。

中试和工业性试验表明，超级煤泥重介质旋流器在处理能力大幅度提高的同时，能保持良好的分选指标和动力消耗指标。经过不断完善和发展，相信该设备将会成为粗煤泥分选的首选工艺设备。