干擾床分選機的研制與應用

摘 要：本文從干擾床分選機工作原理出發，介紹了其結構特點和新型高效的優化結構設計，并結合選煤廠應用實例，探討研制適合我國煤質特點和生產實際的干擾床分選設備的發展趨勢。

關鍵詞： 干擾床分選機 研制 應用 TBS

1.引言

隨著第一臺干擾床分選機（Teetered Bed Separator，簡稱TBS）的引進，并于2005年9月在沈陽煤業（集團）西馬礦選煤廠的投入運行，“重介旋流器+TBS+浮選”這一選煤新工藝便在我國開啟了先例。其生產工藝為：50-1mm物料進三產品重介旋流器，1-0.25mm粗煤泥入TBS，0.25-0mm細煤泥進浮選機。因為TBS具有分選粒度級別寬（3-0.15mm），分選密度可調（1.35-1.9g/cm3），無需添加重劑和化學藥劑等優點，在新建選煤廠和老廠的技術改造中得到了較快的推廣，并取得了較好的效果。但是進口設備對入料性質的針對性不強、產品價格過高、技術和售后服務不及時、配件供應周期長，設備使用單位時常受到困擾。

為了使干擾床分選技術能在我國選煤工藝中得到應用和推廣，在吸收國外TBS先進技術的基礎上，經過多年的潛心研發，在改進設備結構、優化執行器驅動方式、完善可編程控制系統等多項成果的情況下，2006年7月制造出國內首臺干擾床分選機樣機，并于2007年11月獲得國家專利產品（專利號2006 2016 8758 7），同時向國家工商行政總局申請TBS商標注冊。目前，已經有雞西礦業（集團）公司榮華立井選煤廠，阜新礦業（集團）恒大礦選煤廠、上海煤電公司大屯選煤廠等幾十家選煤廠訂購或應用高效新型的XGR系列干擾床分選機，其分選效果得到選煤業內人士的關注和好評。

2.XGR系列干擾床分選機的研制

2.1 工作原理

干擾床分選機是利用上升水流在柱形槽體內產生紊流的干擾沉降分選設備。由于入料顆粒的密度、粒度不同，顆粒的沉降速度產生了差別。上升水流的作用為顆粒的分選提供了條件。當入料顆粒的下降速度等于上升水流速度的情況下，顆粒在分選設備中呈懸浮狀態形成分選床層。當入料顆粒速度小于上升水流速度時，顆粒在上升水流的作用下被攜帶至溢流，成為精礦；當入料顆粒速度大于上升水流速度時，顆粒向下運動，穿過分選床層，成為尾礦，從底流口排出，從而實現了精礦與尾礦的有效分離。

2.2設備結構

XGR系列干擾床分選機由主體、入料井、執行機構、探測器和控制系統四部分組成。詳見圖1：

2.2.1 入料井

物料沿渦形漸開線方向給入入料井，入料井將入料均勻地給入干擾床分選機，入料井內鑲襯耐磨剛玉（成分AL2O3），以增加使用期限。

2.2.2 執行機構

執行機構由執行器、連桿裝置、梭形閥及閥座等部件組成，執行機構的核心是執行器。XGR系列干擾床分選機采用的是電液動執行器，電液動執行器接收到控制系統電信號后，開啟或關閉梭形閥門，實現底流的適時排放。

2.2.3 探測器

探測器也稱傳感器，位于分選床的中部。干擾床分選機內紊流床層的密度不同，壓力也有差異，探測器采集紊流床層密度轉換電信號輸入給PLC控制系統，通過控制系統去操作執行機構。

XGR系列干擾床分選機采用的是德國恩德斯豪斯公司生產的密度探測器。

2.2.4 控制系統

XGR系列干擾床分選機控制系統包括密度探測器、可編程控制器（PLC）和電液動執行器以及密度值、流量、壓力檢測等部分（如圖2）。為實現理想的分選床層，可編程控制器經過PID運算，輸出4-20mA的控制信號給執行機構，電液動執行器開始動作，開啟或關閉排放閥直至床層密度趨近設定密度值，從而實現自動控制床層密度的目的。

XGR系列干擾床分選機控制系統還具有與選煤廠集控系統連接的多種接口，可以是PROFIBUS-OP、RS485或工業以太網通訊接口，也可以提供4-20mA模擬量和數據量信號接口。

2.3 XGR系列干擾床分選機技術特征

（1）分選粒度范圍寬，入料粒度可以達到3-0.15mm，最佳分選粒度1-0.25mm；

（2）分選密度可調，調節范圍1.35-1.9 g/cm3；

（3）電液動智能控制，無需人工操作；

（4）自生介質，無需添加化學藥劑和加重劑；

（5）結構獨特，分選精度高，處理能力大。

3.新型高效干擾床分選機優化結構設計

3.1 獨特的渦形漸開線入料設計

采用渦形漸開線入料方式，克服切線入料方式入料沖擊流大、易造成入料區床層紊亂、易形成二次破等缺陷。碎渦形漸開線入料方式與相比，具有入料趨于平穩、處理能力加大、減少井壁磨損、減少二次破碎優點。

3.2 入料井長度可調

入料井可調套筒可在400mm范圍內無極可調，這樣就可以針對不同性質的入料、不同產品質量要求選擇入料井的最佳長度，對提高分選效果起到和積極作用。

3.3 改變紊流塞的孔徑結構

干擾床分選機上升水流通過紊流板上的紊流塞均勻進入分選床層。設計中將原來的紊流塞垂直孔改為錐形孔。在正常生產中，上升水由下底b到上頂a，a3.4 排除供水管路中的虹吸現象

選煤廠正常生產過程中停車，往往會使干擾床分選機的礦漿及管路中的煤泥水向低處的排放口及管路流去，造成紊流篩孔的堵塞和洗水分配室內淤積煤泥。為解決這一問題，應在給水管路上設置防虹吸裝置。水泵停機后，止水閥關閉，同時放氣閥開啟，干擾床槽體內礦漿與管路煤泥水處于同一大氣壓，管路內虹吸現象被排除，紊流塞孔堵塞和上升水分配室於積煤泥機會顯著減少。

3.5 執行器的選用

執行器是干擾床分選機的核心部分。目前，進口的干擾床分選機（TBS），大都配用氣動執行器，XGR系列干擾床分選機則選用美國REXA智能型電液動執行器。

REXA電液動執行器克服了氣動執行器的缺點，主要表現在：

（1）結構簡單。將電子液壓機械技術綜合在一起，形成了模塊化、集成化、智能化，真正實現了電液機一體化，無須外接油源和管路。

（2）定位精度高，小于全行程的0.15%，比氣動執行器精度高十幾倍，重復率小于全行程的0.1%。

（3）響應速度快，響應時間0.04s/mm。

（4）可實現100%連續循環調節，不受啟、停、反轉限制。

（5）斷電保護。電液動執行器在干擾床分選機因運行故障斷電停車后，能在4秒鐘內迅速自動將排料閥關閉。

（6）輸出力大（900-1500kg），耗電量小（<1.5KW），免維護。

4.應用實例

XGR-3000干擾床分選樣機于2008年6月在沈陽煤業（集團）紅陽三礦選煤廠（新建廠）重介車間中投入使用。紅陽三礦選煤廠為礦井煉焦煤選煤廠，設計能力5.0Mt/a，其中新建廠設計能力為2.2 Mt/a，老廠設計能力為2.8 Mt/a.入選煤種為貧瘦煤，煤泥含量高達35%以上。1-0.25mm粗煤泥灰分為32.35%，粗煤泥分選工藝流程見圖3。

從圖2中可以看出，紅陽三礦選煤廠采用的是“重介旋流+干擾床+浮選”這一新的選煤工藝，入選原料煤預先脫泥，篩縫為1mm，50-1mm物料進二臺3LNWX1200/850三產品重介旋流器，1-0.25mm粗煤泥進二臺φ3M干擾床分選機，<0.25mm細煤泥進二臺XJM-S16浮選機。主要產品為八級、十級冶煉用精煤，供鞍鋼、本鋼做配焦精煤，中煤供附近電廠或民用。

4.1 XGR-3000干擾床分選機運行基本情況

一年多生產實踐表明，采用XGR-3000干擾床分選機分選1-0.25mm的粗煤泥，不但能分選出合格的八級精煤產品，尾礦灰分也達到62.40%，數量效率在90%以上，主要工作參數見表4-1：

干擾床分選機的應用，不僅使重介、浮選生產工藝系統得到改善，經濟效果也十分顯著。重介旋流器入料下限的提高，重介分選的效果得到提高，重介中細煤泥量的減少，降低了精煤中高灰細顆粒的含量，提高重介分選的比重，必然提高精煤的產率；脫介篩孔的增大，加大了介質的回收力度。隨著浮選入料量的減少，藥劑消耗明顯降低，浮選跑粗現象完全杜絕，綜合精煤回收率提高1-2個百分點。

4.2 XGR-3000干擾床分選機應用效果

為檢驗干擾床分選機的實際應用效果，2008年8月，紅陽三礦化驗室對干擾床分選機進行單機檢查。從實驗結果看，干擾床分選機的技術指標量先進，經計算，Ep=0.0625 I=0.127 η=90.58%，在原礦灰分32.35%時，產品質量指標合格（精礦灰分8.29%，尾礦灰分62.40%），工藝參數合理（分選密度1.493 g/cm3，上升水量80-100m3/h，入水口壓力70-80Kpa）。干擾床分選機分選紅陽三礦粗煤泥（1-0.25mm）獲得明顯效果。

5.發展趨勢

如前所述，干擾床分選機是分選粗煤泥的理想設備，具有很大的發展前景和市場空間。

（1）粗煤泥分選一直是選煤界十分關注和致力于解決的難題，干擾床分選機在選煤工藝中與重介旋流器、浮選機配合使用，是一個全新的選煤工藝，可以實現真正意義上的全粒級有效分選。而螺旋分選機分選密度高（一般在1.6 g/cm3）且不易調整，干擾床分選機分選密度最低可達1.35 g/cm3，如果將螺旋分選機的輕產物用干擾床分選機再洗，則可提質降灰，獲得高質量的精煤產品。

（2）為適應大型選煤廠煤泥水處理要求，應加強干擾床分選機大型化方面的研究，目前使用大都是3M直徑的干擾床分選機，應盡快研制出3.6M、4.5M的大型干擾床分選機。

（3）加強對干擾床分選機理論的研究，以推動干擾床分選技術的完善。設計上要注意與干擾床分選機相關工藝部分的技術問題，如干擾床入料前分級旋流器的截流粒度、入料濃度以及選后產品的后序處理等。同時探討干擾床分選機對其它礦物分選的可行性。

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作者簡介：

韓彥春（1983年—），女，遼寧阜新人，工程師，碩士研究生，主要從事電力電子、機電控制等工程設計方面的研究。