有壓重介旋流器選煤過程中混料泵對次生煤泥的影響研究

尚愛民，方存松，2，鹿憶凡

（1.約翰芬雷工程技術集團公司，北京 100083;2.安徽理工大學材料科學與工程學院，安徽 淮南 232001）

近年來，重介選煤工藝已在行業內得到了較大范圍的推廣和應用［1］，但對于重介選煤生產系統中各環節產生的次生煤泥量的研究不多，特別是泵對次生煤泥量的影響鮮有報道。在重介選煤生產過程中，混料泵應用廣泛，特別是在有壓重介旋流器選煤系統中，常把混料泵作為有壓重介旋流器的入料泵，因此對于次生煤泥的影響更甚于無壓重介旋流器選煤系統［2］。業內普遍認為，混料泵對次生煤泥的影響比較大，因為混料泵的葉輪會對物料產生強烈撞擊，從而會產生大量的次生煤泥，但是對次生煤泥的影響究竟有多大，目前卻僅局限于定性的和感性的認識，沒有足夠的工業試驗數據對之加以定量描述。然而，次生煤泥量的大小對選煤廠的建設成本、生產成本和管理難度都有較大影響，因此定量描述有壓重介旋流器選煤系統中的次生煤泥量對于重介選煤廠的建設與運營具有非常重要的意義。文章將通過分析約翰芬雷工程技術集團有限公司潘北分公司、陽城分公司、黃陵分公司的半工業性試驗數據，來定量描述整個有壓兩產品重介旋流器系統及混料泵對次生煤泥產生的影響。

1 試驗介紹

1.1 選煤廠工藝與試驗參數

三個選煤廠主要工藝流程與采樣條件如下:

(1)潘北分公司主要工藝流程為:＞30 mm粒級塊煤動篩跳汰分選，30～1 mm粒級末煤脫泥有壓兩產品重介旋流器分選。旋流器采用300ZJ－I－A90型混料泵給料，試驗在正常生產條件下進行，懸浮液密度為1.45 kg/L，合介煤泥含量為14.34%，固液比為 1.18∶1。原煤處理量為400 t/h，合介泵流量為850 m3/h。

(2)黃陵分公司采用50～13 mm粒級塊煤脫泥淺槽，13～1.5 mm粒級末煤兩產品旋流器主再洗，＜1.5 mm粒級粗煤泥分選工藝。旋流器采用350ZJ－I－F100型混料泵給料，耐磨管道內徑300 mm，高度23 m。試驗在正常生產條件下進行，懸浮液密度為1.51 kg/L，入介壓力為120 kPa，末煤入選量為550 t/h。

(3)陽城分公司采用50～13 mm粒級塊煤脫泥淺槽分選，13～1.5 mm粒級末煤脫泥兩產品旋流器分選，粗煤泥分選工藝。旋流器采用300ZJ－I－A90型混料泵給料，耐磨管道內徑300 mm，高度11 m。試驗在正常生產條件下進行，懸浮液密度1.70 kg/L，入介壓力為200 kPa，末煤入選量為100 t/h。

1.2 試驗對象及說明

試驗研究的對象有混料泵入料管物料與出料管物料、有壓兩產品重介旋流器入料與產品以及合格介質。

試驗說明:合格介質、重介旋流器的產品、混料泵入料管和出料管物料中＜0.5 mm粒級含量去除磁性物為其煤泥含量。通過測定以上試驗對象的煤泥含量，計算出混料泵與整個重介系統各環節產生的次生煤泥量。

1.3 試驗方法與步驟

1.3.1 設定采樣點

根據試驗需要，設定了如下采樣點:混料泵入料管物料采樣點設在混料泵入料管道放料口 (管徑＞100 mm);混料泵出料管采樣點設在旋流器壓力表處，具體操作是:將壓力表撤掉，在此處設一閥門，制作φ 108 mm采樣管道進行采樣;重介旋流器入料采樣設為脫泥篩篩上物;合格介質采自合格介質桶;重介旋流器產品樣采自重介旋流器出料口至脫介篩的管道。

1.3.2 采樣

按照國標GB/T 477—2008《煤炭篩分試驗方法》要求，煤樣中最大粒度為13 mm時，做粒度分析最小的總樣質量為7.5 kg，并采取一定量有代表性的子樣組成總樣。根據旋流器的底流和溢流比例，采取精煤和矸石樣，并保證各個采樣點采樣同時進行，以確保所采煤樣的統一性和代表性。

1.3.3 制樣與化驗

對于采取的試樣，分別按如下方法制樣與化驗:

(1)混料泵入料管物料。由于煤樣烘干后易結團，但進行篩分做粒度分析不能再將結團的煤樣粉碎，因此先將所采煤樣進行0.5 mm濕法篩分，篩上物用清水沖洗后，收集篩上物料烘干稱重(M1);篩下物料進行沉淀，濾除上層清水后烘干稱重(m1);將烘干后的篩下物料破碎松散，縮分出5個具有代表性的子樣，做磁性物含量試驗;最后，通過試驗數據分析，排除縮分制樣過程的偶然誤差，得到試驗煤樣中非磁性物含量(c1)及其煤泥含量(A)。

(2)混料泵出料管物料。同上方法，將所采煤樣進行0.5 mm濕法篩分，篩上物用清水沖洗后，收集篩上物料烘干稱重(M2);篩下物料進行沉淀，濾除上層清水后烘干稱重(m2);將烘干后的篩下物料破碎松散，縮分出5個具有代表性的子樣，做磁性物含量試驗;通過試驗數據分析，排除縮分制樣過程的偶然誤差，得到試樣非磁性物含量(c2)及其煤泥含量(B)。

(3)重介旋流器產物樣。重介旋流器系統的產物中都含有磁鐵礦粉，而且都含有大量煤泥水，為了縮短試驗周期，減小對煤泥性質的影響，把所有產物先分別過3 mm的篩子，并用清水沖洗，＞3 mm粒級篩上物烘干后取樣做篩分和浮沉試驗;＜3 mm粒級篩下物則先過0.5 mm的篩子，并用清水沖洗，＞0.5 mm粒級篩上物烘干后取樣做浮沉試驗;＜0.5 mm粒級篩下物則先過磁選管去除磁鐵礦粉，然后縮分取樣做小篩分;將其余部分烘干稱重，進而得到＜0.5 mm粒級煤泥的磁性物含量及煤泥含量。

(4)合格介質樣。合格介質是由磁鐵礦粉和煤泥、水組成的懸浮液。試驗時，先將合格介質過磁選管，將選出的磁鐵礦粉烘干稱重;煤泥水取出一部分做小篩分試驗;余下的烘干稱重，進而得到合格介質的磁性物含量與煤泥含量。

1.4 計算方法

相同試驗得出的數據，可計算如下數據:

(1)混料泵入料管煤泥含量(A)。計算公式為:A=m1c1/(M1+m1c1)。

(2)混料泵出料管煤泥含量(B)。計算公式為:B=m2c2/(M2+m2c2)。

(3)混料泵所產生的次生煤泥含量。根據以上結果，可計算出兩產品旋流器物料通過混料泵所產生的次生煤泥含量為m2c2/(M2+m2c2)－m1c1/(M1+m1c1)。

(4)重介旋流器系統產生次生煤泥量。重介旋流器產品中煤泥量之和減去合介帶入煤泥量即為重介旋流器系統產生次生煤泥量。

根據計算得到的數據，通過進一步換算，即可知管道、重介旋流器、混料桶對次生煤泥量的影響及煤泥量占原煤的比例。

2 試驗數據及分析

2.1 重介旋流器系統對次生煤泥的影響

重介旋流器系統對次生煤泥的影響研究是在潘北選煤廠的MA1150型有壓兩產品重介旋流器系統生產時進行的。MA1150型有壓兩產品重介旋流器系統對煤泥性質影響包括兩部分:一部分是有壓給料所用的泵對煤泥性質的影響;另一部分是MA1150型有壓兩產品重介旋流器對煤泥性質的影響。

由潘北原煤篩分試驗結果 (表1)可知，＞13 mm粒級的產率為68.21%，說明煤的硬度大，煤質較硬;各粒級的灰分與原煤灰分比較接近，說明煤質均勻。

潘北重介生產數據如表2—4所示。

表1 潘北分公司原煤篩分試驗表Table 1 Size analysis of raw coal from Panbei branch

表2 潘北分公司重介旋流器產品粒度組成計算表［4］Table 2 Size composition of products from dense medium cyclone of Panbei branch

表3 潘北分公司合格介質的磁選試驗Table 3 Magnetic separation test of qualified medium from Panbei branch

表4 潘北分公司煤泥含量篩分試驗結果表Table 4 The analysis of coal slime content from Panbei branch

(1)對MA1150型有壓兩產品重介旋流器系統進行次生煤泥計算。計算結果如下:合介量為1235.05 t/h，合介固體中煤泥含量為14.34%，合介煤泥量為96.06 t/h，合介中煤泥占全樣19.36%;次生煤泥占全樣3.37%，次生煤泥量為16.68 t/h，次生煤泥占原煤比例為4.17%。即原煤經過有壓兩產品旋流器系統產生了4.17%的次生煤泥量。

(2)有壓給料所用的混料泵對次生煤泥量的影響。由表4知，泵入料中含有煤泥21.27%，泵出料中含有煤泥21.96%，經過泵產生次生煤泥量0.69%。那么，次生煤泥量為3.42 t/h，則次生煤泥占原煤比例為0.86%。

(3)管道和旋流器對次生煤泥量的影響。由泵出口煤泥含量21.96%與旋流器產品煤泥含量22.73%得出管道與旋流器產生的次生煤泥量為0.77%，其質量為3.81 t/h，故次生煤泥占原煤比例為0.95%。

(4)混料桶對次生煤泥量的影響。在整個有壓兩產品重介旋流器系統中，共產生了4.17%的次生煤泥量，其中:從混料泵入口到泵出口產生了0.86%的次生煤泥量，從混料泵出口到重介旋流器出口產生了0.95%的次生煤泥量，那么原煤從脫泥篩到混料桶出口產生了為2.36%的次生煤泥量。

從有壓兩產品重介旋流器系統各部分產生的次生煤泥量可以看出，重介旋流器系統對次生煤泥量的影響主要集中在混料桶環節，這與物料在混料桶中碰撞和浸泡有關，而泵產生的次生煤泥量只占原煤的 0.86%［3］。

2.2 混料泵對次生煤泥的影響

為進一步研究泵對次生煤泥的影響，又對約翰芬雷工程技術集團公司黃陵分公司和陽城分公司有壓重介選煤生產工藝系統數據進行了分析。

表5所示為黃陵分公司末煤粒度組成，第一組混料泵入料管和出料管采樣見表6—9。

表5 黃陵分公司末煤粒度組成Table 5 Size composition of small coal from Huangling branch %

表6 黃陵分公司混料泵入料管采樣Table 6 Feed tube sampling of mixing pump from Huangling branch

表7 混料泵入料管物料中＜0.5 mm粒級磁性物含量Table 7 The content of magnetic material minus 0.5 mm in feed tube of mixing pump %

表8 黃陵分公司混料泵出料管采樣Table 8 Discharge tube sampling of mixing pump from Huangling branch

表9 黃陵分公司混料泵出料管物料中＜0.5 mm粒級磁性物含量Table 9 The content of magnetic material minus 0.5 mm in discharge tube of mixing pump %

首先對磁選試驗結果進行迪克遜檢驗，顯著性水平為0.05，以排除錯誤和誤差較大的數據，提高數據的準確性和可靠性。

(1)混料泵入料管物料0.5 mm篩下物料磁選試驗結果檢驗。檢驗34.53:f0= (35.71－34.53)/(41.24 － 34.53)=0.176 ＜ f(0.05，5)=0.710，有95% 的幾率認為這個數據為真值，應保留;檢驗41.24:f0=(41.24－39.68)/(41.24－34.53)=0.233 ＜ f(0.05，5)=0.710，有95%的概率認為這個數據為真值，應保留。故可計算出混料泵入料管物料0.5 mm篩下物料非磁性物含量為(35.71+41.24+39.68+34.52+36.51)/5=37.534%。

(2)混料泵出料管物料0.5 mm篩下物料磁選試驗結果檢驗。檢驗36.85:f0= (38.94－36.85)/(44.86 － 36.85)=0.261 ＜ f(0.05，5)=0.710，有95% 的概率認為這個數據為真值，應保留;檢驗44.86:f0=(44.86－42.79)/(44.86－36.85)=0.258 ＜ f(0.05，5)=0.710，有 95% 的幾率認為這個數據為真值，應保留。故可計算出混料泵出料管物料0.5 mm篩下物料非磁性物含量為(38.94+44.86+42.79+36.85+42.41)/5=41.17% 。［5］

因此，混料泵產生的次生煤泥含量為 (37.78×41.17%)/(62.22+37.78×41.17%)－(34.14×37.534%)/(65.86+34.14×37.534%)=3.71%。

用同樣數據處理方法對另外四組數據進行處理，結果見表10。結果表明，黃陵分公司末煤入料混料泵產生的次生煤泥含量平均為3.03%，折算成占原煤比例平均為1.72%。

表11與表12所示為陽城分公司生產試驗數據。由表中數據可知，陽城分公司混料泵產生的次生煤泥含量為3.39%，折算成占原煤比例平均為1.64%。

表10 黃陵分公司混料泵產生的次生煤泥量Table 10 The amount of secondary coal slime produced by mixing pump from Huangling branch

表11 陽城分公司末煤粒度組成Table 11 Size composition of small coal from Yangcheng branch %

表12 陽城分公司混料泵產生的次生煤泥量Table 12 The amount of secondary coal slime produced by mixing pump from Yangcheng branch

3 結果分析

由約翰芬雷工程技術集團公司潘北分公司、黃陵分公司、陽城子公司三廠的工業性試驗數據可以得到重介旋流器系統與混料泵對次生煤泥量的影響。由表13、表14可知，潘北分公司原煤經過有壓兩產品旋流器系統產生4.17%的次生煤泥量，經過泵產生的次生煤泥量僅為0.86%;黃陵分公司、陽城分公司經混料泵產生的次生煤泥量分別為1.72%與1.64%，產生的次生煤泥量并不是很大。

在重介選煤生產過程中，混料泵輸送物料雖然會產生一個紊流的流道，但是其對物料的破壞力很小，特別是經根據生產實際需求而改進的泵，在泵的材料、葉輪的包角、表面型線的設計、葉片安裝角度等方面均有了較大優化，從而使得混料泵對次生煤泥的影響大大降低，上述試驗即對此做了很好的驗證。在生產實踐中，對次生煤泥產生影響的主要因素是煤的泥化特性，因此應根據煤的泥化特性來確定適宜的生產工藝［6－10］。

表13 潘北分公司重介旋流器系統對次生煤泥的影響匯總表Table 13 The results of effect of dense medium cyclone system on secondary coal slime in Panbei branch

表14 混料泵對次生煤泥的影響結果表Table 14 The results of effect of mixing pump on secondary coal slime

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