兩產品重介質旋流器排矸工藝在大同礦區的應用

劉登朝

(泰戈特(北京)工程技術有限公司，北京 100022)

兩產品重介質旋流器排矸工藝在大同礦區的應用

劉登朝

(泰戈特(北京)工程技術有限公司，北京 100022)

大同礦區原煤排矸后可以滿足優質動力煤產品的質量要求，兩產品重介質旋流器排矸工藝、三產品重介質旋流器排矸工藝在該礦區均有應用；傳統觀點認為三產品重介質旋流器二段對懸浮液有濃縮作用，排矸灰分更高，矸石更純，帶煤量更小。生產實踐表明：在保證分選密度的前提下，兩產品重介質旋流器可獲得與三產品重介質旋流器相同的排矸灰分和分選精度；在滿足生產需要的同時，兩產品重介質旋流器的分選精度、處理能力、單位能耗等更具優勢。

動力煤；重介質旋流器；分選精度

對于動力煤排矸而言，國內無論是選煤設計單位還是選煤廠都習慣采用三產品重介質旋流器[1-2]，而兩產品重介質旋流器在國外應用非常普遍[3-4]。國內有觀點認為：采用兩產品重介質旋流器排矸，存在矸石帶煤的現象。實際生產過程中兩產品重介旋流器的懸浮液密度大都不會超過1.80 g/cm3，理論上1.80～2.00 g/cm3密度級高密度物在兩產品重介質旋流器中分選時，有可能進入矸石，造成精煤損失；如果采用三產品重介質旋流器分選，由于旋流器二段的濃縮作用，二段分選密度在2.0 g/cm3以上，可使這部分高密度物從矸石中分離出來。還有觀點認為：采用三產品重介質旋流器對原煤進行分選，旋流器一段的分選密度不會對排矸灰分和矸石純度造成不利影響，單獨分選出來的中煤，可依據產品質量要求和市場情況，摻入精煤產品或單獨銷售，具備一定的靈活性。

很長一段時間內，同煤集團的動力煤分選大多采用三產品重介質旋流器排矸工藝，甚至招投標文件中明確要求末煤采用三產品重介質旋流器排矸工藝。實際生產過程中，中煤在富煤地區大同根本沒有市場，對其單獨處理經濟上損失極大，所以該地區選煤廠大都把中煤摻入精煤產品。隨著大同礦區選煤廠總承包國際招標和建設的發展，兩產品重介質旋流器排矸工藝近年來得到了廣泛應用[5-6]，該工藝在國內其他選煤廠也得到大量的應用[7-9]。參照同煤集團三產品重介質旋流器的排矸灰分，對白洞選煤廠、東周窯選煤廠兩產品重介質旋流器排矸進行采樣、分析。實際檢測數據表明：兩產品重介質旋流器完全可以達到三產品重介質旋流器的排矸灰分和分選精度，且其分選精度、處理能力、單位能耗等更具優勢。

1 原煤煤質

以白洞礦原煤為代表的入選原煤灰分在33%以上，特別是近年來放頂煤開采工藝的大量應用，致使原煤中矸石量劇增，白洞礦與周邊塔山礦、同忻礦等超大型礦井原煤灰分已攀升至45%，但其基本性質沒有發生根本變化，故以白洞礦原煤生產大樣為試樣，對其粒度組成、密度組成進行分析。

1.1 粒度組成

從原煤粒度組成(表1)可以看出：原煤灰分為33.53%，屬于高灰煤，必須排矸才能滿足優質動力煤的產品質量要求；隨著粒級的減少，原煤灰分從53.88%降至23.17%，說明塊煤中矸石含量較大。

1.2 密度組成

同煤集團運銷部多年的數據統計表明：只要灰分在22%以下，全水份在10%以下，精煤發熱量即可達到23.03 MJ/kg的質量要求。從同煤集團50～1.5 mm粒級原煤的密度組成(表2)可以看出：當分選密度為1.80 g/cm3時，精煤理論產率為73.85%，灰分為16.97%，可以滿足產品質量要求；此時，排矸量為26.14%，矸石灰分為69.98%。這說明排除高灰矸石后，精煤即可滿足產品質量要求。故理論上原煤僅需要一段排矸(以1.80 g/cm3密度分選)，并不需要二段分選。

表1 原煤粒度組成Table 1 Size composition of raw coal %

表2 50～1.5 mm粒級原煤密度組成Table 2 Density composition of 50 - 1.5 mm raw coal %

2 三產品重介質旋流器排矸工藝效果

同煤集團在現有選煤生產經驗的基礎上，結合石炭紀原煤煤質特點，要求旋流器排矸灰分不低于75%，矸石帶煤量不超過3%。該集團同忻選煤廠末煤采用國產1300/920 mm三產品重介質旋流器排矸，塔山選煤廠采用國產1200/850 mm三產品重介質旋流器排矸，兩選煤廠的三產品重介質旋流器排矸密度組成如表3所示。

由表3可知：兩個選煤廠的三產品重介質旋流器排矸灰分均在75%以上，矸石帶煤量均在1%以內，完全滿足生產要求。

表3 三產品重介質旋流器排矸密度組成Table 3 Density composition of product and reject from three-product heavy medium cyclone %

3 兩產品重介質旋流器排矸工藝效果

3.1 排矸密度組成

東周窯選煤廠兩產品重介質旋流器為進口設備，分選密度為1.75 g/cm3；白洞選煤廠兩產品重介質旋流器為國產設備，分選密度為1.70 g/cm3。結合白洞選煤廠兩產品重介質旋流器排矸灰分不達標的問題，對東周窯選煤廠、白洞選煤廠兩產品重介質旋流器排矸進行分析，結果如表4所示。

由表4可知：

(1)東周窯選煤廠矸石帶煤量為0.21%，灰分為40.63%；樣品中灰分在80%以上的純矸含量為99.59%，說明兩產品重介質旋流器排矸效率在99%以上。白洞選煤廠矸石帶煤量為23.96%，灰分為30.69%，樣品中僅75.91%為灰分77.92%的純矸。

(2)因為矸石帶煤量很少，東周窯選煤廠的矸石總灰分與純矸灰分較接近，分別為81.02%、81.10%。白洞選煤廠矸石帶煤量高達23.96%，矸石總灰分為66.56%，比純矸灰分低11.36個百分點，說明精煤損失較大。

(3)東周窯選煤廠矸石帶煤量低至0.21%，而白洞選煤廠矸石帶煤量高達23.96%，說明兩個旋流器的分選狀態不同，導致矸石帶煤量出現較大區別。

(4)東周窯選煤廠兩產品重介質旋流器排矸灰分超過了三產品重介質旋流器，白洞選煤廠矸石帶煤量過多，兩產品重介質旋流器排矸灰分小于三產品重介質旋流器。

3.2 排矸粒度組成

為了查找白洞選煤廠兩產品重介質旋流器分選效果差的原因，對該廠旋流器排矸中<1.80 g/cm3密度級的粒度組成進行分析，結果如表5所示。

由表5可知：矸石中的煤主要集中在>13 mm粒級，這部分煤占到全部帶煤量的91.10%，>3 mm粒級的煤占全部帶煤量的98.32%。無論何種分選設備對于塊煤的分選效果都要優于末煤，而白洞選煤廠的分選結果顯示，塊煤的矸石帶煤量明顯過高，重介質旋流器工作狀態明顯異常。

表4 旋流器排矸密度組成Table 4 Density composition of product and reject form cyclone %

表5 排矸中<1.80 g/cm3密度級的粒度組成Table 5 Density composition of minus 1.8 g/cm3 product %

調查發現，在更換國產旋流器的過程中，為保證管道接口滿足要求，對旋流器的入料口進行了改動。旋流器入料口被改動后，其分選狀態徹底改變，流場完全紊亂，分選效果變差。通過技術改造，更換標準兩產品重介質旋流器后，白洞選煤廠矸石帶煤量明顯降低，僅為2.50%，排矸灰分為76.59%，達到同煤集團的要求。

白洞選煤廠兩產品重介質旋流器的排矸灰分對比分析，以及東周窯選煤廠兩產品重介質旋流器的排矸情況說明，在兩產品重介質旋流器正常工作狀態下，只要保證懸浮液密度，即可得到灰分較高的矸石，不存在中煤損失過多的情況。

4 兩產品重介質旋流器排矸理論與排矸優勢

4.1 排矸理論

從同煤集團50～1.5 mm粒級原煤密度組成可以看出：1.80～2.00 g/cm3密度級高密度物的含量為9.21%，灰分為54.81%，兩產品重介質旋流器分選的重點是保證密度1.80 g/cm3附近的低密度物進入精煤。由于重介質旋流器的濃縮作用，底流懸浮液密度比合格介質密度高0.20 g/cm3左右，而溢流懸浮液密度比合格介質密度低0.10 g/cm3左右。因此，在兩產品重介質旋流器分選密度為1.75 g/cm3時，就可避免密度小于1.95 g/cm3的低密度物進入矸石，從而保證排矸灰分不會太低，矸石帶煤量不會過高。

這也解釋了三產品重介質旋流器一段分選密度低至1.50 g/cm3也可保證排矸灰分的原因。旋流器一段分選密度為1.50 g/cm3，懸浮液經一段濃縮后進入二段，此時其密度可增至1.70 g/cm3左右；經二段濃縮后，二段底流懸浮液密度在1.90 g/cm3左右，因而可保證矸石純度和排矸灰分。

4.2 排矸優勢

(1)兩產品重介質旋流器的煤介比較低，保持在3左右即可，而三產品重介質旋流器要考慮二段的有效分選問題，煤介比要保持4.5～5之間，故兩產品重介質旋流器所需的礦漿量更少[10]。

(2)兩產品重介質旋流器要求的入料壓力在0.1～0.15 MPa之間，而三產品重介質旋流器要求的入料壓力大都在0.25 MPa以上，所以兩產品重介質旋流器的動力消耗要低至少30%。

(3)進口兩產品重介質旋流器的數量效率在97%以上，國產兩產品重介質旋流器的數量效率不低于96%，均高于三產品重介質旋流器的95%，因此兩產品重介質旋流器的分選精度更高，相同灰分時精煤產率更高。

(4)從工藝設計來看，相同處理能力時兩產品重介質旋流器礦漿通過量小，配套的混料泵、脫介篩的負荷較低，介質消耗較少。

(5)兩產品重介質旋流器沒有小直徑旋流器，分選粒度上限可達100 mm；由于小直徑旋流器的影響，三產品重介質旋流器的分選粒度上限較小。

(6)對于大同礦區石炭紀原煤含矸量大的特點，兩產品重介質旋流器只需在設備選型時加大底流口直徑即可[10]；由于受限于旋流器二段，三產品重介質旋流器的處理能力大打折扣。

5 結語

近年來，兩產品重介質旋流器排矸工藝在大同礦區白洞、同忻、永定莊、東周窯、麻家梁等大型選煤廠得到大量應用，生產實踐表明：兩產品重介質旋流器排矸工藝效果與三產品重介質旋流器排矸工藝效果沒有區別。大同礦區動力煤在兩產品重介質旋流器中可得到高效分選，矸石完全可達標排放，不存在矸石大量帶煤的問題。

兩產品重介質旋流器排矸工藝在設備選型上對混料泵的流量和揚程、旋流器的結構參數(旋流器直徑、入料口面積、溢流口直徑、底流口直徑)要求更高，要綜合考慮原煤煤質波動和精煤質量對這些參數的要求。兩產品重介質旋流器排矸為高密度分選，要實現矸石不帶煤，必須配套高精度在線密度檢測與控制系統，確保懸浮液密度正常。

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Application of reject removal technology using two - product heavy medium cyclone in Datong mining area

LIU Deng-chao

(Techgart (Beijing ) Engineering Co., Ltd., Beijing 100022, China )

Raw coal removed reject by two-product or three-product heavy medium cyclone in Datong mining area, can used as high quality thermal coal product.Traditional views focus on the function of thickening suspension in second stage of three-product heavy medium cyclone, which is beneficial to remove reject as much as possible with less coal carried into it.The actual production shows that the two-product heavy medium cyclone has the same separation result as the three-product one under the condition of stable separation density, however, the two-product cyclone is preferred as a result of high separation accuracy, large capacity and low power consumption.

thermal coal; heavy medium cyclone; separation accuracy

1001-3571(2015)03-0090-04

TD942

A

2015-05-08

10.16447/j.cnki.cpt.2015.03.025

劉登朝(1980—)，男，河南省南陽市人，工程師，碩士，從事選煤廠總承包設計及其相關工作。

E-mail:liudengchao@sina.com.cn Tel: 13601167516