無壓三產品重介質旋流器二段技術改造與應用

張海軍

(西山煤電(集團)有限公司 屯蘭選煤廠，山西 古交 030206)

無壓三產品重介質旋流器二段技術改造與應用

張海軍

(西山煤電(集團)有限公司 屯蘭選煤廠，山西 古交 030206)

針對屯蘭選煤廠中煤灰分高而發熱量低，難以滿足電廠燃煤要求的問題，根據3GDMC1200/ 850A型無壓三產品重介質旋流器結構特點和有關試驗數據，在不影響旋流器一段分選效率和分選精度的情況下，對其二段進行技術改造。經此改造后，該選煤廠旋流器二段能夠實現實時調控，中煤灰分穩定在33%～35%之間，發熱量在18.22 MJ/kg左右，這為中煤產品指標合格提供了有力保障，也為選煤廠同類型旋流器未來的技術改造提供了良好借鑒。

三產品重介質旋流器；旋流器二段；中煤灰分；實時調控

屯蘭選煤廠隸屬于西山煤電(集團)有限公司，是一座原煤洗選能力為4.00 Mt/a的礦井型煉焦煤選煤廠，洗選工藝為無壓三產品重介質旋流器分選、浮選的聯合工藝[1-2]，主選設備為3GDMC1200/ 850A型無壓三產品重介質旋流器。入選原煤全部來自屯蘭礦井，主導產品為十級焦精煤，副產品為優質混煤。

相關研究資料表明：三產品重介質旋流器在分選>0.5 mm粒級單一原煤時，分選效率和分選精度均很高[3-4]，通常旋流器一段可能偏差在0.03～0.05之間，旋流器二段可能偏差在0.05～0.07之間。當多種原煤按比例配選時，旋流器分選效率和分選精度都會受影響。屯蘭選煤廠入選原煤為2#、8#煤，煤質差異較大，且摻配不均衡；采用無壓三產品重介質旋流器配選時，在旋流器一段溢流數質量不受影響的情況下，二段溢流中含有大量矸石，中煤灰分偏高且發熱量偏低，難以滿足電廠的燃煤要求。

為此，屯蘭選煤廠根據3GDMC1200/ 850A型無壓三產品重介質旋流器的結構特點和有關試驗數據，對其二段進行技術改造[5-6]，以提高中煤產品的數質量和企業經濟效益。

1 生產現狀

屯蘭選煤廠2014年1月、2月、7月的月綜合資料顯示：精煤產率在60.72%～46.55%之間，灰分在9.90%～9.39%之間；中煤產率在41.96%～19.99%之間，灰分在37.16%～35.48%之間；矸石產率在19.59%～8.01%之間，灰分在66.55%～65.62之間。

同時期的無壓三產品重介質旋流器工藝參數如表1所示。

表1 無壓三產品重介質旋流器工藝參數

由表1可知：在原煤煤質較好時，精煤產率高達60.72%，一段可能偏差為0.045，分選效果良好；二段可能偏差為0.125，分選效果較差；中煤灰分為35.48%，基本滿足要求。這說明分選密度1.845 g/cm3是旋流器二段的邊界密度，如果繼續提高二段分選密度，中煤灰分必將增大[7]，導致其灰分超標。

當精煤產率為50.03%時，一段可能偏差為0.078，分選效果較差；當精煤產率為46.55%時，二段可能偏差為0.170，分選效果變差，此時中煤灰分偏高，這說明二段分選密度偏大。當二段分選密度>2.200 g/cm3時，二段分配曲線上找不到分選密度和可能偏差，這說明大量矸石進入中煤，導致中煤產率變大，灰分增高。

綜合上述分析可知：旋流器一段對入選原煤的適應性較強，而旋流器二段的溢流管和底流口直徑選擇不合理，導致分選密度偏高，可能偏差偏大，矸石污染中煤的現象比較明顯，這是中煤灰分超標的主要原因。為此，需要探索可行的方案，解決旋流器二段分選效果不理想的問題。

2 3GDMC1200/850A型無壓三產品重介質旋流器

2.1 結構與工作原理

3GDMC1200/850A型無壓三產品重介質旋流器由圓柱段(旋流器一段)和圓柱-圓錐段(旋流器二段)組成，結構示意圖如圖1所示。在旋流器工作時，合格重介懸浮液以一定的壓力沿切線方向進入旋流器一段，與此同時原煤憑借自身重力從入料口沿軸向進入旋流器一段內；在離心力作用下，高密度物料向旋流器器壁移動，并在外螺旋流的軸向速度作用下進入旋流器二段；低密度物料向中心空氣柱移動，并隨內螺旋流從中心底部的溢流管排出；經過濃縮的高密度重介懸浮液進入旋流器二段，這就為高密度物料的繼續分選創造了條件。高密度物料在旋流器二段的分選過程與在通用DSM型二產品重介質旋流器內的分選過程相同。

圖1 3GDMC1200/850A型無壓三產品重介質旋流器結構示意圖

2.2 技術參數

3GDMC1200/850A型無壓三產品重介質旋流器的主要技術參數如下：

介質循環量/(m3·h-2)

800～1 200

入料壓力/MPa

0.17～0.29

入料粒級/mm

≤89

處理能力/(t·h-1)

300～400

一段安裝角度/(°)

15

一段圓柱體內徑/mm

1 200

二段圓柱體內徑/mm

850

二段圓柱體長度/mm

680

二段圓錐體長度/mm

1 000

二段錐度/(°)

20

二段底流口直徑/mm

300

二段溢流口直徑/mm

350

3 解決方案

在確保無壓三產品重介質旋流器一段高效分選的條件下，屯蘭選煤廠對其二段進行技術改造。改造目標是在原煤煤質發生變化時(主要體現在2#煤與8#煤的配比)，旋流器二段的中煤灰分可在28%～35%之間實時調控，中煤帶矸率小于10%，中煤發熱量在18.83 MJ/kg左右，旋流器二段可能偏差小于0.05。

三產品重介質旋流器二段的錐比對其分選效果影響較大，相同密度的懸浮液在不同錐比的旋流器內工作時，旋流器二段的錐比越小，分選密度越高；反之，分選密度越低。根據上述理論分析，按照1∶0.4的比例將生產現場的無壓三產品重介質旋流器二段直徑縮小至350 mm，并根據縮小后的尺寸制作試驗樣機。根據錐比計算出溢流管口所增蘑菇閥的截面積，通過與旋流器二段底流口直徑合理配合，得出不同底流口直徑時蘑菇閥插入深度對分選效果的影響規律，然后依據影響規律對現場的無壓三產品重介質旋流器二段進行技術改造。蘑菇閥在試驗樣機上的安裝示意圖如圖2所示。

圖2 蘑菇閥安裝示意圖

在蘑菇閥插入深度不同時，試驗樣機的溢流管過流間隙和過流面積存在差異，具體如表2所示。根據表2方案選擇φ140 mm、φ120 mm兩種直徑的底流口，研究試驗樣機的溢流和底流變化規律。

表2 蘑菇閥不同插入深度時的溢流管過流間隙和過流面積Table 2 The flow passage clearances and areas of overflowpipe at different insertion depths of mushroom valve

3.1 蘑菇閥插入深度與溢流密度和底流密度的關系

試驗樣機的溢流密度、底流密度隨蘑菇閥插入深度變化規律如圖3所示。由圖3可知：在底流口φ140 mm的條件下，當蘑菇閥插入深度小于97 mm時，底流密度、溢流密度變化均不明顯；隨著蘑菇閥插入深度的增加，即隨著過流間隙的減小，底流密度逐漸變小，溢流密度逐步增大。底流口φ120 mm、φ140 mm的試驗樣機底流密度、溢流密度變化規律基本一致，但在蘑菇閥插入深度為77 mm時，底流口φ120 mm的試驗樣機底流密度、溢流密度就發生明顯變化。在蘑菇閥插入深度小于112 mm時，底流口φ120 mm的試驗樣機底流密度和溢流密度均大于底流口φ140 mm的；在蘑菇閥插入深度大于112 mm，即過流間隙小于4.99 mm時，底流口φ120 mm的試驗樣機底流密度小于底流口直徑為140 mm的，這說明過流間隙對底流口直徑小的試驗樣機溢流密度、底流密度影響較大。隨著蘑菇閥插入深度的增加，兩種底流口直徑的試驗樣機的溢流密度、底流密度之差減小。

圖3 溢流密度和底流密度隨蘑菇閥插入深度變化規律

3.2 蘑菇閥插入深度與溢流產率關系

試驗樣機的溢流產率隨蘑菇閥插入深度變化規律如圖4所示。

圖4 溢流產率隨蘑菇閥插入深度變化規律

由圖4可知：在底流口φ120 mm的條件下，溢流產率隨蘑菇閥插入深度增加(過流間隙減小)而減?。辉诘琢骺讦?40 mm的條件下，溢流產率變化規律總體上與其相反，但也存在差異，說明溢流產率達到一定幅值后就會下降。

3.3 入料壓力與溢流密度和底流密度關系

由于溢流密度和底流密度在蘑菇閥插入深度較深時變化明顯，故在蘑菇閥插入深度為117、107、97 mm的條件下，研究底流口φ140 mm的試驗樣機溢流密度和底流密度隨入料壓力變化規律，結果如圖5所示。

由圖5可知：在蘑菇閥插入深度不同時，底流密度均隨入料壓力增大而增大，溢流密度均隨入料壓力增大而減小；對于蘑菇閥插入深度相同的試驗樣機來說，底流密度與溢流密度之差隨入料壓力增大而增大；在入料壓力不同時，底流密度與溢流密度之差均隨溢流管插入深度的增加而增大，但在入料壓力較大(0.12 MPa)時，蘑菇閥插入97 mm與107 mm的底流密度、溢流密度均相差不大。

圖5 溢流密度和底流密度隨入料壓力變化規律

綜上所述：在蘑菇閥插入較淺時，底流密度和溢流密度變化均不明顯；隨著蘑菇閥插入深度的增加，底流密度越來越小，溢流密度越來越大；底流密度隨入料壓力增大而增大，溢流密度隨入料壓力增大而減小，這為現場無壓三產品重介質旋流器二段的實時調控提供了良好的理論基礎。

4 方案實施與工業應用

根據上述試驗結論，結合旋流器二段錐比取值范圍(0.5～0.8)要求，在φ350 mm、長度100 mm的無壓三產品重介質旋流器二段溢流管上以45°方向切割出一個橢圓截面，并將蘑菇閥安裝在旋流器二段溢流管上(圖6)，通過蘑菇閥與溢流管的合理配合來調整中煤灰分。當中煤灰分偏高時，縮短蘑菇頭與溢流管出口間的距離，減小溢流過流斷面，使中煤灰分降低；反之，增大蘑菇頭與溢流管出口間的距離，增加溢流過流斷面，使中煤灰分升高。

圖6 旋流器二段蘑菇閥安裝示意圖

旋流器二段改造前后的中煤質量指標對比結果如表3所示。由表3可知，對其進行技術改造后，中煤灰分下降4.99個百分點，發熱量提高1.63 MJ/kg，成效顯著。

表3 改造前后的中煤質量指標對比結果

5 結語

經過技術改造后，GDMC1200/ 850A型無壓三產品重介質旋流器已投入運行。生產實踐表明：在旋流器一段分選精度和分選效率不變的情況下，中煤灰分穩定在33%～35%之間，發熱量穩定在18.22 MJ/kg左右，說明此次技術改造非常成功，這為中煤產品指標的合格提供了有力保障。

[1] 趙樹彥.無壓給料三產品重介質旋流器分選工藝和設備[J].煤炭加工與綜合利用，2006(5): 15-18.

[2] 董連平，樊民強.大錐角水介質旋流器工藝參數研究與分選效果[C]//《選煤技術》編輯部.2005年全國選煤學術會議論文集.唐山：《選煤技術》編輯部，2005.

[3] 唐莉英，袁文艮.幾種粗煤泥分選設備分析[J].選煤技術，2009(5): 67-69.

[4] 謝廣元. 選礦學[M].徐州：中國礦業大學出版社，2001.

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[6] 李玉明，何文章.用冪級數法計算重選產品的分配率[J]. 選煤技術，1991(6): 30-31.

[7] 王 宏，李明輝，曾 琳，等. 煤炭洗選加工實用技術手冊(第一版)[M]. 徐州：中國礦業大學出版社，2005.

Technical transformation and application of the 2nd-stage of the gravity-fed 3-product heavy medium cyclone

ZHANG Hai-jun

(Tunlan Coal Preparation Plant, Xishan Coal Electricity (Group) Co., Ltd., Gujiao, Shanxi 030206, China)

The middlings product produced by Tunlan Plant can hardly meet the requirement of power plant because of its high ash and low calorific value. Based on analysis of the structural features of the 3GDMC1200/850A gravity-fed 3-product heavy medium cyclone as well as related experimental data, technical remoulding work is made on the 2nd-stage of the cyclone under the prerequisite that both efficiency and separating precision of the cyclone's 1st-stage are not affected. Application of the renovated cyclone makes it possible for the 2nd-stage to realize real-time adjustment and control, while the ash of the middlings product can be maintained stably in range of 33%-35%, with a calorific value of about 18.22 MJ/kg. This not only ensures the production of up-to-standard middlings product, but also provides a good reference for other plants to make technical reform of similar types of cyclones in the future.

3-product heavy medium cyclone; cyclone's 2nd-stage; ash of middlings; real-time readjustment and control

1001-3571(2016)01-0068-04

TD942

B

2016-02-17

10.16447/j.cnki.cpt.2016.01.018

張海軍(1980—)，男，山西省繁寺選人，工程師，從事選煤生產技術管理工作。

E-mail：small415@sohu.com Tel：0351-5107566