新型原煤重介質旋流器在臨渙選煤廠的應用

張國祥，吳朝蕩，程翔銳

(1.淮北礦業集團運銷分公司，安徽 淮北 235000；2.北京國華科技集團有限公司，北京 101300)

1 選煤廠概況

淮北礦業集團臨渙選煤廠座落在安徽省淮北市濉溪縣境內，分為東區和西區，東區于1990年6月建成投產，原設計年入選原煤能力為300萬t，主要分選設備為2臺3GHMC1200/850型三產品重介質旋流器。2004年東區擴能，增加一套新系統，新系統的主要分選設備為1臺3GHMC1300/920型三產品重介質旋流器，至此東區年設計處理能力增至450萬t。西區于2010建成投產，年設計處理能力800萬t，由3個系統組成，在每個系統中，由2臺3GHMC1300/920型三產品重介質旋流器作為主要分選設備。隨著西區的全面投產，臨渙選煤廠實際年入選能力達到1 600萬t，成為亞洲最大的集中型煉焦煤選煤廠，實現了規模化生產，帶動了淮北礦業集團煤基多元化產業鏈中焦化、鹽化、電化等產業的整體發展。

近年來，該廠入選原煤煤質及可選性波動較大，原有三產品重介質旋流器出現了入料粒度上限小，高含矸量時排矸能力不足、重懸浮液入口壓力高、功耗高等問題，已不能滿足生產及節能降耗的要求。為適應臨渙選煤廠工藝需求，2018年1月，將選煤廠西區1號系統2臺3GHMC1300/920型無壓給料三產品重介質旋流器更換為1臺S-3GHMC870/410新型原煤重介質旋流器。

2 改造方案

2.1 現狀分析

臨渙選煤廠東、西區現有系統實際生產能力核定如表1所示。

當入選優質煤時，精煤產率高，精煤處理環節成為提高入選量的瓶頸，東、西區系統當前精煤脫介篩最大處理能力均為480 t/h，按精煤產率折算原煤最大處理能力可達到685 t/h。

當入選中等質量煤時，矸石產率高，煤泥量大，矸石及煤泥處理能力成為提高入選量的瓶頸。東區系統的當前矸石脫介篩最大可處理能力300 t/h；西區系統的矸石脫介篩最大處理能力360 t/h，但均受限于精煤泥離心機處理能力(其最大可處理80 t/h粗精煤泥)，折算原煤最大入選能力697 t/h。

表1 選煤廠現有系統生產能力核定(原煤重介質旋流器因素除外)

注：東區、西區優質煤生產能力均受限于精煤(水平直線)脫介篩(東區4臺3673，西區4臺3661)的處理能力；東區、西區中質煤生產能力均受限于2臺φ1 200 mm立式精煤泥離心機的處理能力。

2.2 改造方案分析

本著節省投資，同時充分利用現有設備，盡量少增加或不增加設備，最大限度提高系統處理能力的原則，提出如下改造方案：

(1)東區將2臺3GHMC1200/850型重介質旋流器更換為1臺S-3GHMC870/340(最大處理能力/最大排矸能力)新型原煤重介質旋流器，西區車間可將2臺3GHMC1300/920重介質旋流器更換為1臺S-3GHMC870/410新型原煤重介質旋流器，可使分選環節滿足原料煤入洗能力800 t/h的要求；

(2)恢復(或增加)煤泥重介系統；

(3)停開水力分級旋流器，增加4臺3.6 m寬精煤泥弧形篩和1臺直徑1.2 m的精煤泥離心機，使精煤泥離心機的處理能力能滿足原煤入洗能力800 t/h的要求。

根據上述改造方案，重新核定原煤的入選能力，如表2所示。

當精煤產率在60%～70%時，根據現有脫介篩的處理能力，東區原煤入選量可調整為750～685 t/h，西區原煤入選量可調整為800～685 t/h。

表2 按改造方案核定的選煤廠生產能力

當精煤產率不大于60%時，西區現有脫介篩均能滿足原煤入選能力800 t/h的要求；東區如矸石產率不大于37.5%時，現有脫介篩均能滿足原煤入選能力800 t/h的要求，如矸石產率在37.5%～40%時，由于矸石脫介篩的最大處理能力為300 t/h，原煤入選量可能需調整為800～750 t/h。

2.3 方案確定

綜合考慮，最終確定將臨渙選煤廠西區1號系統的2臺3GHMC1300/920重介質旋流器更換為1臺S-3GHMC870/410新型原煤重介質旋流器。

3 新型旋流器簡介

3.1 結構特征

新型原煤重介質旋流器由一段圓筒形和二段圓筒—圓錐形旋流器串聯而成，重懸浮液以一定的壓力沿一段旋流器切線方向給入，原料煤則依靠自重(位能)由一段旋流器頂部中心處給入，以單一低密度重懸浮液一次分選出輕產物、中間密度產物和矸石3種產品。新型原煤重介質旋流器的結構示意見圖1。

圖1 新型原煤重介質旋流器結構示意

3.2 工作原理

重介質懸浮液以一定的壓力沿一段旋流器切線方向給入；原料煤靠重力由一段旋流器頂部中心處給入。在離心力作用下，物料按密度分層，重物料向旋流器壁移動，在外螺旋的軸向速度作用下，由底流口進入第二段旋流器，輕物料則移向中心空氣柱并隨著中心內螺旋流排出，即為輕產品。由于進入第二段旋流器的懸浮液在一段旋流器內受離心力場作用而密度增加，使得二段旋流器的分離密度更高，從而分選出中間密度產物和矸石。

3.3 結構特點

(1)處理能力大。通過對結構形式和結構參數的優化，加大了旋流器內的剪切力以降低結構性粘度，打破了一般重介質旋流器處理能力與直徑D2.2的比值k為200的傳統，也突破了國華科技重介質旋流器處理能力與D2.4的比值k為220的局限，將k值提高到440，達到同規格重介質旋流器的2倍。

T=kD2.4

式中：T為處理能力， t/h；D為旋流器圓筒段直徑，m；k為系數。

(2)分選精度高。通過大量實驗室試驗和半工業性試驗，不斷改進結構形式、結構參數和工藝參數，并利用計算機進行模擬、反饋，最終確保對0.5 mm以上粒級的一、二段分選可能偏差分別達到0.02～0.03 kg/L和0.03～0.04 kg/L，對0.5～0.25 mm粒級的分選可能偏差不大于0.10 kg/L，有效分選下限不大于0.25 mm。

(3)高排矸量的適應性。通過試驗研究，對旋流器結構進行了調整，大幅度調整了一二段的直徑比和二段錐比；取消了二段密度在線調節裝置，在不影響分選精度的同時簡化了結構，增大了二段分選密度的調節幅度。排矸能力達到了原料煤量的70%，大大提高了對各種煤質的適應能力。

(4)節能降耗明顯。由于新型原煤重介質旋流器在相同處理能力和分選精度的情況下，入料壓力大幅降低，噸煤電耗比同規格的三產品重介質旋流器降低了20%～40%。

4 入洗原料煤性質

4.1 粒度組成

入洗原料煤粒度組成見表3。

表3 原煤粒度組成

由表3可知，原煤中原生煤泥含量為24.90%；6～0.5 mm粒級含量為36.22%；小于6 mm末煤量為61.12%，粒度較細，增加了旋流器分選難度。

4.2 密度組成

計算入料的密度組成見表4。由表4可知：

(1)原料煤中小于1.3 kg/L密度級的灰分低，僅為2.70%；小于1.50 kg/L密度級的產率僅為48.24%，加權平均灰分為8.84%。

(2)原料煤中1.50～1.80 kg/L中間密度級產率僅為10.97 %。

(3)原料煤中大于1.80 kg/L密度級產率為40.97%。

綜上所述，選煤廠入選原料煤屬高灰分、高含矸煤，純矸石灰分較高，中間物含量相對較少，對重介質分選有利。根據表2繪制的可選性曲線見圖2。當重介質選精煤灰分為9.22%時，產品的理論產率為49.38%，理論分選密度為1.513 kg/L，δ±0.1含量為10.99%。根據GB/T16417《煤炭可選性評價方法》，扣除原料煤中大于2.00 kg/L矸石產率后δ±0.1含量為21.72%(扣沉矸)，屬于較難選煤等級。

圖2 原料煤可選性曲線

表4 計算原料煤密度組成

5 工藝指標分析

5.1 可能偏差

可能偏差是由各密度物分配率繪制而成的分配曲線上求得的。依據GB/T15715《煤用重選設備工藝性能評定方法》對S-3GHMC870/410型旋流器進行單機檢測，并對精煤、中煤、矸石進行產率計算，得到了計算入料的密度組成，旋流器一、二段分配率，并以此繪制分配曲線，分別見表5和圖3。

表5 原料煤及各產物分配率計算結果

圖3 分配曲線

通過單機試驗得出可能偏差Ep指標：一段可能偏差Ep1為0.033 kg/L，二段可能偏差Ep2為0.027 kg/L。

由圖3所示，兩條分配曲線中間段趨近于垂線，這表明該設備的分選精度很高。由圖3查得一段實際分選密度1.504 kg/L，由圖2查得的理論分選密度為1.513 kg/L，相差0.009 kg/L，表明該設備分選精度極高。二段實際分選密度為1.943 kg/L，表明二段是在高密度介質條件下排矸，且選出的矸石灰分較高。

5.2 數量效率

數量效率ηc是相同灰分條件下精煤實際產率與理論產率的比值。本次試驗的原料煤δ±0.1含量(扣除沉矸)為21.7%，屬較難選煤，ηc為98.74%。而2008年8月測定3GHMC1300/920型重介質旋流器時，原料煤δ±0.1含量(扣除沉矸)為19.5%，屬中等可選性煤，ηc為98.15%。前者的數量效率比后者高0.59個百分點。

5.3 指標對比

單機檢查指標表明(見表6)，臨渙選煤廠用1臺S-3GHMC870/410型重介質旋流器取代原有的2臺3GHMC1300/920型無壓給料三產品重介質旋流器的技改項目是成功的。

6 經濟與社會效益分析

6.1 經濟效益分析

(1)處理能力。新型旋流器實測原料煤處理量達800 t/h，而原有3GDMC1300/920型重介質旋流器處理量為335 t/h，前者是后者的2.38倍。

(2)噸煤電耗。重介質旋流器的原動力來自合格介質泵，泵的電動機軸功率P按下式計算：

式中：實測電壓U=6 kV，實測電流I=94 A，電動機銘牌功率因數cosφ=0.80，實測軸功率P=781.5 kW。

表6 改造前后重介旋流器指標對比

得到新型旋流器噸煤電耗781.5/810=0.96 kW·h；而3GDMC1300/920A型旋流器噸煤電耗為1.37 kW·h，兩者相比，前者節電29.20%，節能效果可觀。

(3)排矸能力增強。排矸能力是設備的排矸量和入料粒度上限的綜合表現。S-3GHMC870/410重介質旋流器最大排矸量為410 t/h，入料粒度上限達150 mm。設備排矸能力大大提高，尤其是增加了一、二段旋流器連接部位的橫截面積，杜絕了旋流器堵塞事故的發生。

(4)效益測算。新型原煤重介質旋流器系統投入使用后，提高了系統原煤小時處理量，降低了噸煤電耗，節約了噸煤加工成本；用一套新型原煤重介質旋流器系統替換了原有的兩套重介質旋流器系統，提高了系統的穩定性，提高了分選系統整體的分選精度，提高了精煤產率，使選煤廠獲得了可觀的經濟效益。

入選原煤價格413.65元/t；銷售精煤價格930.98元/t；銷售中煤價格267.07元/t；改造后噸煤加工費27.91元/t；改造前噸煤加工費30.53元/t。根據生產數據統計，改造前處理量為644.41 t/h，改造后處理量為729.93 t/h。根據原料煤價格、分選后產品價格、噸煤加工費及生產統計數據計算可知，改造后每入選1 t原料煤可獲稅前利潤55.13元。按每年生產330 d，每天生產16 h計算，改造后每年可增加入選原料煤量45.15萬t。項目實施后原料煤入洗量增加帶來的稅前利潤為2 489.1萬元。

6.2 社會效益分析

臨渙選煤廠成功應用新型原煤重介質旋流器，在提高原料煤入洗量的同時，也提高了精煤產率，節約了資源，降低了噸煤電耗，節約了加工成本，符合國家“節能降耗”的方針政策，對淮北礦業集團乃至全國起到了示范作用，也對選煤技術的發展做出了貢獻。

7 結 語

臨渙選煤廠用1臺S-3GHMC870/410型新型原煤重介質旋流器置換2臺3GDMC1300/920A型旋流器的技改項目取得了成功。試驗表明，新型原煤重介質旋流器具有處理能力大、電耗低、入料上限高、排矸能力強、堵塞串接口極少等特點，同時具有分選可能偏差小、數量效率高的優良工藝效果。目前，淮北礦區煉焦煤選煤廠正在積極推廣這種新型原煤重介質旋流器，其中臨渙選煤廠其余生產系統與渦北選煤廠均已啟動了新型原煤重介質旋流器的技術改造。