超級煤泥重介質旋流器的中試和工業性試驗

張玉磊，么 雷，徐英芳，郭建偉，苑金朝

(1.北京國華科技集團有限公司，北京 101300；2.唐山國華科技國際工程有限公司，河北 唐山 063020)

1 概 述

粗煤泥分選工藝及設備一直是選煤領域不斷探索的方向之一，在目前諸多粗煤泥分選設備中，人們公認煤泥重介質旋流器的分選精度最高。煤泥重介質旋流器是2013年度中國煤炭工業科學技術一等獎——“高效、簡化重介質選煤成套技術的研究”的重要組成部分。近年來，煤泥重介質旋流器分選技術又有了大幅度提高，通過對傳統FHMC型煤泥重介質旋流器的關鍵結構參數優化設計，研發出超級煤泥重介質旋流器。與其他粗煤泥分選設備相比，超級煤泥重介質旋流器具有以下特點：

(1)分選精度高，分選下限達到0.10 mm；

(2)不必單獨制備特細介質，在原煤重介質旋流器溢流排出的輕產物中，攜帶以細粒為主的磁鐵礦粉即可作為煤泥重介質旋流器的加重質；

(3)設備本身結構簡單，無轉動部件，且工藝系統極為簡化；

(4)超大處理能力。超級煤泥重介質旋流器是對傳統型煤泥重介質旋流器結構和工藝參數的優化升級，加大了入料口、溢流口及底流口的過流斷面，加長了筒體長度，在保證高精度分選效果的前提下，大大提升了處理能力。本文旨在介紹S-FHMC型超級煤泥重介質旋流器的中試情況及現場應用實踐。

2 S-FHMC型超級煤泥重介質旋流器結構和工作原理

重懸浮液以一定的工作壓力沿切線方向進入旋流器，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，由底流口流出，即為尾煤；輕物料則移向中心方向并隨著中心內螺旋流排出，即為精煤。

S-FHMC型煤泥重介質旋流器主要由入料口、底流口、溢流口、圓筒段和圓錐段5部分組成(如圖1)，其錐角為20°，水平安裝。目前共有9個規格，其主要技術參數見表1。

表1 S-FHMC型煤泥重介質旋流器主要技術參數

圖1 S-FHMC型超級煤泥重介質旋流器結構示意

3 中試情況

本著科學嚴謹的態度，在北京國華科技集團有限公司(以下簡稱國華科技)所屬的試驗平臺對S-FHMC型煤泥重介質旋流器進行了中試，并采用重復性試驗進行校驗。試驗系統如圖2所示。

中試使用的超級煤泥重介質旋流器型號為S-FHMC08型(圓筒段直徑200 mm)，試樣來自開灤礦業集團林西選煤廠正常生產時的煤泥重介質旋流器入料精煤磁選機精礦。

圖2 試驗系統示意

對重選設備，一般遵循的規律是：原料粒度越大，分選效果越好。本文僅介紹各物料0.25～0.10 mm粒級的分選效果。

3.1 試驗條件

為了排除試驗的偶然性，在基本相同的條件下(表2)，先后進行了兩次試驗。

表2 旋流器入料性質試驗條件

3.2 試驗結果及分析

以表2所列條件對煤泥重介質旋流器進行中試，入料、選后產物的性質列于表3，0.25～0.10 mm粒級密度組成及分配率計算列于表4、表5。

表3 入料及產品性質

根據表4、表5數據繪制的分配曲線見圖3，精煤累計產率與灰分關系曲線(即β曲線)如圖4所示。

由中試結果可知：

(1)兩次試驗的均方差分別為1.17和0.73，小于《GB/T 15715-2014煤用重選設備工藝性能評定方法》標準中規定的臨界值1.40，這表明試驗數據有效、可信。

(2)在入料密度1.25～1.30 kg/L條件下，底流密度大于2.0 kg/L，表明重介懸浮液在旋流器中發生了強烈的濃縮作用，此乃是煤泥重介質旋流器高精度分選的關鍵。

表4 0.25～0.10 mm粒級密度組成及分配率計算(第一次)

表5 0.25～0.10 mm粒級密度組成及分配率計算(第二次)

圖3 0.25～0.10 mm粒級分配曲線

圖4 精煤累計產率與灰分的關系(β曲線)

(3)兩次試驗的降灰幅度分別為60.51%、62.30%。

(4)0.25～0.10 mm粒級分配曲線兩端值顯示，精煤損失和矸石污染情況均能得到很好的控制，底流、溢流中的錯配物含量相對較低。可能偏差為0.078 kg/L、0.074 kg/L，均小于0.10 kg/L，根據MTT 811-1999 《煤用重選設備的分選下限》標準，說明超級煤泥重介質旋流器分選下限達0.10 mm。

(5)由β曲線可知，理論精煤產率分別為77.01%、76.00%，實際精煤產率分別為72.94%、72.34% ，則數量效率分別為η1=94.72%、η2=95.18%，這表征分選效果良好。

(6)中試用S-FHMC08型超級煤泥重介質旋流器的處理能力兩次試驗分別為74.6 m3/h和75.2 m3/h，而同直徑傳統型號FHMC-200煤泥重介質旋流器的處理能力為46.2 m3/h。兩者相比，前者處理能力提升近60%，這即是“超級”二字的主要體現。

重復性試驗(表6)表明：分配曲線形態、分配密度、可能偏差E、數量效率、降灰率、處理能力等指標均與第一次試驗結果極為相近，說明試驗重復性良好，排除了試驗偶然性的推測。

表6 重復性試驗指標

4 工業性試驗

淮北礦業集團臨渙選煤廠在原處理原料煤4.5 Mt/a生產規模的基礎上，又擴建了年處理原料煤8.0 Mt的西區新廠，于2010年全部投產。西區新廠共有3個生產系統，每個系統設計處理能力505 t/h，配置2臺3GDMC1300/920A型無壓給料三產品重介質旋流器，采用選前不脫泥不分級工藝，粗精煤泥采用水力旋流器和弧形篩(篩縫0.5 mm)聯合回收，水力旋流器溢流和弧形篩篩下水進入浮選作業。

近年來臨渙選煤廠粗精煤產品出現灰分偏高且不穩定的問題。分析其原因主要有兩方面：一是粗精煤泥分選環節存在問題，難以適應煤質變化；二是采用的水力分級旋流器普遍存在的“分選現象”不利于降灰，在多臺組合時易出現入料分料不均且不易被發現、電耗高、對入料壓力要求高等問題，因此不適于粗精煤泥的分級。

針對以上問題，該廠于2017年6月開始實施技改工程，將每個系統的原有2臺重介質旋流器更換為同直徑的1臺S-3GHMC870/410型超級重介質旋流器，并設置了與其配套的1臺FHMC50型超級煤泥重介質旋流器。精煤脫介篩第一段的濃介質和精煤脫介弧形篩的濃介質分流部分作為入料，由煤泥合格介質桶的渣漿泵以一定壓力給入煤泥重介質旋流器，旋流器的輕產物(精煤)進精煤磁選機處理，重產物(尾煤)進中煤磁選機處理。其工藝流程見圖5。

圖5 臨渙選煤廠西區1#系統粗煤泥分選工藝流程示意

4.1 超級煤泥重介質旋流器生產工藝參數

在1號生產系統處理量810 t/h的條件下，2018年9月對超級煤泥重介質旋流器進行了單機試驗。采樣時煤泥重介質旋流器生產工作參數如表7所示。

表7 工作參數

煤泥重介質旋流器本身沒有運動部件，其分選所需動力來自合格介質泵，按照實測介質泵配套的電機電流、電壓，可計算出噸煤泥電耗為1.33 kW·h。

4.2 檢測結果及分析

入料及選后產物的0.25～0.10 mm粒度組成、計算入料、分配率見表8；以此繪制的分配曲線、計算入料可選性曲線分別見圖6、圖7。

圖6 0.25～0.10 mm粒級分配曲線

由表8、圖6和圖7所示數據計算煤泥重介質旋流器分選該粒級的工藝性能指標，見表9。

表8 0.25～0.10 mm粒級密度組成及分配率計算結果

圖7 0.25～0.10 mm粒級計算入料的可選性曲線

表9 S-FHMC50型超級煤泥重介質旋流器分選0.25～0.10 mm粒級工藝性能評定

由表9可知：

(1)超級煤泥重介質旋流器的實際分選密度為1.865 kg/L，而入料懸浮液密度為1.199 kg/L，由于旋流器的濃縮作用，使懸浮液密度增高了0.66 kg/L，充分展示了煤泥重介質旋流器采用低密度懸浮液實現高密度分選的優越性。

(2)分選0.25～0.1 mm粒級的可能偏差E=0.075 kg/L，表征了大直徑煤泥重介質旋流器與中試小直徑旋流器一樣有良好的分選精度，其分選下限也達到了0.10 mm。

(3)S-FHMC50型超級煤泥重介質旋流器處理能力為486.91 m3/h，噸煤電耗1.33 kW·h；而傳統同直徑的FHMC500型煤泥重介質旋流器的標稱處理能力為260～280 m3/h，噸煤電耗1.65 kW·h。前者比后者的處理能力提升70%以上，噸煤電耗降低20%左右，表明了大型超級煤泥重介質旋流器不因其直徑變大、入料壓力增高而使噸煤電耗增高的特性。

5 結 語

通過超級煤泥重介質旋流器的中試及現場應用，得出以下結論：

(1)中試分選0.25～0.10 mm粒級的可能偏差為0.076 kg/L；臨渙選煤廠使用的S-FHMC50型超級煤泥重介質旋流器分選0.25～0.10 mm粒級的可能偏差Ep值為0.075 kg/L，說明大直徑超級煤泥重介質旋流器與小直徑旋流器具有分選下限低的優點。

(2)超級煤泥重介質旋流器在處理能力上有很大提升，是傳統同直徑設備的1.6倍以上，但噸煤電耗并沒有增加，符合國家節能降耗要求。

(3)超級煤泥重介質旋流器不僅可以很好地保證所分選出的粗精煤泥灰分，而且數量效率很高，達到95%以上。

中試和工業性試驗表明，超級煤泥重介質旋流器在處理能力大幅度提高的同時，能保持良好的分選指標和動力消耗指標。經過不斷完善和發展，相信該設備將會成為粗煤泥分選的首選工藝設備。