常用粗煤泥分選設備及其在動力煤選煤廠中的應用對比

李寶新

（大唐呼倫貝爾能源開發有限公司，內蒙古呼倫貝爾 021012）

1 前 言

隨著礦井采煤機械化程度的提高及煤質的變化，動力煤選煤廠入選原煤中細粒級煤的含量越來越高。其中0.25～1.5 mm粒級范圍內的粗煤泥比例達到8%～10%。一般情況下動力煤選煤廠的粗煤泥經分選、脫水后直接摻混到精煤產品中作為商品煤出售。由于這部分粗煤泥灰分偏高，如果得不到有效分選，直接摻入精煤會造成混精煤灰分增高，選煤廠不得不降低重選精煤灰分為其 “背灰”，導致混精煤產率降低［1]；如若摻入中煤或隨矸石排棄，則會造成粗煤泥中的低灰精煤損失，精煤回收率變低。因此，對粗煤泥的有效分選越來越受到動力煤選煤廠的重視。

2 常見的粗煤泥分選設備

動力煤選煤廠常見的粗煤泥分選設備主要有螺旋分選機、TBS粗煤泥分選機及TCS智能粗煤泥分選機。

2.1 螺旋分選機

2.1.1 結構特點

螺旋分選機主要由礦漿分配器、入料管、螺旋槽、中心柱、產品截取器、產品排料管和機架等組成。

圖1 螺旋分選機結構示意

2.1.2 工作原理

螺旋分選機是一種依靠液流特性，在重力和離心力的作用下實現不同密度礦物分離的分選設備。入料自螺旋分選機上端給入，沿螺旋槽向下作回轉運動。料流在螺旋槽內運動的過程中，沿槽的內側至外側，水層的厚度逐漸增大，矸石等重礦物顆粒逐漸移入下層，煤等輕礦物浮于料流上層，形成了以重產物為主的下部流動層和以輕產物為主的上部流動層［2]。顆粒群實現分層后，由于重產物位于下層，與槽體接觸，又受到上層液流的壓力，所以運動阻力加大，與輕產物形成一個速度差。輕產物受螺旋料流的作用向槽的外緣運動，重產物在重力、流體動壓力、摩擦力和慣性離心力的作用下向槽的內緣運動，中間密度物料則占據槽的中間帶，即輕、重顆粒在橫斷面上實現了基本按密度分帶。在螺旋分選機底部，用產品溜槽分別收集這些物料，從而實現輕、重產物的分離［3]。

2.1.3 性能特點

螺旋分選機屬無動力設備，生產運行費用低；分選粒級在3～0.05 mm范圍內，最佳分選粒級2～0.1 mm；機械誤差Ep值一般為0.10～0.15 kg／L；常用于易選煤的排矸和粗煤泥的分選，一般要求分選密度大于1.70 g／cm3，適用于高密度排矸。

2.2 TBS煤泥分選機

2.2.1 結構特點

TBS粗煤泥分選機主要由入料緩沖筒、執行器、探測器、錐形閥門及錐形閥座、擾動板、控制系統構成。

圖2 TBS粗煤泥分選機結構示意

2.2.2 工作原理

TBS粗煤泥分選機經過不斷完善，在國內已有比較成熟的應用。礦漿切向給入設備的入料井，按預定的壓力和流速由泵將水打入分選機底部的分配器，通過擾動板均勻分布到干擾床分選機底部，形成向上的擾動水流，下降的物料與上升水流相遇而形成干擾層或稱沸騰床層。入料中的顆粒在分選機中作干擾沉降運動，由于顆粒之間密度和粒度的不同，其干擾沉降速度存在差異，從而為分選提供了依據。當達到穩定狀態時，密度低于干擾床層平均密度的顆粒流向槽體上部，密度高于干擾床層平均密度的顆粒離開床層進入沉物流，并通過底部的排料口排出。排料閥門由干擾床層內的密度傳感器發出的信號控制。

2.2.3 性能特點

該設備處理能力大、分選效率高，分選粒級寬，下限可達0.15 mm，上限可達3 mm；TBS粗煤泥分選機的不完善度I值為0.1～0.2。設備自帶一套密度控制系統，保證分選密度的精確性，分選密度范圍 1.4～1.9 g／cm3［4]， 分選密度調節方便，可實現低密度分選，對入料煤質變化的適應性強，在分選密度范圍內，精煤灰分穩定。

由于TBS粗煤泥分選機采用間斷性的排料機制，尾礦通過由PID控制器控制的排料閥門間斷性排出，無法實現尾礦連續穩定排料，不能保證排出較純的矸石。

2.3 TCS智能粗煤泥分選機

2.3.1 結構特點

TCS智能粗煤泥分選機主要由智能干擾裝置、入料井、分選槽、頂水噴嘴、底流泵和底流箱等構成。

圖3 TCS粗煤泥分選機結構示意

2.3.2 工作原理

物料經入料管給入入料井再進入分選槽，物料與上升水流頂水混合，形成 “干擾床層”，低于分選密度的物料（即精煤）向上運動，高于分選密度的物料（即尾礦）向下運動并進行二次干擾，精煤從分選槽頂部溢流排出，尾礦通過尾礦排料箱由底流泵排出［5]。

2.3.3 性能特點

該設備利用底流泵連續排料，分選床層更加穩定，分選密度穩定可調；動力干擾，減少錯配，提高分選精度；可以對入料量、精礦量、尾礦量進行在線監測，可控可調，且自動控制系統穩定可靠，可以實現無人值守。

TCS智能粗煤泥分選機適用于粒度范圍在3～0.15 mm［6]的粗煤泥分選，Ep值為 0.08～0.09 kg／L， 分選密度可在 1.4～1.8 kg／L自動調整，精礦產品合格，尾礦灰分達到60%～75%以上，可隨矸石直接排棄或綜合利用。

3 粗煤泥分選設備工藝特點對比

3.1 TCS智能煤泥分選機與螺旋分選機工藝特點對比

隨著煤質的變差，例如在山西大同地區，隨著礦井煤炭資源由侏羅系向石炭二疊系過渡，原煤及粗煤泥的煤質越來越差，部分礦井粗煤泥灰分高達38%左右，粗煤泥高密度排矸后再摻混到精煤，已經無法滿足精煤質量要求，需要根據煤質情況靈活調整粗煤泥分選密度，從而實現粗煤泥的精選。

螺旋分選機雖然具有分選粒度范圍寬、無能耗、運營成本低等諸多優點，但缺點是對煤質變化適應能力差、工藝參數不易調節，當分選密度較低時，分選精度低、效果差，使粗煤泥不能得到有效分選，導致混精煤的回收率降低，質量指標變差。而TCS智能粗煤泥分選機具有分選密度可調，對入料煤質變化適應性強，分選精度高等優點，使粗煤泥得到較好的分選效果，能保證混精煤的回收率和質量指標。

3.2 TCS智能粗煤泥分選機與TBS粗煤泥分選機工藝特點對比

這兩種粗煤泥分選設備均適用于低密度分選精煤，也適用于高密度排矸。但與TBS粗煤泥分選機相比較，TCS粗煤泥分選機為有動力干擾分選設備，排料方式由閥門間歇排料改為底流泵連續穩定排料，分選床層更加穩定；生產過程全部實現了智能化，無人值守。由于TCS的分選精度更高，精煤灰分更加穩定、回收率更高。與傳統TBS相比，具有如下特點：

（1）TBS粗煤泥分選機尾礦排料是根據密度計的反饋值間歇排料，而TCS粗煤泥分選機通過底流泵實現連續穩定排料。

（2）TCS智能粗煤泥分選機新增加了稀釋水系統，避免了TBS粗煤泥分選機由于排料間隙時間長或遇到跑粗時排料口的堵塞問題。

（3）當尾礦排量大時，由于TBS粗煤泥分選機采用間歇排料方式，導致分選床層上下攢動，分選效率降低。而TCS粗煤泥分選機增設了多臺流量計對排料量進行在線控制、調整，保證了分選床層的穩定，分選效果更佳。

4 煤泥分選機應用案例

螺旋分選機具有分選粒度范圍寬、無能耗、運營成本低等諸多優點，但其在煤質變化時工藝參數不易調節，分選密度較低時，分選效果較差。例如：根據山西大同礦區燕子山選煤廠2016年8月數據顯示，1.5～0.2 mm粒級粗煤泥灰分穩定在38%左右，粗煤泥經螺旋分選機分選后（分選密度1.72 g／cm3），螺旋精礦產品中帶矸嚴重，精礦產品灰分達到36.5%～37.5%，發熱量Qnet，ar為 12976.1 kJ／kg， 粗煤泥基本沒有分選，達不到摻入混精煤的要求。

TBS粗煤泥分選機和TCS智能粗煤泥分選機有著相同的分選原理和相似的構造，但TCS智能分選機采用底流泵排料，不僅克服了TBS粗煤泥分選機尾礦閥門間歇排料時易堵塞、不連續等技術難題，而且使TCS智能粗煤泥分選機的分選精度、設備可靠性得到了進一步提高。2015年12月，天津美騰科技有限公司生產的TCS智能粗煤泥分選機在斜溝選煤廠成功投運。斜溝選煤廠粗煤泥灰分在25%～28%之間波動，平均灰分26.50%左右，從2016年2月份為期一周的化驗數據顯示，TCS智能粗煤泥分選機的選后粗精煤及尾礦灰分非常穩定，粗精煤灰分為15.62%～17.82%，平均 17.03%；尾礦灰分 61.38%～68.76%，平均65.41%，證明TCS智能粗煤泥分選機設備性能穩定可靠。

天津美騰科技有限公司與斜溝選煤廠共同對TCS智能粗煤泥分選機進行了單機檢查試驗，具體情況詳見表1。

表1 各粒級物料分選Ep值匯總

由表1可見，TCS智能粗煤泥分選機對于1.5～0.2 mm粒級的粗煤泥具有良好的分選效果，除大于1.5 mm粗煤泥Ep=0.14 kg／L外，其它粒級Ep值均小于0.09 kg／L，分選精度高于傳統的TBS粗煤泥分選機（Ep值一般為0.12 kg／L）。

除此之外，在晉煤集團趙莊選煤廠、西山煤電屯蘭選煤廠及同煤集團燕子山選煤廠都有TCS智能粗煤泥分選機的成功應用實例。

5 結 論

螺旋分選機僅適用于粗煤泥的高密度排矸，分選密度較高，當煤質變差或商品煤質量要求較高時，螺旋分選機無法保證分選效果。TBS粗煤泥分選機在粗煤泥低密度分選上有良好的效果，但是由于其排料結構特性使得排料口磨損快、易堵塞，導致分選密度波動較大，尾礦排放不連續且灰分比較低。TCS智能粗煤泥分選機既能高密度排矸，又可實現低密度分選，可根據實際煤質變化和生產情況及時調整分選密度，選后粗精煤產品質量穩定，保證了摻混后的混精煤產品的質量和回收率，實現粗煤泥的靈活摻混，同時TCS智能粗煤泥分選機可以實現高尾礦灰分連續穩定排料，性能更優于傳統TBS粗煤泥分選機。