兩產品重介旋流器溢流端下料溜槽改進

高福斌

(大同煤礦集團 大地選煤工程有限責任公司， 山西 大同 037003)

王村選煤廠是一座入選能力2.1 Mt/a的動力煤選煤廠，選煤廠日處理量為6 363.64 t，小時處理量398 t，服務年限為58年，采用兩產品重介旋流器+螺旋分選機+板框壓濾機回收工藝。近年來，入選原煤煤質好轉，但商品煤質量要求沒有變化，為了提高商品煤的產率，對兩產品重介旋流器的結構參數進行了調整，將DN320 mm底流口更換為DN290 mm的底流口，底流口變小后，商品煤的產率提升了9%，但與此同時，煤的平均介耗由1.8 kg/t上升到2.7 kg/t，固定篩板的更換頻率也明顯上升。因此，對兩產品重介旋流器溢流端的下料溜槽進行改進，以期降低介質消耗。

1 介耗上升原因

重介質旋流器是一種結構簡單、無運動部件、分選效率高的選煤設備。將兩產品重介旋流器的底流口直徑由DN320 mm更換為DN290 mm后，分析旋流器內部流體壓力的分布規律，旋流器內部煤流示意圖見圖1，內部流體受力分析見圖2.

如圖2所示，在旋流器橫截面內取一個流體微元來分析受力情況，微元縱斷面積為dA,厚度為dr，流體密度為ρ，在r處和r+dr處流體的表面壓力分別為P和P+dp,因此微元體所受表面力在徑向的總力為[1]：

圖1 旋流器內部煤流示意圖

圖2 旋流器內部流體受力分析圖

(1)

微元受到的合力應為零，因此積分可得：

(2)

式中，V為所取微元單位流體的切向速度，考慮半自由渦旋公式，流體切向速度可表示為：

vrn=viRn

(3)

R是旋流器半徑；vi是旋流器入口速度。所以：

(4)

在r=R(器壁)處，令P=Pk，則積分常數：

(5)

于是，旋流器自流渦旋范圍內任意半徑r處的靜壓力分布為：

(6)

也可以寫成另一種形式：

(7)

其中，h是液柱高度，由此可見，旋流器中的壓力差決定于旋流器半徑與任意半徑之比的2n次方。

因此，更換了小口徑底流口的旋流器，溢流端的壓力會增大，而旋流器的溢流端壓力又與溢流速度成正比關系，因此更換了小口徑底流口的旋流器，其溢流端出來的物料流速與之前相比就會增大。

將兩產品重介旋流器的底流口直徑從DN320 mm更換為DN290 mm后，根據實際觀察，不僅介耗大幅度提升，固定篩板的更換頻率也有了明顯的上升。更換重介旋流器的底流口后，物料流速增大，結合固定篩板更換頻率的提高可以推斷：造成洗選介耗上升的直接原因是兩產品重介旋流器溢流端下來的物料流速太快，精煤脫介篩及矸石脫介篩的脫介效果下降，導致大量介質進入到精煤、矸石脫介篩稀介段，當稀介桶內部物料的磁性物含量增多而且超出磁選機的回收能力時，大量的介質會隨磁選機的尾礦進入到煤泥水桶，繼而進入到煤泥系統，造成介質的流失，介耗上升。

2 兩產品重介旋流器溢流端下料溜槽改進

為了降低從旋流器溢流端流出物料的流速，設計改造旋流器的下料溜槽，以改變物料的運動過程，減少物料在自由落體運動方向的做功，改造前旋流器溢流端的流體走勢見圖3，物料通過兩產品重介旋流器溢流端進入到重介旋流器溢流套箱內部，繼而物料順著套箱末端的下料口垂直進入到精煤固定篩入料溜槽。

圖3 改進前旋流器溢流端的流體走勢圖

根據溜槽改進空間位置，對兩產品重介旋流器溢流端的下料溜槽進行改進，首先對重介旋流器溢流套箱末端的下料口進行封堵，然后在套箱前端開與末端下料口同尺寸的下料口，其次在新開下料口與精煤固定篩入料溜槽之間新增一部與水平面呈30°夾角的溜槽，使得物料在進入精煤固定篩的方式由原先的垂直降落變成沿斜坡滑落，改進后旋流器溢流端的流體走勢見圖4. 溜槽的受沖擊面使用20 mm厚的16Mn鋼板，其余面使用12 mm厚普通鋼板。

圖4 改進后旋流器溢流端的流體走勢圖

根據公式：

(8)

式中：

Vt—末速度，m/s；

V0—初速度，m/s；

g—重力加速度，m/s2；

h—落下高度,m；

E—摩擦力做功,N.

對下料溜槽進行改進，改變物料在流動過程中的運動，使物料流速在重力方向的分量變小，同時在重力方向的自由落體距離h縮短，達到減小物料速度的目的；同時，增加了物料的行程，加大摩擦力做功消耗部分能量，也使得物料流速減小。根據實際結果，溜槽改進前后的噸煤平均介耗見表1. 由表1可知，下料溜槽改進后煤的平均介耗為1.6 kg/t，相比未改進前介耗節省1.1 kg/t.

3 經濟效益

1) 直接效益。改進前煤的平均介耗為2.7 kg/t，改進后降到1.6 kg/t，平均每月按入選22萬t原煤量，每噸介質按565元計算，每年可節約費用164.04萬元。

表1 改進前后噸煤平均介耗表

2) 間接效益。通過對兩產品重介旋流器溢流端至精煤固定篩入料溜槽的改進，有效降低了物料的流速，使得篩板的使用周期延長，降低了工人的勞動強度。

4 結 論

通過對兩產品重介旋流器溢流端的下料溜槽進行改進，使得物料在進入精煤固定篩的方式由原先的垂直降落變成沿斜坡滑落,增加了物料行程，降低了物料流速，使得物料在精煤固定篩與精煤脫介篩上可以充分的脫介，降低了介質消耗。