智能粗煤泥分選機在鮑店選煤廠的應用

鄭 毅

(兗州煤業股份有限公司 選煤管理中心，山東 兗州 272100)

選煤工藝中的粗煤泥是指2～0.25 mm粒級煤，其特征是煤與矸石已較充分解離，且灰分一般比重選精煤稍高[1-3]。這部分煤泥的主要來源是開采過程中產生的原生煤泥和洗選過程中產生的次生煤泥[4-5]。隨著煤礦開采情況逐漸復雜，采煤機械化程度不斷提高，開采設備逐漸大型化，導致末煤在原料煤中所占比例逐漸增大，在選煤生產過程中，煤塊之間的相互碰撞及其與設備器壁之間的碰撞而產生的次生煤泥難以避免[6]。

近年來我國選煤工藝及設備逐漸發展成熟，大部分選煤廠形成了粗粒級煤采用重介分選、細粒級煤采用浮選的聯合選煤工藝。重介質旋流器的有效分選粒度下限在0.25～2 mm粒級之間，隨著重介質旋流器向著大型化發展，其分選粒度下限隨設備直徑的增大而增大；浮選是實現微細粒煤分選最有效的方法之一，浮選處理的粒度范圍有限，傳統浮選設備的實際高效分選粒度上限為0.25 mm，隨著浮選向微細粒分選領域的進一步發展，浮選粒度上限將有所下降；由此可見重介分選及浮選之間存在有效分選粒度缺口，粒度介于0.25～2 mm之間的粗煤泥得不到有效分選?？梢姶置耗嗟姆诌x回收將成為制約選煤廠工藝完善的關鍵性問題，并已成為選煤廠提高精煤產率的重要挖潛方向[7]。

1 常用粗煤泥分選設備

1.1 螺旋分選機

螺旋分選機主要由礦漿分配器、中心柱、螺旋溜槽和底流截取器等組成。礦漿經分配器給入螺旋溜槽，沿溜槽向下做回轉運動。在這個過程中，重顆粒沉降速度快，沉入礦漿下層并逐漸向螺旋槽內緣運動，輕礦物浮于礦漿上層，并因離心力向螺旋溜槽外緣轉移，最終顆粒由輕至重沿螺旋溜槽橫斷面從外緣至內緣實現均勻排列，在排料端部設置截取器可獲得不同密度的產物，實現分選。螺旋分選機是選礦和粗煤泥分選常用設備之一，其結構簡單，無運動部件，不需有壓給料，在分選密度較高時，螺旋分選機分選精度高，分選下限低。但是該設備機身高度大，單臺設備處理能力小，當分選密度較低時，分選精度和分選效果差[8-9]。

1.2 煤泥重介質旋流器

粗煤泥分選旋流器通常采用小直徑重介質旋流器。小直徑旋流器可產生較高離心系數，使物料在遠大于重力場的離心力場下實現分選。值得注意的是小直徑重介質旋流器的重介質粒度對其分選效果影響極大，當入料粒度遠大于介質粒度時，該設備分選精度較高，分選密度范圍寬，具有良好的分選效果；當入料粒度逐漸接近介質粒度時，分選精度顯著下降，為分選細粒級顆粒，需添加更細的重介質，導致介質回收難度加大，介質損耗增加，因此該設備對預先脫泥有較高要求。另外，單獨為粗煤泥分選設置煤泥重介質旋流器亦會導致選煤廠系統臃腫、操作難度大，并且生產成本顯著高于其他粗煤泥分選設備[10-12]。

1.3 干擾床分選機

1.3.1 傳統TBS

傳統TBS利用上升水流在槽體內形成干擾床層，按密度對物料實現分選。物料經入料管由上至下進入分選槽，與上升水流混合，形成“干擾床層”，入料中小于床層密度的顆粒將隨水流上升，從溢流口排出成為精礦，入料中密度較大的顆粒將克服上升水流的作用，在分選機內做“干擾沉降”穿透床層向下運動，成為底流排出。TBS分選精度及分選效率高，對入料的變化適應性強且運行成本低，但是傳統TBS利用鐘形或錐形排料閥進行間歇性排料，下部脫水區極易板結導致排料不暢甚至導致排料口堵塞，導致TBS分選機內床層擾動，影響分選效果[13-15]。

1.3.2 TCS

TCS是新型干擾床分選設備，其結構如圖1所示。

圖1 TCS結構示意圖

由圖1可知，TCS主要由筒體、智能干擾器、頂水系統和尾礦排料裝置組成。TCS與TBS的分選過程及分選原理相似，均利用不同物料在上升水流作用下的干擾沉降速度差異實現物料分選，與TBS相比，TCS利用底流排料裝置實現了尾礦的均勻穩定排放，避免了間歇排料導致的分選床層不穩定和梭閥排料時尾礦排放口易堵塞的弊端，并利用智能干擾器強化顆粒的干擾沉降運動，減少粒級錯配，提高了分選精度，實現了低密度分選和高密度排矸功能[16-18]，因而具有更大的處理能力和更好的分選效果。TBS與TCS性能比較見表1。

表1 TBS與TCS性能對比

2 粗煤泥處理工藝改造

2.1 改造前粗煤泥回收工藝

鮑店選煤廠50～0 mm粒級原煤采用不脫泥無壓三產品重介質旋流器分選，1.0～0.25 mm粒級粗煤泥采用濃縮旋流器分級后經煤泥離心機脫水回收，0.25～0 mm粒級細煤泥進行浮選。改造前鮑店選煤廠粗煤泥回收設備流程如圖2所示。由圖2可知：粗煤泥未經有效分選，僅利用疊層高頻振動細篩脫除高灰細泥，以達到降灰目的。近年來該選煤廠煤炭入選量和原煤中煤泥含量逐漸增加，疊層高頻振動細篩的降灰效果越來越差，即使進一步增大篩子的振幅與頻率，也難以達到預期降灰效果，可見僅靠篩分脫泥工藝已無法滿足選煤廠對粗煤泥回收的要求。

圖2 改造前粗煤泥回收系統設備流程圖

2.2 改造后鮑店選煤廠粗煤泥分選工藝

為完善分選工藝，鮑店選煤廠采用TCS對精煤磁尾進行分選。改造后粗煤泥回收設備流程如圖3所示。1.0～0.25 mm粒級粗煤泥經過旋流器分級后的底流利用TCS進行分選，TCS的溢流經過弧形篩、高頻篩及煤泥離心機脫除高灰細粒組分后摻入重介精煤，TCS的底流進入中煤磁尾桶。

圖3 改造后的粗煤泥回收系統設備流程圖

一般而言，TCS分選的Ep值在0.060～0.090 g/cm3范圍內，TBS分選的Ep值在0.120～0.150 g/cm3范圍內，因此TCS具有更高的分選精度。以6.0 Mt/a的選煤廠為例，當TBS分選Ep值為0.120 g/cm3，TCS分選Ep值為0.090 g/cm3時，選煤廠精煤可增產2.986萬t/a，可見TCS能夠較大幅度增加精煤產量。

表2 分選精度對選煤廠精煤產量的影響

3 TCS操作參數調整及其分選效果

3.1 頂水量對分選效果的影響

TCS頂水提供物料分選向上的浮力，對TCS分選效果有較大影響。為考察頂水量對TCS分選效果的影響，控制干擾器頻率為16 Hz，設定分選密度為1.165 g/cm3，在90～110 m3/h范圍內調節頂水量，TCS分選指標如圖2所示。由圖2可知：精煤產率隨著頂水量的增大而逐步增大，同時精煤灰分也由7.02%上升至15.33%。綜合來看，當頂水量在98 m3/h時，精煤產率為41.17%，精煤灰分為9.65%，對應尾煤灰分為25.39%，分選效果最好。

3.2 智能干擾器頻率對分選效果的影響

干擾器為TCS提供二次分選，能夠提高物料分選效率，提高精煤產率。智能干擾器頻率對TCS分選效果有一定程度的影響，設定頂水量為98 m3/h，分選密度為1.160 g/cm3，在15～30 Hz之間調節干擾器頻率，考察其對分選指標的影響，智能干擾器頻率對TCS分選效果的影響如圖5所示。由圖5可知：提高干擾器頻率能夠增大精煤產率，當干擾器頻率由15 Hz提高至30 Hz時，精煤產率由20.67%上升至86.63%，但是精煤灰分也隨之由7.88%上升至14.26%。當干擾器頻率設定為16 Hz時，精煤產率為42.83%，精煤灰分為9.75%，對應尾煤灰分為23.69%，分選效果最佳。

圖4 頂水量對TCS分選效果的影響

圖5 智能干擾器頻率對TCS分選效果的影響

3.3 分選密度對分選效果的影響

分選密度是指TCS中自生床層的密度，是影響TCS分選效果的直接因素。設定頂水量、干擾器頻率分別為98 m3/h、16 Hz，在不同密度條件下對比分選指標，結果如圖6所示。由圖6可知：當設定密度由1.160 g/cm3增至1.175 g/cm3，精煤產率由3.46%迅速上升至83.71%，精煤灰分由6.73%增至16.87%。當密度為1.165 g/cm3時，精煤產率為39.13%，精煤灰分為9.47%，尾煤灰分為25.06%，分選效果最佳。

圖6 分選密度對TCS分選效果的影響Fig.6 Effect of separating density on separation efficiency of TCS

3.4 最優條件下的分選效果

TCS可分選粒度范圍為1.5～0.2 mm粒級，最佳分選粒度范圍為1.0～0.25 mm粒級[19-20]。鮑店選煤廠TCS入料粒度組成見表3。由表3 可知：入料中<0.25 mm粒級部分產率較大，且灰分高達42.52%，該部分物料很難通過TCS實現有效分選。

表3 TCS入料粒度組成Table 3 Size analysis of feed to TCS %

綜合前述各種不同參數條件下的分選指標，確定最佳運行參數為：頂水量為98 m3/h，干擾器頻率為16 Hz，設定密度為1.165 g/cm3。在最佳運行參數條件下，精煤、尾煤小篩分試驗結果分別見表4和表5。

表4 TCS精煤粒度組成Table 4 Size analysis of clean product of TCS %

表5 TCS尾煤粒度組成Table 5 Size analysis of tailings product of TCS %

由表3、表4 和表5可知：粗精煤產率為36.63%，灰分為9.39%，略高于重介精煤執行灰分(9%)，但因為粗精煤泥量相對較少，對最終精煤灰分影響較小。尾煤中>0.5 mm粒級含量在50%左右，灰分為12.64%，>0.25 mm粒級含量為76.68%，灰分為14.73%，說明TCS分選系統沒有對粗煤泥完全“吃干榨凈”，尾礦整體灰分偏低，僅為25%左右，系統粒度控制和TCS操控仍有繼續優化的潛力。

4 結語

鮑店選煤廠進行粗煤泥處理系統改造，通過采用TCS更換原有的高頻振動疊層細篩，對粗煤泥實現了有效分選，完善了洗選工藝，可有效解決鮑店選煤廠原粗煤泥直接摻入主選精煤而“背灰”問題，提高了粗精煤的質量。通過試驗，確定了TCS最佳分選條件為：頂水量為98 m3/h，干擾器頻率為16 Hz，設定密度為1.165 g/cm3。在最佳分選條件下，粗精煤產率36.63%，灰分控制在9.39%，略高于重介精煤執行灰分(9%)，由于粗精煤產量相對較小，可直接摻入主精煤，不影響主精煤灰分。但 TCS尾煤灰分整體偏低，系統粒度控制和TCS操控有深度優化潛力。