TZS-2700智能粗煤泥分選機在中心選煤廠的應用

郭 通，王 軍，孫 健，侯玉茂，賀文鵬，孔春鵬

(1.新汶礦業集團洗煤分公司內蒙古區域公司，內蒙古 鄂爾多斯 016299；(2.新汶礦業集團洗煤分公司，山東 泰安 271219)

目前，由于在一般工業生產中常用重介旋流器的分選下限僅達到0.5 mm，浮選的分選上限也僅達到0.5 mm，而浮選的理想分選上限為0.3 mm，因此，介于浮選和重選之間粗煤泥的分選成為選煤行業面臨的一大難題。上海廟礦區中心選煤廠原設計采用TBS干擾床分選機進行1.00～0.25 mm的粗煤泥分選，隨著采煤機械化程度的提高，原煤中煤泥含量不斷增加。TBS分選機自2008年建廠使用至今，已經超過設備使用年限，設備老化、元器件磨損嚴重等問題造成其故障率高、分選精度低，增加了不必要的設備維修成本和人工投入，不僅造成企業效益損失，更造成煤炭資源的浪費。針對這一情況，中心選煤廠選用了基于TBS分選機工作原理升級而來的TZS-2700智能粗煤泥分選機(以下簡稱TZS)替換原有的TBS粗煤泥分選機。設備投用后，取得了良好效果，提升了粗煤泥分選的穩定性，減少了人工操作，為企業帶來了可觀的經濟收益。

1 TZS分選機的安裝背景

上海廟礦區中心選煤廠總設計能力為7.0 Mt/a，主要入洗2個礦井生產的1/3焦煤、氣肥煤。選煤廠洗選系統分兩期建設，一期設計能力3.0 Mt/a，二期設計能力4.0 Mt/a，兩期系統使用的分選工藝基本相同，均為原煤升井后在礦井經動篩車間破碎至100 mm以下粒級后轉運至選煤廠經脫泥篩分級，篩上1.0～100 mm原煤采用有壓兩段兩產品重介質旋流器分選；篩下煤泥經分級旋流器處理后，底流0.25～1.00 mm粗煤泥采用TBS分選系統，溢流小于0.25 mm煤泥采用浮選柱分選；浮選尾煤泥壓濾回收。精煤產品由重介精煤、TBS精煤和浮選精煤組成，主要作為煉焦用煤。

由于入洗煤種復雜多樣，原煤粒度組成、密度組成變化明顯，加上選煤廠粗煤泥分選系統使用年限較長，密度儀、錐形閥及紊流板等元件經常發生故障，造成粗煤泥系統分選效果極不穩定，生產的粗精煤泥灰分波動范圍大。以1/3焦煤為例，選煤廠生產的氣肥精煤灰分要求為7.5%～8.0%，而采用TBS分選得到的粗精煤產品灰分范圍為6.5%～11.0%，嚴重影響精煤產品質量和精煤產率。為有效提升粗煤泥系統分選效果，中心選煤廠選用TZS智能粗煤泥分選機替代原有TBS粗煤泥分選機進行粗煤泥分選，以穩定產品質量，減少精煤損失。

2 TZS設備結構和工作原理簡述

2.1 設備結構

TZS分選機由驅動機構、耙架、觀察平臺、入料井、筒體、探測器、紊流板和擾動器等組成，如圖1所示。

圖1 TZS分選機設備結構示意

2.2 工作原理

TZS分選機工作原理如圖2，其從原有TBS分選機改進而來，同樣是利用槽體底部具有一定壓力的上升水流在槽內產生紊流作用來分選粗顆粒物料(0.15～2 mm)的干擾沉降式分選機。

圖2 TZS分選機工作原理示意

當上升水流以預定的壓力和流速送到壓力箱，再通過紊流板從壓力箱均勻地分散到TZS箱體底部，干擾床的下部形成由懸浮顆粒組成的床層，該床層中顆粒物高度富集，形成自生介質。顆粒在下降過程中相互干擾，在懸浮物中形成不同的密度梯度，以限制物料通過底流。

物料進入TZS后分層，粗或重的物料集中于槽體的底部，細物料和全部輕物料則朝上部走；隨著新物料的給入，細而輕的物料通過溢流堰到溢流水槽；沉降到底部大而粗或重的物料，經過TZS核心裝置即耙架驅動系統，將高密度物料由邊緣向中心匯集，從尾礦口排出，避免尾礦在分選機內部沉積，使排料過程更為均勻、連續。

入料中的顆粒在分選機中做干擾沉降運動，由于顆粒之間密度的不同，使干擾沉降速度存在差異，從而達到分選的目的。

尾礦口安裝智能控制閥，由PLC控制器自動控制。探測器浸入到TZS槽體內的紊流層一定計算高度，用于連續監測槽體內的密度，一旦床層密度低于或者超過預先設定值，控制器即送出1個4～20 mA的信號到控制閥。通過控制閥來關閉或開啟尾礦口排料直至床層密度接近或達到預先設定值。執行器能在0～200 mm范圍內自由、平穩地運動，閥門可任意定位。

尾礦智能控制閥出口連接尾礦排料泵，排料泵將定壓水箱內清水抽出，對尾礦進行稀釋作用，排料泵可根據床層密度自動調節工作頻率，調節排料速度，約束排料閥放料量，更有利于床層密度控制。

3 安裝與調試

3.1 設備的安裝需求

(1)與TBS分選機比較，TZS分選機需要更高的空間來放置耙架驅動裝置。

(2)定壓水箱要求安裝高度高于TZS分選機主體。

(3)尾礦排料泵出料管道要求最高點高于定壓水箱高度，以減少設備運轉時水箱內清水壓力對排料泵流量的影響。

3.2 設備操作界面及功能

TZS分選機操作界面如圖3所示。

1—擾動器控制欄，主要功能為控制擾動器轉速，實際頻率可根據需要自行設定；2—排料泵控制欄，控制排料泵的工作狀態；3—系統后臺控制參數；4—尾礦控制閥門，最大開啟度建議不超過40%，防止放礦過快，影響桶內料層的穩定；5—供水參數顯示欄；6—尾礦泵稀釋水設定；7—供水參數控制欄，根據生產指標，調整供水流量和壓力。穩壓水箱補水閥門控制欄；8—穩壓水箱液位控制閥門；9—密度探測器密度設置欄

3.3 調試與試運轉

中心選煤廠在TZS分選機安裝完成后，結合粗煤泥系統配套設備工藝參數，指定了擾動器工作頻率、供水泵壓力和流量、穩壓水流量等參數，主要對TZS的分選密度、尾礦閥、尾礦泵控制參數進行了試驗。經過試驗發現TZS分選機適用于中心選煤廠入洗煤種的主要工作參數，設定值如表1所示。

表1 中心洗煤廠TZS分選機工作參數

擾動器工作頻率控制擾動器轉速，從而控制桶底煤泥的收集速度，一般在運轉時控制為45～50 Hz，根據尾礦量進行調節。

供水泵工作頻率與供水流量、供水壓力成正比。頻率值上限需要考慮TZS上下游環節處理量，當供水流量過高時，TZS精礦桶和尾礦桶可能發生冒桶事故，同時影響供水箱液位控制；頻率過低時則會造成干擾水壓力過低，床層密度提升困難，影響浮料效率。

尾礦排料泵調頻上限根據排料閥門調節范圍設置，不能使尾礦排料速度過快，影響床層密度穩定；調頻下限一般不能低于15 Hz，否則會造成排料管道堵塞，根據尾礦量和濃度還可適當提高調頻下限。

定壓水補水流量不能低于20 m3/h，否則尾礦濃度過高時會造成管道堵塞和壓泵事故；流量上限則需要考慮尾礦桶處理量，當流量過高時會造成冒桶事故。

尾礦排料閥門必須有一定的最小開度，確保尾礦可以連續排出，不會在排料口堆積；開度上限值應保證在此開度下，床層密度可以平緩降低，不會出現突降而影響床層穩定，需要在現場試驗中不斷調試。

TZS分選機密度計精度為0.005 g/cm3，在實際探測密度與設定密度值差值超過0.005 g/cm3時，探測器會反饋密信號給執行裝置，調節尾礦排料閥開度和尾礦泵工頻，從而控制底流排料量，調節床層密度。通過執行器的計算參數設置可以調節排料閥和尾礦泵的調節速度，計算參數的設置要根據現場調試效果判定，調節速度過低時，床層密度調整過程緩慢，可能出現長期過高或長期過低的情況，影響產品質量；而調節速度過高時，床層密度上下波動較大，不利于床層穩定，會造成精礦損失。

床層密度根據洗選產品的精礦和尾礦的灰分指標進行調節，當密度設定較高時，床層中的高灰分細顆粒物料也會從溢流排出，造成精礦灰分升高，而密度較低時，尾礦中的低密度級物料增多，造成尾礦灰分降低。

4 工藝性能評定

安裝調試工作完成后，中心選煤廠對TZS分選機依據國標進行了工藝性能評定，結果如表2所示。

表2 TZS入料及產品浮沉試驗結果

試驗結果顯示TZS分選機數量效率可以達到96.96%，不完善度僅為0.058 g/cm3，分選效果十分理想。中心選煤廠使用TZS分選機后，粗煤泥分選系統數量效率提升接近5%，減少了精煤損失量，精煤產量增加約2.8 Mt/a，按精煤價格650元/t計算，中心選煤廠每年可增加經濟效益1 820萬元。

表3 TZS分配率計算

表4 計算入料浮沉試驗結果

表5 TZS錯配物計算

圖4 計算入料可選性曲線

表6 TZS工藝效果評定

5 結 語

中心選煤廠在TZS分選機的實際使用過程中，根據自身工藝特點和入洗原煤性質，對設備安裝方式、洗選參數進行了有效調整，取得了良好的應用效果。TZS分選機作為TBS分選機的改良產品，攻克了TBS分選機底流排料不均、床層密度不穩定的技術難題，對于0.25～1.0 mm粗煤泥分選有良好應用效果，不僅精煤產品質量穩定性和回收率都得到了穩定提升，而且減少了崗位工工作量和維修成本，提高了經濟效益。