粗煤泥分級工藝和設備在一礦選煤廠的應用

＊王樂聲

（華陽一礦選煤廠 山西 045000）

一礦選煤廠原粒級煤系統（現已拆除改造）用于生產粒度9-13mm，灰分≤16.00，水分≤8.00的粒級煤產品。該系統采用的洗選工藝為跳汰選。由于入洗的是9-13mm粒級的篩后原煤，煤中所含限下物比重較大，所以在設計時采用了粗煤泥分選工藝，選用的主要分級設備是水介質分級旋流器。這是一礦選煤廠生產系統中第一次使用粗煤泥分級工藝，在使用過程中積累了一定的經驗，發現了一些問題并進行了工藝改進和設備革新，取得了很好的效果。

1.一礦選煤廠粗煤泥分級工藝及設備

(1)粗煤泥分級工藝

一礦選煤廠粗煤泥分級工藝采用的主要分級設備是水介質旋流器組，并配套使用固定弧形篩和煤泥離心機脫水。它的主要工藝流程是：跳汰洗選后的精煤產品經固定篩板和精煤篩1mm脫水，固定篩板和精煤篩-1mm篩下水進入一個煤泥水池，砂泵將篩下水給入旋流器組，經旋流器組分級，底流進入固定弧形篩預先脫水，弧形篩篩上物再給入煤泥離心機脫水，脫水后的煤泥產品混入末煤中，旋流器組溢流、弧形篩篩下水和煤泥離心機離心液通過煤泥水桶回收和渣漿泵給入到遠方的濃縮池濃縮沉淀。

(2)粗煤泥分級工藝使用的主要設備技術特征

表1 一礦選煤廠粗煤泥分級環節設備表

2.水簡質旋流器工作原理及影響參數

(1)水介質旋流器工作原理

水介質旋流器是用水作介質，利用離心力進行分選的設備。在分選過程中，錐體部分有一個懸浮旋轉床層。當顆粒進入錐體部分時，由于錐體角度的影響，錐壁對顆粒產生一個向上的推力，使旋轉床層形成上升和下降層流，小粒度（密度）顆粒上升成為溢流，大粒度（密度）下降成為底流。

(2)影響水介質旋流器工作的參數

影響水介質旋流器工作的參數可分為設備結構參數和操作參數兩大類。有影響的結構參數有：旋流器直徑、給料口直徑、溢流管直徑、沉沙口直徑、溢流管插入深度、圓柱體高度及錐角大小。對于一礦選煤廠已經安裝的旋流器組來說可以調整的只有沉沙口直徑，因此本文對別的參數不作討論。有影響的操作參數主要是指給料濃度和給料壓力。這是生產過程中影響較大的兩個因素。

3.分級效率

一礦選煤廠粒級煤系統粗煤泥回收環節的作用主要是用來回收0.5-1mm粒級的粗煤泥并脫水。實際上根據有關研究，水介質旋流器同時具有分級和分選的功能，但是在本系統中只要求分級功能，對分選效果沒有要求。因此，在生產實際中，只測定水介質旋流器組的分級效率，測評指標選定的只有數量效率。當時粗煤泥回收環節投用后，根據長期、有效的監測證明在無其他因素影響的情況下，該旋流器組的數量效率波動在80%-85%之間。但實際上，由于很多客觀因素的制約，旋流器組的數量效率長期維持在給定指標以下，大約為60%左右。另外，粗煤泥系統中水介質旋流器的配套設備固定弧形篩和煤泥離心機都用于底流脫水，它們工作效果的好壞也直接影響到煤泥產品的水分。在生產初期，這兩種設備也不同程度地發現了一些影響脫水的問題。

4.粗煤泥分級環節存在的影響因素及改進措施

(1)水介質旋流器組存在的影響因素及改進措施

①給料壓力對水介質旋流器工況的影響

水介質旋流器給料方式一般有三種：一是借高差自流給料，二是穩壓箱給料，三是砂泵直接給料。一礦選煤廠粒級煤系統粗煤泥分級環節采用的是第三種動壓給料方式。這種給料方式的特點是給料管路少，但給料壓力波動較大。給料壓力是旋流器正常工作的重要參數，因為給料壓力直接影響旋流器的處理量和分級粒度，給料壓力越大，礦漿流速越高，旋流器的處理量就越大，同時礦漿在旋流器中的旋轉速度和離心力也越大，分級粒度也越細。確定分級粒度以后，就要求一定的壓力與之相適應，壓力過大則沉沙中混入的細粒增多，壓力過小則溢流中混入的粗顆粒增多，都會降低分級效率。在粒級煤系統水介質旋流器的給料中確實存在壓力不穩定的情況。經現場觀察發現，主要原因是砂泵功率過大，給料的流量不穩定，給料壓力變化后崗位人員沒有及時發現反饋調整等。對這幾個問題相應地進行了調整改造，具體措施：一是，針對砂泵能力過大，砂泵會喘氣的情況，在砂泵揚出管上加裝了一根回流管，使得一部分礦漿短路回流到煤泥水池；二是，針對煤泥水池內流量不穩定的情況加砌了溢流隔墻；三是，在砂泵出料管上安裝了壓力表，通過調整出料電動閘門開度將壓力控制在0.1-0.2MPa之間，并要求崗位人員每半小時觀察記錄一次旋流器給料壓力，發現問題及時反饋調整；四是，由于砂泵位置較低，停機時電動閘閥關閉緩慢，出料管內的高壓差水位沖擊容易造成砂泵損毀，因此在砂泵出料管處加裝了一個逆止閥門。

②給料質量對水介質旋流器工況的影響

給料質量對水介質旋流器工況有著非常重要的影響。給料質量包括給料濃度、粒度組成以及密度組成等因素。因為本工藝環節對給料密度組成沒有要求，所以密度組成質量不影響分級效果。

給料濃度是影響水介質旋流器分級效果的一個主要因素。給料濃度過低，旋流器底流濃度太低，對下游設備弧形篩、煤泥離心機脫水效果有壓力；給料濃度過高，旋流器沉沙口容易堵塞，溢流中錯配物也增多，容易發生跑粗現象。一礦選煤廠由于受井下生產條件制約，生產過程中原煤存在時大時小的變化，原煤水分波動也大，因此進入粒級煤系統跳汰機的9-13mm原煤限下物波動也很大，在跳汰精煤脫水過程中，諸如精煤脫水篩篩板破損等狀況也經常造成進入水介質旋流器給料煤泥水池的0-1mm煤泥水濃度忽高忽低，給旋流器穩定工作帶來了很大的壓力。

給料粒度組成也是影響水介質旋流器分級效果的另一個主要因素。當給料中+1mm粗顆粒增多時，旋流器溢流就會出現明顯的跑粗現象，含有大量粗顆粒的溢流經濃縮機濃縮沉淀后，濃縮機溢流要通過壓濾機脫水，溢流中仍然存在的粗顆粒會導致壓濾機濾餅難以成型。因此盡量減少或杜絕旋流器給料中+1mm粗顆粒的存在是給料質量管理的重中之重。

然而，事實上，在實際生產中，要想徹底杜絕旋流器給料中的+1mm粗顆粒是不可能的，再者由于一礦選煤廠受井下條件制約，完全平衡穩定給料濃度也很難，對于給料質量不穩定給旋流器工作造成的問題，一礦選煤廠主要從兩方面進行調整管理。一是加強前端工序的原煤篩分和精煤脫水篩分管理，盡量減少限下物進入洗選系統，和加強篩機管理，避免篩板破損造成大顆粒物進入煤泥水系統。二是在給料質量出現大幅波動，又無法及時改變的情況下，調整旋流器組開停數量和沉沙口直徑，以使旋流器工況適應給料質量的變化。

③沉沙口直徑對水介質旋流器工況的影響

沉沙口直徑是一礦選煤廠粒級煤系統使用的水介質旋流器唯一可調的結構參數。沉沙口增大，溢流量減少，溢流變細；反之，沉沙口減小，則溢流中粗顆粒增多，溢流量增大。該廠粒級煤系統使用的水介質旋流器組為一臺十組，在實際使用中旋流器分別安裝了φ35mm、φ45mm、φ55mm直徑的沉沙口，通過調整沉沙口直徑來適應給料質量的變化。另外，沉沙口噴料狀態還能直接觀察到旋流器的分級效果，也是對旋流器工況進行調整的直接依據。比如噴射角在40-70°之間時，基本可以判斷旋流器工作正常；沉沙口呈傘狀噴出時，說明沉沙口大；沉沙口呈繩狀排出時，說明沉沙口小；沉沙口有明顯喘氣，斷斷續續排料時，說明旋流器錐體位置可能有木屑、鐵器等雜物堵塞，需要立即清理。

(2)弧形篩和煤泥離心機存在的影響因素及改進措施

水介質旋流器的配套設備弧形篩和煤泥離心機都用于底流脫水。一礦選煤廠粒級煤系統粗煤泥分級環節使用的弧形篩是固定翻轉弧形篩，它的工作原理是入料沿切線方向給入篩機，倒梯形篩絲對煤泥水流有切割作用，從而實現脫水功能。在實際使用中，發現這種固定弧形篩由于沒有震動源，脫水受布料限制，篩面須經常清理，還需經常檢查篩絲變化，周期性翻轉篩機方向。另外，在生產過程中最應關注的還是弧形篩布料情況，發現脫水效果不好時，也可通過調整弧形篩的數量來改善脫水效果。煤泥離心機的工況受入料影響很大，入料濃度過大或過小都會造成離心機工作不正常，一般來講入料濃度在300-500g/L時是比較適宜的。因此在一礦選煤廠粒級煤系統粗煤泥分級環節這樣的工藝中，由于旋流器底流濃度變化頻繁，煤泥離心機和弧形篩必須配合使用。

5.工業應用效果評定

在使用初期分級效率不穩定的情況下，一礦選煤廠通過對粒級煤系統粗煤泥分級環節水介質旋流器、固定弧形篩、煤泥離心機工況參數的調整，很大程度改善了系統運行的穩定性和有效性。在長期的監測中，水介質旋流器組分級的數量效率穩定在了75%-85%之間，達到了生產系統整體對粗煤泥回收的要求。但是需要特別指出的是在一礦選煤廠的生產環境下，要想保證水介質旋流器工況的穩定，必須在生產實際中全面管理上下游各生產環節的工序指標，否則它的工作效果無法保證，這也是水介質旋流器的一個特點。

6.結束語

在多年來的應用實踐中，一礦選煤廠對于水介質旋流器分級粗煤泥工藝積累了一定的經驗，通過針對性地調整改進水介質旋流器的給料壓力，給料質量和沉沙口直徑等操作參數和結構參數，以及配套脫水設備弧形篩和煤泥離心機的工作制度，極大地改善了粗煤泥分級設備的分級效率，滿足了生產實際的需要。