運(yùn)河煤礦選煤廠無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器技改實(shí)踐

邵 峰，趙國(guó)安，徐 濤，翟德平，張光偉，葛家君，王小楠

(1.濟(jì)寧礦業(yè)集團(tuán)有限公司 運(yùn)河煤礦選煤廠，山東 濟(jì)寧 272000；2.威海市海王旋流器有限公司，山東 威海 264203；3.濟(jì)寧礦業(yè)集團(tuán)有限公司 機(jī)電部，山東 濟(jì)寧 272000)

1 運(yùn)河煤礦選煤廠概述

運(yùn)河煤礦選煤廠隸屬于濟(jì)寧礦業(yè)集團(tuán)，是一座處理能力0.6 Mt/a的礦井型煉焦煤選煤廠。原設(shè)計(jì)分選工藝為：50～0 mm粒級(jí)原煤采用不脫泥無壓三產(chǎn)品重介旋流器分選，0.5～0.25 mm粗煤泥采用弧形篩+煤泥離心機(jī)脫水回收，小于0.25 mm細(xì)煤泥采用浮選機(jī)分選[1]。

由于不脫泥工藝介耗高、原煤處理量小，管理難度大，運(yùn)河煤礦選煤廠于2016年進(jìn)行了預(yù)先脫泥改造，采用大直徑煤泥水旋流器和FBS粗煤泥分選機(jī)對(duì)原生煤泥進(jìn)行處理，提升了現(xiàn)場(chǎng)的原煤處理量，降低了介耗。

因原煤中細(xì)粒級(jí)煤泥含量升高，粗精煤泥受小于0.15 mm粒級(jí)高灰細(xì)泥污染，導(dǎo)致粗精煤泥灰分超標(biāo)，造成重介精煤為粗精煤泥“背灰”，現(xiàn)場(chǎng)于2020年初采用疊層高頻細(xì)篩對(duì)原有弧形篩進(jìn)行替換改造，保證了粗精煤泥灰分的穩(wěn)定，有效解決了現(xiàn)場(chǎng)重介精煤“背灰”問題。

2 存在問題及原因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)化驗(yàn)可知，原有φ1000/710無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器存在“中損”問題，中煤產(chǎn)品中小于1.40 g/cm3密度級(jí)含量可達(dá)10%以上，且該密度級(jí)灰分小于10.0%，屬于合格精煤產(chǎn)品。

對(duì)運(yùn)河煤礦入洗原煤進(jìn)行了浮沉組成分析，試驗(yàn)結(jié)果見表1，對(duì)應(yīng)的可選性曲線見圖1。

表1 入洗原煤浮沉組成

圖1 入洗原煤可選性曲線

從表1數(shù)據(jù)和圖1曲線中可以看出，運(yùn)河煤礦入洗原煤中矸石量較大，且原煤灰分較高，在精煤10.85%灰分指標(biāo)要求下，屬極難選煤種[2]。

通過對(duì)入洗原煤煤質(zhì)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析可知，由于現(xiàn)場(chǎng)煤質(zhì)變化，導(dǎo)致入洗原煤±0.1 g/cm3含量增加，原煤可選性變差，原有無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與入洗原煤煤質(zhì)不匹配是導(dǎo)致“中損”問題的主要原因。原煤進(jìn)入無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器后，難以獲得足夠的離心系數(shù)和分選時(shí)間，致使旋流器內(nèi)部的分選錐面不穩(wěn)定，分層紊亂，從而導(dǎo)致分選精度下降，錯(cuò)配率提高，對(duì)運(yùn)河煤礦選煤廠而言，提高重介系統(tǒng)的分選效率和無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的分選精度，使各產(chǎn)品中的錯(cuò)配率降低，可大幅度提升精煤產(chǎn)品的回收率，提高現(xiàn)場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。

3 技改方案

為保證原煤處理能力和分選指標(biāo)達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)要求，需根據(jù)入洗原煤煤質(zhì)對(duì)無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行重新核定，以保證原煤進(jìn)入旋流器后，達(dá)到合理的離心強(qiáng)度，從而進(jìn)行高效分選。

旋流器的分選指標(biāo)與其結(jié)構(gòu)參數(shù)密切相關(guān)，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)旋流器以下配置進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，保證旋流器的分選精度及生產(chǎn)穩(wěn)定性。

(1)調(diào)整精煤口、中煤口和矸石口直徑，優(yōu)化分配量。對(duì)二段旋流器的錐比和錐角等結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，以達(dá)到提高二段通過能力和矸石通過量的目的。

(2)介質(zhì)入口及一二段連接管重新調(diào)整，保證介質(zhì)入料切線速度的同時(shí)，滿足大粒度、大矸石量的物料通過要求，提升離心強(qiáng)度，進(jìn)一步強(qiáng)化分選。

(3)優(yōu)化一段長(zhǎng)度，增加物料在旋流器內(nèi)的分選時(shí)間，提高分選精度，減少損失。

(4)中煤溢流管的插入深度可調(diào)，提高旋流器的適應(yīng)性。可通過調(diào)整中煤管插入深度改變旋流器內(nèi)部的分離錐面，改善分選效果[3]。

(5)錐段角度在一定范圍內(nèi)微調(diào)，可對(duì)旋流器的分選指標(biāo)產(chǎn)生明顯影響。

(6)底流口直徑直接決定了底流通過量和底流指標(biāo)，根據(jù)現(xiàn)有煤質(zhì)，適當(dāng)調(diào)整底流口直徑，在保證矸石通過量的同時(shí)，控制矸石帶煤指標(biāo)[4]。

4 應(yīng)用效果分析

4.1 技術(shù)參數(shù)

運(yùn)河煤礦選煤廠在原有φ1000/710無壓三產(chǎn)品重介旋流器的基礎(chǔ)上進(jìn)行技改，主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 WTMC1000/710無壓三產(chǎn)品重介旋流器工藝參數(shù)

4.2 運(yùn)行效果分析

為了考察技改后無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的使用效果，對(duì)重介質(zhì)旋流器進(jìn)行了單機(jī)檢查試驗(yàn)[5]，并通過單機(jī)檢查試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算了各產(chǎn)品的產(chǎn)率和灰分，旋流器入料及各產(chǎn)品產(chǎn)率計(jì)算見表3、表4。

從表3可以看出，重介旋流器10.85%的精煤灰分指標(biāo)下，中煤產(chǎn)品中小于1.4 g/cm3含量為1.19%，矸石產(chǎn)品中小于1.4 g/cm3含量為0。

表3 旋流器入料及產(chǎn)品浮沉資料

根據(jù)表4數(shù)據(jù)，計(jì)算精煤、中煤及矸石產(chǎn)品的產(chǎn)率：

表4 三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器產(chǎn)品實(shí)際產(chǎn)率計(jì)算

γ精=100×(g01·g22-g02·g12)/

(g11·g22-g12·g12)=36.76%

γ中=100×(g02·g11-g01·g12)/

(g11·g22-g12·g12)=16.15%

γ矸=100-γ精-γ中=47.10%

根據(jù)圖1重介系統(tǒng)入洗原煤可選性曲線可知，當(dāng)精煤灰分為10.85%時(shí)，精煤理論產(chǎn)率γt=37.84%，理論分選密度為1.53 g/cm3，扣除沉矸后的δ±0.1含量為40.8%(理論分選密度小于1.7 g/cm3)，根據(jù)GB/T 16417—2011《煤炭可選性評(píng)定方法》，該原煤在洗選10.85%灰分精煤時(shí)，可選性等級(jí)為極難選。此時(shí)實(shí)際精煤產(chǎn)率γp=36.76%，那么三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器精煤數(shù)量效率ηe=100×γp/γt=97.15%，分選效果非常理想[6]。

由精煤、中煤、矸石的產(chǎn)率可計(jì)算出其占全樣的產(chǎn)率，從而計(jì)算出對(duì)應(yīng)的分配率，見表5。

根據(jù)GB/T 15715—2014 《煤用重選設(shè)備工藝性能評(píng)定方法》中的規(guī)定，計(jì)算均方差小于1.4時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果有效，本次計(jì)算均方差為0.93，所以計(jì)算結(jié)果可信。

根據(jù)表5數(shù)據(jù)，采用反正切數(shù)學(xué)模型對(duì)三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器產(chǎn)品分配率的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得分配曲線，見圖2，查出分配曲線上一段、二段重產(chǎn)物對(duì)應(yīng)的分配率為75%、25%的密度，根據(jù)可能偏差的計(jì)算公式Ep=(d75-d25)/2計(jì)算出一段、二段分選相對(duì)應(yīng)的可能偏差值，一段旋流器的可能偏差Ep1=0.026 g/cm3；二段旋流器的可能偏差Ep2=0.034 g/cm3，說明一、二段旋流器錯(cuò)配率較低，分選精度較高[7]。

圖2 重介質(zhì)旋流器一段、二段重產(chǎn)物分配曲線

4.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

運(yùn)河煤礦選煤廠WTMC1000/710無壓三產(chǎn)品重介旋流器經(jīng)技術(shù)改造后，有效保證了精煤的灰分指標(biāo)，大大改善了重介系統(tǒng)的“中損”問題，提高了現(xiàn)場(chǎng)的精煤產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益。

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)可知，經(jīng)技改后，運(yùn)河煤礦選煤廠中損較技改前降低了5%，按塊煤70%，中煤產(chǎn)率15%，設(shè)計(jì)能力0.6 Mt/a計(jì)算，則每年可多回收精煤量為：0.6Mt/a×70%×15%×5%=3.15 萬t/a，精煤與中煤差價(jià)按600 元/t計(jì)算，則該技改項(xiàng)目每年可創(chuàng)造效益：3.15 萬t/a×600元/t=1890萬元/a，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

5 結(jié) 語

針對(duì)運(yùn)河洗煤廠重介旋流器中煤損失問題，對(duì)運(yùn)河煤礦選煤廠主洗旋流器進(jìn)行結(jié)構(gòu)技術(shù)改進(jìn)，在保證精煤指標(biāo)的同時(shí)，有效降低了中煤帶精煤量，提高了綜合精煤產(chǎn)率，提升了選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益。