重介質(zhì)旋流器參數(shù)優(yōu)化研究

苑 虹

（晉能控股煤業(yè)集團精煤分公司馬脊梁選煤廠， 山西 大同 037000）

引言

隨著煤炭開采機械化的不斷發(fā)展，粉煤含量逐步提升。同時，為了提高煤炭解離程度，保證選煤廠經(jīng)濟效益，許多選煤廠都將大塊物料粉碎，回收煤炭中的低灰精煤，從而使得粗煤泥含量大幅上升。在傳統(tǒng)的粗煤泥分選方法中，重介質(zhì)旋流器粗煤泥分選方法性能最優(yōu)，具有效率高、精度高等特點。但在現(xiàn)有的重介質(zhì)旋流器煤泥分選方法中，對于工藝參數(shù)研究較為欠缺，入料壓力、密度及磁性物含量等參數(shù)指標(biāo)對分選精度影響巨大[1-10]。針對這一現(xiàn)象，本文采用正交試驗的方法對重介質(zhì)旋流器煤泥分選工藝參數(shù)進行了針對性研究，以期得出最優(yōu)的工藝參數(shù)，提升煤炭分選精度與效率。

1 重介質(zhì)旋流器煤泥分選原理分析

重介質(zhì)旋流器煤泥分選主要是采用阿基米德原理進行的，通過將煤泥放置在離心力場中，利用離心力將重產(chǎn)物與輕產(chǎn)物區(qū)分，從而達到分選效果。重介質(zhì)旋流器煤泥分選過程示意圖如圖1 所示。其將物料以壓力的形式按圖1 中的方式給入設(shè)備的圓筒內(nèi)部，使旋流器圓筒形成具有一定強度的旋流；圓筒內(nèi)部的物料在離心力的作用下會形成外螺旋流及內(nèi)螺旋流兩股旋流，其中外螺旋流方向朝下且沿設(shè)備圓柱體與圓錐體運動，內(nèi)螺旋流方向朝上且沿設(shè)備軸心運動；空氣會在內(nèi)螺旋流負(fù)壓作用下進入，且會在設(shè)備軸向形成一定的空氣柱；進入圓筒物料中較重的產(chǎn)物會在外螺旋流內(nèi)，隨著旋流運動從底部流出，較輕的產(chǎn)物會在內(nèi)螺旋流內(nèi)，并隨著內(nèi)旋流向上運動，從頂部溢流口流出。

圖1 重介質(zhì)旋流器煤泥分選過程示意圖

2 重介質(zhì)旋流器參數(shù)優(yōu)化研究

2.1 分選效果影響參數(shù)分析

重介質(zhì)旋流器影響分選效果的參數(shù)主要包括入料壓力、入料密度、入料磁性物含量及圓柱段長度，其中入料壓力與分選效果呈正比，入料壓力越大，離心因數(shù)越高，分選效果越好，但當(dāng)入料壓力達到一定數(shù)值后，懸浮液濃縮程度的增加會導(dǎo)致礦粒密度加大，設(shè)備內(nèi)物料密度分布不均，反而降低分選效果。同時，入料壓力過大，還會使設(shè)備磨損加快，能源損耗增加。入料密度主要與分選密度相關(guān)，呈正比關(guān)系。當(dāng)分選密度增加到一定數(shù)值時，尤其是在1.8 kg/L 以上后，分選效果會大幅上升。同時，分選密度的降低會使低密度物料增多，浪費精煤。入料磁性物含量是影響懸浮液煤泥含量的重要指標(biāo)，懸浮液中含有一定量的煤泥，可提高懸浮液穩(wěn)定性，提高分選效果，但過高的煤泥含量會加大流動摩擦，使懸浮液結(jié)構(gòu)化，黏度的增大會降低分選效果，使懸浮液流動性大大降低。圓柱段長度的增加會增加分選時間，提高分選效果，但過長的圓柱段長度會增加濃縮作用，降低分選密度，損失輕產(chǎn)物。

2.2 正交試驗整體設(shè)計

重介質(zhì)旋流器影響分選效果參數(shù)優(yōu)化試驗系統(tǒng)主要由入料泵、旋流器、測壓設(shè)備、入料桶、取樣桶、流量計及控制系統(tǒng)組成，其中旋流器選取的型號為FHMC200，入料泵選取型號為50ZJD-A33，電動機型號為Y132M1-6，變頻器型號為HLPA2243B。礦漿首先在入料桶內(nèi)充分混勻，然后經(jīng)過入料泵后進入旋流器內(nèi)，旋流器會對物料進行分選，尾煤懸浮液由底部口排出，流入入料桶，精煤懸浮液由溢流口排出，進入入料桶。入料桶混勻后會進行重復(fù)循環(huán)試驗。試驗系統(tǒng)示意圖，如圖2 所示。

圖2 試驗系統(tǒng)示意圖

運用正交試驗法需確定試驗的水平因素、列因素及正交表。本試驗的考察因素主要包括入料壓力、入料密度、入料磁性物含量及圓柱段長度四部分，每種因素確定3 個水平進行試驗，其水平表如表1 所示。為簡化試驗，本文不考慮交互作用，設(shè)計的正交表如表2 所示。

表1 因素水平表

表2 正交表

重介質(zhì)旋流器影響分選效果，參數(shù)優(yōu)化試驗首先應(yīng)依據(jù)密度、磁性物含量指標(biāo)以及具體的試驗環(huán)境進行煤泥、磁性物以及水量多少進行計算。在入料桶內(nèi)按照上述計算數(shù)值進行懸浮液配比，調(diào)整入料泵頻率以及試驗入料壓力后，運行系統(tǒng)調(diào)試。當(dāng)系統(tǒng)壓力與懸浮液穩(wěn)定后，對懸浮液進行密度測量，符合試驗數(shù)值后即可進行試驗系統(tǒng)試驗，整理并記錄相關(guān)試驗結(jié)果。

2.3 試驗結(jié)果分析

按上述試驗設(shè)計進行9 次試驗后，即可得相關(guān)試驗結(jié)果，如表3 所示。

表3 試驗結(jié)果匯總

以可能性偏差為評價指標(biāo)，對A、B、C、D 四個因素 進 行 極 差 計 算 可 得，RA=0.029 0、RB=0.012 7、RC=0.059 7、RD=0.059 3。由此可知，四個因素重要性由大到小為C、D、A、B，入料磁性物含量影響最大，入料密度影響最小，圓柱端長度與入料壓力影響居中。對各因素進行可能性偏差分析可得，A、B、C 三個因素第三水平指標(biāo)最為優(yōu)異，D 因素第一水平指標(biāo)最為優(yōu)異。故最佳因素水平組合應(yīng)為入料壓力為k3DP，入料密度為1.25 kg/L，入料磁性物含量為50%，圓柱段長度為322 mm。

3 結(jié)論

隨著粗煤泥在原煤產(chǎn)率所占比例的不斷提高，粗煤泥分選技術(shù)逐漸受到重視。重介質(zhì)旋流器煤泥分選方法作為粗煤泥分選的主流方法，其對工藝參數(shù)的研究尚未完善。針對這一現(xiàn)象，本文通過正交試驗的方法對重介質(zhì)旋流器煤泥分選工藝參數(shù)進行了針對性研究，并得出了以下結(jié)論：

1）影響重介質(zhì)旋流器分選效果的參數(shù)主要包括入料壓力、入料密度、入料磁性物含量及圓柱段長度。

2）通過正交試驗分析，最佳因素水平組合方案為入料壓力為k3DP，入料密度為1.25 kg/L，入料磁性物含量為50%，圓柱段長度為322 mm。