干扰床分选机的研制与应用

摘 要：本文从干扰床分选机工作原理出发，介绍了其结构特点和新型高效的优化结构设计，并结合选煤厂应用实例，探讨研制适合我国煤质特点和生产实际的干扰床分选设备的发展趋势。

关键词： 干扰床分选机 研制 应用 TBS

1.引言

随着第一台干扰床分选机（Teetered Bed Separator，简称TBS）的引进，并于2005年9月在沈阳煤业（集团）西马矿选煤厂的投入运行，“重介旋流器+TBS+浮选”这一选煤新工艺便在我国开启了先例。其生产工艺为：50-1mm物料进三产品重介旋流器，1-0.25mm粗煤泥入TBS，0.25-0mm细煤泥进浮选机。因为TBS具有分选粒度级别宽（3-0.15mm），分选密度可调（1.35-1.9g/cm3），无需添加重剂和化学药剂等优点，在新建选煤厂和老厂的技术改造中得到了较快的推广，并取得了较好的效果。但是进口设备对入料性质的针对性不强、产品价格过高、技术和售后服务不及时、配件供应周期长，设备使用单位时常受到困扰。

为了使干扰床分选技术能在我国选煤工艺中得到应用和推广，在吸收国外TBS先进技术的基础上，经过多年的潜心研发，在改进设备结构、优化执行器驱动方式、完善可编程控制系统等多项成果的情况下，2006年7月制造出国内首台干扰床分选机样机，并于2007年11月获得国家专利产品（专利号2006 2016 8758 7），同时向国家工商行政总局申请TBS商标注册。目前，已经有鸡西矿业（集团）公司荣华立井选煤厂，阜新矿业（集团）恒大矿选煤厂、上海煤电公司大屯选煤厂等几十家选煤厂订购或应用高效新型的XGR系列干扰床分选机，其分选效果得到选煤业内人士的关注和好评。

2.XGR系列干扰床分选机的研制

2.1 工作原理

干扰床分选机是利用上升水流在柱形槽体内产生紊流的干扰沉降分选设备。由于入料颗粒的密度、粒度不同，颗粒的沉降速度产生了差别。上升水流的作用为颗粒的分选提供了条件。当入料颗粒的下降速度等于上升水流速度的情况下，颗粒在分选设备中呈悬浮状态形成分选床层。当入料颗粒速度小于上升水流速度时，颗粒在上升水流的作用下被携带至溢流，成为精矿；当入料颗粒速度大于上升水流速度时，颗粒向下运动，穿过分选床层，成为尾矿，从底流口排出，从而实现了精矿与尾矿的有效分离。

2.2设备结构

XGR系列干扰床分选机由主体、入料井、执行机构、探测器和控制系统四部分组成。详見图1：

2.2.1 入料井

物料沿涡形渐开线方向给入入料井，入料井将入料均匀地给入干扰床分选机，入料井内镶衬耐磨刚玉（成分AL2O3），以增加使用期限。

2.2.2 执行机构

执行机构由执行器、连杆装置、梭形阀及阀座等部件组成，执行机构的核心是执行器。XGR系列干扰床分选机采用的是电液动执行器，电液动执行器接收到控制系统电信号后，开启或关闭梭形阀门，实现底流的适时排放。

2.2.3 探测器

探测器也称传感器，位于分选床的中部。干扰床分选机内紊流床层的密度不同，压力也有差异，探测器采集紊流床层密度转换电信号输入给PLC控制系统，通过控制系统去操作执行机构。

XGR系列干扰床分选机采用的是德国恩德斯豪斯公司生产的密度探测器。

2.2.4 控制系统

XGR系列干扰床分选机控制系统包括密度探测器、可编程控制器（PLC）和电液动执行器以及密度值、流量、压力检测等部分（如图2）。为实现理想的分选床层，可编程控制器经过PID运算，输出4-20mA的控制信号给执行机构，电液动执行器开始动作，开启或关闭排放阀直至床层密度趋近设定密度值，从而实现自动控制床层密度的目的。

XGR系列干扰床分选机控制系统还具有与选煤厂集控系统连接的多种接口，可以是PROFIBUS-OP、RS485或工业以太网通讯接口，也可以提供4-20mA模拟量和数据量信号接口。

2.3 XGR系列干扰床分选机技术特征

（1）分选粒度范围宽，入料粒度可以达到3-0.15mm，最佳分选粒度1-0.25mm；

（2）分选密度可调，调节范围1.35-1.9 g/cm3；

（3）电液动智能控制，无需人工操作；

（4）自生介质，无需添加化学药剂和加重剂；

（5）结构独特，分选精度高，处理能力大。

3.新型高效干扰床分选机优化结构设计

3.1 独特的涡形渐开线入料设计

采用涡形渐开线入料方式，克服切线入料方式入料冲击流大、易造成入料区床层紊乱、易形成二次破等缺陷。碎涡形渐开线入料方式与相比，具有入料趋于平稳、处理能力加大、减少井壁磨损、减少二次破碎优点。

3.2 入料井长度可调

入料井可调套筒可在400mm范围内无极可调，这样就可以针对不同性质的入料、不同产品质量要求选择入料井的最佳长度，对提高分选效果起到和积极作用。

3.3 改变紊流塞的孔径结构

干扰床分选机上升水流通过紊流板上的紊流塞均匀进入分选床层。设计中将原来的紊流塞垂直孔改为锥形孔。在正常生产中，上升水由下底b到上顶a，a3.4 排除供水管路中的虹吸现象

选煤厂正常生产过程中停车，往往会使干扰床分选机的矿浆及管路中的煤泥水向低处的排放口及管路流去，造成紊流筛孔的堵塞和洗水分配室内淤积煤泥。为解决这一问题，应在给水管路上设置防虹吸装置。水泵停机后，止水阀关闭，同时放气阀开启，干扰床槽体内矿浆与管路煤泥水处于同一大气压，管路内虹吸现象被排除，紊流塞孔堵塞和上升水分配室於积煤泥机会显著减少。

3.5 执行器的选用

执行器是干扰床分选机的核心部分。目前，进口的干扰床分选机（TBS），大都配用气动执行器，XGR系列干扰床分选机则选用美国REXA智能型电液动执行器。

REXA电液动执行器克服了气動执行器的缺点，主要表现在：

（1）结构简单。将电子液压机械技术综合在一起，形成了模块化、集成化、智能化，真正实现了电液机一体化，无须外接油源和管路。

（2）定位精度高，小于全行程的0.15%，比气动执行器精度高十几倍，重复率小于全行程的0.1%。

（3）响应速度快，响应时间0.04s/mm。

（4）可实现100%连续循环调节，不受启、停、反转限制。

（5）断电保护。电液动执行器在干扰床分选机因运行故障断电停车后，能在4秒钟内迅速自动将排料阀关闭。

（6）输出力大（900-1500kg），耗电量小（<1.5KW），免维护。

4.应用实例

XGR-3000干扰床分选样机于2008年6月在沈阳煤业（集团）红阳三矿选煤厂（新建厂）重介车间中投入使用。红阳三矿选煤厂为矿井炼焦煤选煤厂，设计能力5.0Mt/a，其中新建厂设计能力为2.2 Mt/a，老厂设计能力为2.8 Mt/a.入选煤种为贫瘦煤，煤泥含量高达35%以上。1-0.25mm粗煤泥灰分为32.35%，粗煤泥分选工艺流程见图3。

从图2中可以看出，红阳三矿选煤厂采用的是“重介旋流+干扰床+浮选”这一新的选煤工艺，入选原料煤预先脱泥，筛缝为1mm，50-1mm物料进二台3LNWX1200/850三产品重介旋流器，1-0.25mm粗煤泥进二台φ3M干扰床分选机，<0.25mm细煤泥进二台XJM-S16浮选机。主要产品为八级、十级冶炼用精煤，供鞍钢、本钢做配焦精煤，中煤供附近电厂或民用。

4.1 XGR-3000干扰床分选机运行基本情况

一年多生产实践表明，采用XGR-3000干扰床分选机分选1-0.25mm的粗煤泥，不但能分选出合格的八级精煤产品，尾矿灰分也达到62.40%，数量效率在90%以上，主要工作参数见表4-1：

干扰床分选机的应用，不仅使重介、浮选生产工艺系统得到改善，经济效果也十分显著。重介旋流器入料下限的提高，重介分选的效果得到提高，重介中细煤泥量的减少，降低了精煤中高灰细颗粒的含量，提高重介分选的比重，必然提高精煤的产率；脱介筛孔的增大，加大了介质的回收力度。随着浮选入料量的减少，药剂消耗明显降低，浮选跑粗现象完全杜绝，综合精煤回收率提高1-2个百分点。

4.2 XGR-3000干扰床分选机应用效果

为检验干扰床分选机的实际应用效果，2008年8月，红阳三矿化验室对干扰床分选机进行单机检查。从实验结果看，干扰床分选机的技术指标量先进，经计算，Ep=0.0625 I=0.127 η=90.58%，在原矿灰分32.35%时，产品质量指标合格（精矿灰分8.29%，尾矿灰分62.40%），工艺参数合理（分选密度1.493 g/cm3，上升水量80-100m3/h，入水口压力70-80Kpa）。干扰床分选机分选红阳三矿粗煤泥（1-0.25mm）获得明显效果。

5.发展趋势

如前所述，干扰床分选机是分选粗煤泥的理想设备，具有很大的发展前景和市场空间。

（1）粗煤泥分选一直是选煤界十分关注和致力于解决的难题，干扰床分选机在选煤工艺中与重介旋流器、浮选机配合使用，是一个全新的选煤工艺，可以实现真正意义上的全粒级有效分选。而螺旋分选机分选密度高（一般在1.6 g/cm3）且不易调整，干扰床分选机分选密度最低可达1.35 g/cm3，如果将螺旋分选机的轻产物用干扰床分选机再洗，则可提质降灰，获得高质量的精煤产品。

（2）为适应大型选煤厂煤泥水处理要求，应加强干扰床分选机大型化方面的研究，目前使用大都是3M直径的干扰床分选机，应尽快研制出3.6M、4.5M的大型干扰床分选机。

（3）加强对干扰床分选机理论的研究，以推动干扰床分选技术的完善。设计上要注意与干扰床分选机相关工艺部分的技术问题，如干扰床入料前分级旋流器的截流粒度、入料浓度以及选后产品的后序处理等。同时探讨干扰床分选机对其它矿物分选的可行性。

参考文献：

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[2]Michael J Mankosa Gerald H LuttrellAir-Assisted Density Separator Device AndMethod ﹝P﹞US Pa-tent NO.6425485 2002-07-30

[3]王建军、焦红光、谌伦建 干扰床分选技术的发展与应用《选煤技术》 2007（3）；71-73

[4]张志文 TBS干扰床及其在粗煤泥分选中的应用《中国煤炭》 2005（2）； 30-32

作者简介：

韩彦春（1983年—），女，辽宁阜新人，工程师，硕士研究生，主要从事电力电子、机电控制等工程设计方面的研究。