三锥角水介质旋流器应用效果分析

徐东升，崔广文，刘立文，南 鹏

(1.山东科技大学 化学与环境工程学院，山东 青岛 266590；2.山西焦煤霍州煤电 吕梁山公司选煤厂，山西 吕梁 033102)

三锥角水介质旋流器应用效果分析

徐东升1，崔广文1，刘立文2，南 鹏2

(1.山东科技大学 化学与环境工程学院，山东 青岛 266590；2.山西焦煤霍州煤电 吕梁山公司选煤厂，山西 吕梁 033102)

针对方山选煤厂粗煤泥含量高，重介质旋流器分选精度低，介耗高的问题，采用三锥角水介质旋流器代替FJ710×3 水力分级旋流器对粗煤泥进行分选。介绍了该旋流器的结构、工作原理、技术特点、技术参数，并分析了其在方山选煤厂的应用情况。生产实践表明：三锥角水介质旋流器的应用，不但解决了粗煤泥的有效分选问题，使吨煤介耗明显下降，而且提高了原煤入选量和精煤产品质量的合格率。

粗煤泥；分选精度；介耗量；三锥角水介质旋流器

方山选煤厂隶属霍州煤电集团吕梁山煤电公司，是一座设计能力为3.00 Mt/a的中心型选煤厂，洗选工艺为原煤预先脱泥后有压给料三产品重介质旋流器分选、浮选的联合工艺。预先脱泥筛筛下煤泥水由FJ710×3 水力分级旋流器分级，分级旋流器底流进入高频筛，高频筛筛上物和原煤脱泥筛筛上物一起进入主选系统的原煤混料桶，再由有压给料三产品重介质旋流器分选，分级旋流器溢流和高频筛筛下水去浮选。

随着采煤机械化程度的提高，原煤中粉煤含量大量增加[1]。方山选煤厂原煤中<0.5 mm粒级含量由15%增加到20%左右，致使水力分级旋流器分级效果变差，高频筛脱泥困难，筛上物中细泥含量增大，进而使主选旋流器分选效果变差，处理量下降(由750 t/h下降至600 t/h)，系统介耗过高(高达3.50 kg/t)；此外，精煤磁选尾矿中的粗煤泥灰分在15%左右，含量约为原煤入选量的5%，由于这部分粗煤泥灰分高且得不到有效分选，只能将其掺入中煤，造成极大的资源浪费[2-3]。为提高该厂的精煤产量和经济效益，采用三锥角水介质旋流器代替FJ710×3 水力分级旋流器对粗煤泥进行分选，取得了良好的效果。

1 三锥角水介旋流器

目前，用于粗煤泥分选的设备主要有水介质旋流器、煤泥重介质旋流器、TBS干扰床分选机、螺旋分选机等[4-7]。其中，水介质旋流器因配置简单、无运动部件、不需要重介质、生产成本低等优点，在选煤厂得到了广泛应用，但其分选精度和效率偏低[8-9]。

1.1 结构及工作原理

由山东科技大学自主研发的三锥角水介质旋流器是一种利用离心力场和重力场实现分选的新型高效粗煤泥分选设备，与传统水介质分级旋流器相比，其锥角大，锥体短，溢流管直径大，且插入筒体部分的长度更长，分选精度和分选效率更高。该旋流器锥体部分分为三段，每段设定不同的锥角和锥面长度，通过改变锥体、溢流管插入深度等结构参数来实现不同粗煤泥的分选。三锥角水介质旋流器结构示意图如图1所示。

1—入料管；2—溢流管；3—圆筒体；4—一段锥体；5—二段锥体；6—三段锥体；7—底流口

物料通过入料管沿切线方向给入圆筒体，在筒体内形成螺旋流，在离心力和重力的双重作用下，高密度重产物(尾矿)进入外螺旋流，低密度轻产物(精矿)进入内螺旋流。物料进入一段锥体时，不同密度、粒度的颗粒形成阻碍沉降层，细颗粒充填于床层孔隙间，低密度粗颗粒在高密度粗颗粒的阻碍下位于床层上部，随后随液体从溢流管排出；由于部分床层没有明显失去成层特性，随着物料的不断给入，其被迫进入二段锥体，此时中间密度物料层露出，并在再循环作用下按密度分为两部分，其中轻的中间密度颗粒在内螺旋上升流作用下由溢流管排出，重的中间密度颗粒被迫进入三段锥体；由于干扰床层被破坏，混杂在高密度粗颗粒间的低密度细颗粒继续在内螺旋上升流的作用下由溢流管排出，其余高密度颗粒则随外螺旋下降流运动，在重力和挤压作用下，最终从旋流器底流口排出[10-13]。

1.2 技术特点

三锥角水介质旋流器作为一种新型高效粗煤泥分选设备，具有如下技术特点：

(1)锥体设计独特。通过选用不同的锥角、锥面长度组合即可实现不同粗煤泥的分选，且可通过改变溢流管插入深度来调节溢流灰分。

(2)结构简单，设计紧凑，适应性强，占用空间小，稳定可靠，分选精度较高，可有效实现粗煤泥的高效分选。

(3)无需复杂的重介质系统，使用寿命较长，本身没有动力消耗，设备运行成本低，且维护费用少，节省投资成本。

1.3 技术参数

方山选煤厂选用的三锥角水介质旋流器主要技术参数如下：

筒体直径/mm

500

有效分选密度范围/(g·cm-3)

1.40～1.60

入料粒度范围/mm

0～6

有效分选粒度范围/mm

0.18～3

最佳入料浓度/(g·L-1)

150

最佳入料压力/MPa

0.07

处理能力/(t·h-1)

30

2 粗煤泥分选原则流程

基于三锥角水介质旋流器的特点，根据技术指标要求和实验室数据，结合方山选煤厂施工图纸和现场管道布置情况，本着节约投资的原则，充分利用系统原管路，对粗煤泥分选工艺进行改造。粗煤泥分选工艺改造后的原则流程如图2所示。

图2 粗煤泥分选原则流程图

采用六台φ500 mm的三锥角水介质旋流器组代替FJ710×3 水力分级旋流器组对粗煤泥进行分选，旋流器溢流经高效智能振动弧形筛初步分级脱水后，弧形筛筛上物直接进入精煤磁选尾矿桶，然后由分级旋流器进一步脱泥分级，脱泥分级后的物料经弧形筛和煤泥离心机脱水后进入精煤系统；旋流器底流经原粗煤泥高频筛脱泥脱水后进入混料桶，然后由重介质旋流器进一步分选。粗煤泥分选工艺改造后，既能保证粗煤泥的有效分选，又能提高系统原煤入选量。此外，由于大部分原生煤泥进入了三锥角水介质旋流器分选系统，重介质系统中的煤泥量降低，介耗明显下降，分流量可根据实际情况减小或不分流。

3 应用效果及经济效益

3.1 应用效果

三锥角水介质旋流器已在方山选煤厂成功运行一年多，在入选原煤煤质相似的情况下对其物料进行化验。FJ710×3水力分级旋流器与三锥角水介质旋流器的分选效果对比结果如表1、表2所示。

表1 分选效果对比结果

由表1可知：FJ710×3水力分级旋流器的溢流灰分为15.91%，产率为56.08%，底流灰分为31.03%。三锥角水介质旋流器的溢流灰分13.31%，比改造前低2.6个百分点；溢流产率为69.14%，比改造前高13.06个百分点；底流灰分为43.06%，比改造前高12.03个百分点。由此可见，粗煤泥分选工艺改造后，溢流灰分降低且产率提高，有更多的粗精煤可被回收。

表2 溢流粒度组成对比结果

由表2可知：FJ710×3 水力分级旋流器溢流中，>0.5 mm 粒级产率非常低(为0.76%)，>0.25 mm粒级累计产率仅为12.43%，而其他较细粒级的产率都比较高，说明其分级效果比较明显。三锥角水介质旋流器溢流中，>0.5 mm 粒级产率为19.60%，>0.25 mm 粒级累计产率高达46.90%，相比之下其他较细粒级的产率较低，说明三锥角水介质旋流器的分级效果被大大弱化。对比两个旋流器溢流各粒级灰分可发现，>0.5 mm粒级和0.25～0.5 mm 粒级中，三锥角水介质旋流器溢流灰分明显较低，>0.25 mm 粒级的累计灰分为8.70%，说明该设备对粗煤泥具有非常好的分选效果。

3.2 经济效益

采用三锥角水介质旋流器代替FJ710×3 水力分级旋流器对粗煤泥进行分选后，不仅使该厂原煤入选量增加，精煤产率提高，而且使吨煤介耗下降。粗煤泥分选工艺改造后，该厂原煤入选量提高100～150 t/h，吨煤介耗量从3.50 kg/t 降至1.50 kg/t，精煤产率提高0.25 个百分点，上述三项每年总计可创收约1 485万元，而整个改造项目投资仅需235万元，经济效益十分显著。

4 结语

三锥角水介质旋流器在方山选煤厂投入使用后，从根本上解决了粗煤泥的有效分选问题，既能提高原煤入选量和精煤产品质量的合格率，又能降低吨煤介耗；此次改造使该厂粗煤泥分选工艺趋于完善，运行稳定可靠，可操作性强，能够适应不同粗煤泥的分选需求。该项改造投资少、见效快，且不影响正常生产，经济效益显著。

[1] 崔广文,郭启凯,宋国阳,等.三锥水介分选旋流器在粗煤泥分选中的应用[J].洁净煤技术,2013(1):1-4.

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[3] 柴琳琳,郭宾宾,邢丛丛.济三选煤厂粗煤泥截粗试验[J].洁净煤技术,2012(3):17-19.

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[5] 韩恒旺,李炳才,訾 涛,等.粗煤泥分选设备及分选工艺研究[J].洁净煤技术, 2011(2):12-14.

[6] 于进喜,刘文礼,姚嘉胤,等.粗煤泥分选设备及其特点对比分析[J].煤炭科学技术, 2010,38 (7):114-117.

[7] 刘 强.TBS分选机在余吾选煤厂的应用[J].洁净煤技术,2013,19(6):17-20.

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[13] 崔广文,刘慧杰,郭启凯,等.三锥角煤泥水介分选旋流器：中国，ZL2012202023748[P].2012-12-05.

Application analysis of three taper angles hydrocyclone

XU Dong-sheng1, CUI Guang-wen1, LIU Li-wen2, NAN Peng2

(1. College of Chemical and Environmental Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao, Shandong 266590, China;2. Lvliangshan Coal Preparation Plant, Shanxi Coking Coal Huozhou Coal Electricity Group Co Ltd, Lvliang, Shanxi 033102, China)

To solve the problem of high content of coarse coal slime, low separation accuracy and big medium consumption of heavy medium cyclones, three taper angles hydrocyclone is used to separate coarse coal slime instead of FJ710×3 hydraulic classification cyclones; Moreover, structure, working principle, technical characteristic and parameters, application of the hydrocyclone are introduced and analyzed. The application shows that coarse coal slime is separated effectively and medium consumption is reduced obviously, and that capacity of washing raw coal is increased as well as quality of clean coal is improved better.

coarse coal slime; separation accuracy; medium consumption; three taper angles hydrocyclone

1001-3571(2015)01-0041-04

TD942

B

2015-02-03

10.16447/j.cnki.cpt.2015.01.012

中国煤炭协会指导性计划项目(MTKJ 2013-347)

徐东升(1989—)，男，山东省临沂市人，在读硕士研究生，从事煤炭洗选加工工艺与设备研究。

E-mail:xudongsheng136@163.com Tel:15265270677