两产品重介质旋流器排矸工艺在大同矿区的应用

刘登朝

(泰戈特(北京)工程技术有限公司，北京 100022)

两产品重介质旋流器排矸工艺在大同矿区的应用

刘登朝

(泰戈特(北京)工程技术有限公司，北京 100022)

大同矿区原煤排矸后可以满足优质动力煤产品的质量要求，两产品重介质旋流器排矸工艺、三产品重介质旋流器排矸工艺在该矿区均有应用；传统观点认为三产品重介质旋流器二段对悬浮液有浓缩作用，排矸灰分更高，矸石更纯，带煤量更小。生产实践表明：在保证分选密度的前提下，两产品重介质旋流器可获得与三产品重介质旋流器相同的排矸灰分和分选精度；在满足生产需要的同时，两产品重介质旋流器的分选精度、处理能力、单位能耗等更具优势。

动力煤；重介质旋流器；分选精度

对于动力煤排矸而言，国内无论是选煤设计单位还是选煤厂都习惯采用三产品重介质旋流器[1-2]，而两产品重介质旋流器在国外应用非常普遍[3-4]。国内有观点认为：采用两产品重介质旋流器排矸，存在矸石带煤的现象。实际生产过程中两产品重介旋流器的悬浮液密度大都不会超过1.80 g/cm3，理论上1.80～2.00 g/cm3密度级高密度物在两产品重介质旋流器中分选时，有可能进入矸石，造成精煤损失；如果采用三产品重介质旋流器分选，由于旋流器二段的浓缩作用，二段分选密度在2.0 g/cm3以上，可使这部分高密度物从矸石中分离出来。还有观点认为：采用三产品重介质旋流器对原煤进行分选，旋流器一段的分选密度不会对排矸灰分和矸石纯度造成不利影响，单独分选出来的中煤，可依据产品质量要求和市场情况，掺入精煤产品或单独销售，具备一定的灵活性。

很长一段时间内，同煤集团的动力煤分选大多采用三产品重介质旋流器排矸工艺，甚至招投标文件中明确要求末煤采用三产品重介质旋流器排矸工艺。实际生产过程中，中煤在富煤地区大同根本没有市场，对其单独处理经济上损失极大，所以该地区选煤厂大都把中煤掺入精煤产品。随着大同矿区选煤厂总承包国际招标和建设的发展，两产品重介质旋流器排矸工艺近年来得到了广泛应用[5-6]，该工艺在国内其他选煤厂也得到大量的应用[7-9]。参照同煤集团三产品重介质旋流器的排矸灰分，对白洞选煤厂、东周窑选煤厂两产品重介质旋流器排矸进行采样、分析。实际检测数据表明：两产品重介质旋流器完全可以达到三产品重介质旋流器的排矸灰分和分选精度，且其分选精度、处理能力、单位能耗等更具优势。

1 原煤煤质

以白洞矿原煤为代表的入选原煤灰分在33%以上，特别是近年来放顶煤开采工艺的大量应用，致使原煤中矸石量剧增，白洞矿与周边塔山矿、同忻矿等超大型矿井原煤灰分已攀升至45%，但其基本性质没有发生根本变化，故以白洞矿原煤生产大样为试样，对其粒度组成、密度组成进行分析。

1.1 粒度组成

从原煤粒度组成(表1)可以看出：原煤灰分为33.53%，属于高灰煤，必须排矸才能满足优质动力煤的产品质量要求；随着粒级的减少，原煤灰分从53.88%降至23.17%，说明块煤中矸石含量较大。

1.2 密度组成

同煤集团运销部多年的数据统计表明：只要灰分在22%以下，全水份在10%以下，精煤发热量即可达到23.03 MJ/kg的质量要求。从同煤集团50～1.5 mm粒级原煤的密度组成(表2)可以看出：当分选密度为1.80 g/cm3时，精煤理论产率为73.85%，灰分为16.97%，可以满足产品质量要求；此时，排矸量为26.14%，矸石灰分为69.98%。这说明排除高灰矸石后，精煤即可满足产品质量要求。故理论上原煤仅需要一段排矸(以1.80 g/cm3密度分选)，并不需要二段分选。

表1 原煤粒度组成Table 1 Size composition of raw coal %

表2 50～1.5 mm粒级原煤密度组成Table 2 Density composition of 50 - 1.5 mm raw coal %

2 三产品重介质旋流器排矸工艺效果

同煤集团在现有选煤生产经验的基础上，结合石炭纪原煤煤质特点，要求旋流器排矸灰分不低于75%，矸石带煤量不超过3%。该集团同忻选煤厂末煤采用国产1300/920 mm三产品重介质旋流器排矸，塔山选煤厂采用国产1200/850 mm三产品重介质旋流器排矸，两选煤厂的三产品重介质旋流器排矸密度组成如表3所示。

由表3可知：两个选煤厂的三产品重介质旋流器排矸灰分均在75%以上，矸石带煤量均在1%以内，完全满足生产要求。

表3 三产品重介质旋流器排矸密度组成Table 3 Density composition of product and reject from three-product heavy medium cyclone %

3 两产品重介质旋流器排矸工艺效果

3.1 排矸密度组成

东周窑选煤厂两产品重介质旋流器为进口设备，分选密度为1.75 g/cm3；白洞选煤厂两产品重介质旋流器为国产设备，分选密度为1.70 g/cm3。结合白洞选煤厂两产品重介质旋流器排矸灰分不达标的问题，对东周窑选煤厂、白洞选煤厂两产品重介质旋流器排矸进行分析，结果如表4所示。

由表4可知：

(1)东周窑选煤厂矸石带煤量为0.21%，灰分为40.63%；样品中灰分在80%以上的纯矸含量为99.59%，说明两产品重介质旋流器排矸效率在99%以上。白洞选煤厂矸石带煤量为23.96%，灰分为30.69%，样品中仅75.91%为灰分77.92%的纯矸。

(2)因为矸石带煤量很少，东周窑选煤厂的矸石总灰分与纯矸灰分较接近，分别为81.02%、81.10%。白洞选煤厂矸石带煤量高达23.96%，矸石总灰分为66.56%，比纯矸灰分低11.36个百分点，说明精煤损失较大。

(3)东周窑选煤厂矸石带煤量低至0.21%，而白洞选煤厂矸石带煤量高达23.96%，说明两个旋流器的分选状态不同，导致矸石带煤量出现较大区别。

(4)东周窑选煤厂两产品重介质旋流器排矸灰分超过了三产品重介质旋流器，白洞选煤厂矸石带煤量过多，两产品重介质旋流器排矸灰分小于三产品重介质旋流器。

3.2 排矸粒度组成

为了查找白洞选煤厂两产品重介质旋流器分选效果差的原因，对该厂旋流器排矸中<1.80 g/cm3密度级的粒度组成进行分析，结果如表5所示。

由表5可知：矸石中的煤主要集中在>13 mm粒级，这部分煤占到全部带煤量的91.10%，>3 mm粒级的煤占全部带煤量的98.32%。无论何种分选设备对于块煤的分选效果都要优于末煤，而白洞选煤厂的分选结果显示，块煤的矸石带煤量明显过高，重介质旋流器工作状态明显异常。

表4 旋流器排矸密度组成Table 4 Density composition of product and reject form cyclone %

表5 排矸中<1.80 g/cm3密度级的粒度组成Table 5 Density composition of minus 1.8 g/cm3 product %

调查发现，在更换国产旋流器的过程中，为保证管道接口满足要求，对旋流器的入料口进行了改动。旋流器入料口被改动后，其分选状态彻底改变，流场完全紊乱，分选效果变差。通过技术改造，更换标准两产品重介质旋流器后，白洞选煤厂矸石带煤量明显降低，仅为2.50%，排矸灰分为76.59%，达到同煤集团的要求。

白洞选煤厂两产品重介质旋流器的排矸灰分对比分析，以及东周窑选煤厂两产品重介质旋流器的排矸情况说明，在两产品重介质旋流器正常工作状态下，只要保证悬浮液密度，即可得到灰分较高的矸石，不存在中煤损失过多的情况。

4 两产品重介质旋流器排矸理论与排矸优势

4.1 排矸理论

从同煤集团50～1.5 mm粒级原煤密度组成可以看出：1.80～2.00 g/cm3密度级高密度物的含量为9.21%，灰分为54.81%，两产品重介质旋流器分选的重点是保证密度1.80 g/cm3附近的低密度物进入精煤。由于重介质旋流器的浓缩作用，底流悬浮液密度比合格介质密度高0.20 g/cm3左右，而溢流悬浮液密度比合格介质密度低0.10 g/cm3左右。因此，在两产品重介质旋流器分选密度为1.75 g/cm3时，就可避免密度小于1.95 g/cm3的低密度物进入矸石，从而保证排矸灰分不会太低，矸石带煤量不会过高。

这也解释了三产品重介质旋流器一段分选密度低至1.50 g/cm3也可保证排矸灰分的原因。旋流器一段分选密度为1.50 g/cm3，悬浮液经一段浓缩后进入二段，此时其密度可增至1.70 g/cm3左右；经二段浓缩后，二段底流悬浮液密度在1.90 g/cm3左右，因而可保证矸石纯度和排矸灰分。

4.2 排矸优势

(1)两产品重介质旋流器的煤介比较低，保持在3左右即可，而三产品重介质旋流器要考虑二段的有效分选问题，煤介比要保持4.5～5之间，故两产品重介质旋流器所需的矿浆量更少[10]。

(2)两产品重介质旋流器要求的入料压力在0.1～0.15 MPa之间，而三产品重介质旋流器要求的入料压力大都在0.25 MPa以上，所以两产品重介质旋流器的动力消耗要低至少30%。

(3)进口两产品重介质旋流器的数量效率在97%以上，国产两产品重介质旋流器的数量效率不低于96%，均高于三产品重介质旋流器的95%，因此两产品重介质旋流器的分选精度更高，相同灰分时精煤产率更高。

(4)从工艺设计来看，相同处理能力时两产品重介质旋流器矿浆通过量小，配套的混料泵、脱介筛的负荷较低，介质消耗较少。

(5)两产品重介质旋流器没有小直径旋流器，分选粒度上限可达100 mm；由于小直径旋流器的影响，三产品重介质旋流器的分选粒度上限较小。

(6)对于大同矿区石炭纪原煤含矸量大的特点，两产品重介质旋流器只需在设备选型时加大底流口直径即可[10]；由于受限于旋流器二段，三产品重介质旋流器的处理能力大打折扣。

5 结语

近年来，两产品重介质旋流器排矸工艺在大同矿区白洞、同忻、永定庄、东周窑、麻家梁等大型选煤厂得到大量应用，生产实践表明：两产品重介质旋流器排矸工艺效果与三产品重介质旋流器排矸工艺效果没有区别。大同矿区动力煤在两产品重介质旋流器中可得到高效分选，矸石完全可达标排放，不存在矸石大量带煤的问题。

两产品重介质旋流器排矸工艺在设备选型上对混料泵的流量和扬程、旋流器的结构参数(旋流器直径、入料口面积、溢流口直径、底流口直径)要求更高，要综合考虑原煤煤质波动和精煤质量对这些参数的要求。两产品重介质旋流器排矸为高密度分选，要实现矸石不带煤，必须配套高精度在线密度检测与控制系统，确保悬浮液密度正常。

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Application of reject removal technology using two - product heavy medium cyclone in Datong mining area

LIU Deng-chao

(Techgart (Beijing ) Engineering Co., Ltd., Beijing 100022, China )

Raw coal removed reject by two-product or three-product heavy medium cyclone in Datong mining area, can used as high quality thermal coal product.Traditional views focus on the function of thickening suspension in second stage of three-product heavy medium cyclone, which is beneficial to remove reject as much as possible with less coal carried into it.The actual production shows that the two-product heavy medium cyclone has the same separation result as the three-product one under the condition of stable separation density, however, the two-product cyclone is preferred as a result of high separation accuracy, large capacity and low power consumption.

thermal coal; heavy medium cyclone; separation accuracy

1001-3571(2015)03-0090-04

TD942

A

2015-05-08

10.16447/j.cnki.cpt.2015.03.025

刘登朝(1980—)，男，河南省南阳市人，工程师，硕士，从事选煤厂总承包设计及其相关工作。

E-mail:liudengchao@sina.com.cn Tel: 13601167516