浅槽重介分选机上升流系统防堵优化研究

王振龙，朱子祺，粟翠华，张新元，陈 文，刘远力

(1.神华神东煤炭集团有限责任公司，陕西 榆林 719315；2.株洲天桥舜臣选煤机械有限公司，湖南 株洲 412001)

浅槽重介分选机是块煤分选的主要设备之一，因其占地面积小、处理能力大、能耗低、分选精度较高，在我国选煤厂得到广泛应用。通常浅槽重介分选机内部的悬浮液通过两个部位给入分选槽，从下部给入的悬浮液为上升流，其通过布流板进入槽内，目的是保持悬浮液稳定与均匀，并使物料得到分散；从侧面给入的悬浮液为水平流，在水平流箱的反击和限制作用下，水平流沿全宽均匀进入槽内，可使槽体上部的悬浮液密度保持稳定，并形成由入料端向排料端的水平流，对上浮精煤起到运输作用[1-3]。其中，上升流大小及其管道是否畅通影响着物料的分层效果和分选精度，是整个分选过程中至关重要的影响因素。

上湾选煤厂隶属于神华神东煤炭集团洗选中心，是一座处理能力为14.00 Mt/a的特大型矿井型选煤厂。采用块煤浅槽重介分选机分选工艺，末煤不洗选，煤泥水全部采用水力旋流器和浓缩机处理，粗细煤泥分别采用离心机、加压过滤机脱水，实现洗水一级闭路循环。多年的生产实践发现，因上升流管道直径较小引发的管道堵塞是一个普遍性的问题，对正常的选煤生产非常不利，导致精煤产率降低、产品灰分升高、电能消耗增大、人力成本升高等，最终使产品质量不稳定，且生产成本增加。为此，从浅槽重介分选机上升流系统结构与工作原理出发，结合上湾选煤厂的生产实践经验，研究悬浮液性质、合格介质分流等因素对上升流系统正常运行的影响，并提出相应的优化方案。

1 浅槽重介分选机结构与工作原理

W26F54浅槽重介分选机由槽体、驱动装置、主轴驱动链轮、中间轴托链轮、张紧轴改向链轮、刮板链系统、水平流系统、上升流介质斗、布流孔板及衬板等组成。W26F54浅槽重介分选机结构简图如图1所示。

1—张紧轴;2—刮板链;3—中间轴;4—驱动装置;5—上升流介质斗;6—夹管阀

当原煤通过水平流箱上方的溜槽进入分选机槽体内时，在调节挡板作用下全部浸入悬浮液，在浮力作用下开始出现分层；精煤等低密度物浮在上层，矸石等高密度物沉到槽底；在物料下沉过程中，在上升流的作用下，与矸石混杂的低密度物充分分散后继续上浮；在水平流的作用下，浮在上部的低密度物由溢流口排出成为精煤；在刮板的作用下，沉到槽底的高密度物由机头溜槽排出成为矸石，从而完成一个分选过程[4]。

2 影响因素探讨

在浅槽重介分选机分选过程中，上升流系统堵塞频繁成为一个普遍性问题。上升流系统被堵塞的因素很多，从生产现场分析，这些影响因素大致可以分为四类，即原煤性质、悬浮液性质、筛分设备结构、上升流系统结构四方面。

2.1 原煤性质

(1)入料下限。在工艺设计中原煤的入料下限为13 mm，一般其被破碎后，13～3 mm粒级的产率高于其他粒级；即使下道工序设计有脱泥环节，也需要考虑脱泥筛的分级效率。<6(3)mm粒级末煤大部分成为筛下物，但进入浅槽重介分选机的物料粒级并不是200～13 mm粒级，而是200～6(3) mm粒级，导致浅槽重介分选机入料中的细粒增多，次生煤泥量增大，通过分流实现悬浮液中煤泥量平衡的难度增加，上升流系统发生堵塞的可能性进一步增大。

(2)分级粒度。原煤的分级(脱泥)粒度主要为6、3 mm，而理论上浅槽重介分选机的分选下限为6 mm，其对<6 mm粒级物料分选效果差，且易使悬浮液的粘度增大。在生产实践中，通常要求浅槽重介分选机的入料中<6 mm粒级物料的含量小于6%。当以6 mm作为分级粒度时，进入浅槽重介分选机的细粒物料少，这对防止上升流系统被堵塞有利；当以3 mm作为分级粒度时，其中存在一定量的6～3 mm粒级细粒物料，这部分物料可能堵塞上升流系统。一般来说，采用3 mm作为分级粒度时，<25(13)mm粒级物料不分选；将分级粒度由3 mm改为6 mm，主要是考虑煤泥处理系统的生产能力。

(3)原煤水分。当原煤外在水分<7%时，分级过程易于进行；随着原煤水分的增加，分级效率逐渐降低。此外，原煤分级筛的类型、振动方式、筛网材质、筛孔形状也影响其分级效率[5]。随着分级筛分级效率的降低，进入浅槽重介分选机的细粒煤增加，这对防止上升流系统被堵塞不利。

(4)泥化特性。煤和矸石泥化后产生细泥，导致悬浮液中的煤泥量增加，进而使悬浮液分流量加大；分流量和稀介桶、煤泥桶次生煤泥量的增加，使介质回收系统、煤泥处理系统生产压力增大，浓缩池溢流中的煤泥量增多。在这种情况下，循环水调节合介桶内悬浮液粘度的能力变弱，反而使悬浮液的分流量增大，并使浅槽重介分选系统的悬浮液、煤泥水粘度增加，沉降分离效率降低，设备的处理能力降低，这不利于生产系统的正常运行[6-7]。

在现场实际生产过程中，煤和矸石的泥化对悬浮液回流的影响更大。在每班生产结束并停止给料时，分选槽内大量的悬浮液通过上升流系统回到合格介质桶，如果煤和矸石泥化严重，其中所含的大量次生煤泥会使槽内悬浮液的粘度增大，进而使悬浮液的回流速度变慢；同时，分选槽内煤和矸石的泥化时间得到延长，产生更多的次生煤泥。这是一个恶性循环过程，直至槽内悬浮液结构化，流动性急剧下降，回流速度更慢，从而使上升流系统布流板的板孔大部分被堵塞。

2.2 悬浮液性质

(1)悬浮液粘度。悬浮液粘度是影响上升流系统运行好坏的关键因素，其粘度越大，液体流动的阻力越大[8]，上升流系统越易被堵塞。影响悬浮液粘度的主要因素包括磁铁矿粉性质和煤泥含量，对一般选煤厂而言，磁铁矿粉是从外部采购的，而外购磁铁矿粉的粒度、密度等性质是根据分选设备、分选工艺确定的，相应的技术参数也随之确定，故生产实践中其对悬浮液粘度的影响可以看做不变。悬浮液中的煤泥含量是一个变量，其在悬浮液中是一个逐渐积累的动态过程，并随生产工艺、原煤性质等条件的变化存在不同的平衡值。因此，悬浮液中煤泥含量大幅增加是上升流系统堵塞的重要因素。

(2)悬浮液分流。当悬浮液中的煤泥含量增大时，悬浮液粘度也增大，容易堵塞上升流系统，不利于原煤分选。分流的主要目的是为了避免煤泥在循环系统积聚，导致悬浮液的粘度增加。而将部分合格介质分流到稀介系统，经磁选回收后循环使用，并将多余的煤颗粒和水排出循环系统，能够维持悬浮液中煤泥含量的稳定[9]。

2.3 筛分设备结构

(1)筛板损坏。由于精煤筛的筛前固定筛板损坏、精煤脱介筛的筛板损坏、矸石筛的筛板损坏、磁选机的入料管道堵塞、悬浮液回流时接近布流孔板孔径的物料进入等原因[10]，少量煤块或矸石进入合格介质桶，在泵动力和管路阻力作用下，桶内10～3 mm粒级的物料越来越多。在实际生产过程中，接近布流孔板孔径的煤粒随上升流运动时，容易自下而上堵塞布流孔板的板孔，从而使上升流系统不畅或堵塞，进而影响浅槽重介分选机的正常分选。

(2)筛孔尺寸。精煤和矸石脱介筛合介段筛板的作用是分别将分选中产生的悬浮液、刮板运动带出的悬浮液脱除，为其回流奠定基础，合介段筛板的筛孔尺寸一般在1～2 mm之间。与筛孔尺寸2 mm的合介段筛板相比，当脱介筛合介段筛板的筛孔尺寸为1 mm时，悬浮液中1～2 mm粒级煤泥被合介段筛板截留并运动至脱介筛，致使脱介筛负荷增加；在生产过程中，部分磁铁矿粉被1～2 mm粒级煤泥带走，导致重介生产系统介耗增高。但以1 mm作为脱介筛合介段筛板的筛孔尺寸，可使进入合介桶的煤泥量减少，这对防止上升流系统被堵塞非常有利。因此，精煤和矸石脱介筛合介段筛板的筛孔尺寸选用2 mm对控制介耗有利，而选用1 mm对防止上升流系统被堵塞有利。

2.4 上升流系统结构

刮板与布流孔板的间隙、布流板形式及介质斗的缓冲板位置对上升流系统能否正常运行有着一定影响。理论上刮板与布流孔板的间隙以2～5 mm为宜，但实际生产中由于矸石与布流孔板、矸石与刮板、链条与上滑道之间的相互磨损，两者之间的间隙逐渐增大，在间隙增大至一定程度后，矸石可能被卡在刮板与布流孔板之间。在刮板驱动力的作用下，矸石被破碎成细粒甚至微细粒，进而自上而下的堵塞布流孔板的板孔，这种情况在上升流转为下降流时容易发生。因此，刮板与布流孔板的间隙过大是上升流系统被堵的一个重要原因。

在生产过程中布流孔板的板孔易被合介桶中的煤块或矸石自下而上堵塞，在介质回流过程中其易被矸石自上而下堵塞，再加上回流过程中因悬浮液粘度过大引起的堵塞，在三种因素的叠加作用下，板孔被堵塞几率大大增加，在其被堵塞至一定数量后，布流孔板、介质斗、上升流系统的管道特定部位也会被堵塞。此外，介质斗缓冲板的位置不能距离布流孔板的位置太近，否则极少量固体物(如加重质、煤泥)沉降也会使相应位置布流孔板的板孔被堵塞。

3 优化方案

3.1 加强筛分设备管理

原煤的分级粒度、脱泥粒度、脱介粒度均对上升流系统的正常运行有着重要影响，但由于原煤性质、产品用途、产品种类、洗选工艺、处理能力等的制约，对分级设备的调节余地不大。结合生产现场实际情况，可以采取的优化方案主要是在现有工艺条件下加强分级设备管理，提高相关环节分级设备的分级效率，以减少进入分选系统的煤泥量，进而为浅槽重介分选机的高效分选创造良好条件[10]。

3.2 强化悬浮液分流量管理

在现场实际生产中，对悬浮液进行适当的分流是避免上升流系统被堵塞，并保证浅槽重介分选机正常运行的关键环节。因此，生产过程要强化悬浮液的分流管理，结合悬浮液的粘度和其他相关因素，确保分流量科学合理，为浅槽重介分选机的正常运行奠定基础。

根据国内外的实践经验，可通过在线自动控制系统检测悬浮液中的煤泥量，并根据检测数据自动调节分流装置的分流量大小，从而使悬浮液中的煤泥量和悬浮液的粘度保持在一个合理的范围内，这样有助于减少上升流系统被堵塞事故的发生。

3.3 合理调整刮板与布流孔板的间隙

刮板与布流孔板的间隙过大是布流孔板板孔被堵塞的一个重要原因，因此实际生产中要定期检查两者之间的间隙，及时更换相关的损坏部件，如布流孔板、刮板、链条等，确保浅槽重介分选机的上升流系统不被堵塞。此外，在更换周期过半后的一段时间内，可将链条拆下并翻边安装，以延长其使用寿命，减少刮板与布流孔板之间的间隙。

3.4 上升流系统结构优化

(1)上升流主管优化。为了改善上升流系统的运行效果，上湾选煤厂对上升流管道进行了优化。如将彼德斯浅槽重介分选机上升流的介质斗下短管由DN80改为DN100，在其他情况不变的条件下，原煤分选效果没有得到明显改善，但上升流管的过流面积提高56个百分点，单位时间内悬浮液的回流量大幅增加，撤介时间大大缩短，可使易泥化夹矸物料快速沉底，并通过刮板及时排出，这能够有效切断泥化产物带来的恶性循环。这说明将上升流系统中介质斗下短管至主管的管道和阀门改大一个规格，能够解决煤和矸石泥化对上升流系统产生的不良影响。

(2)孔数优化。为了避免布流孔板的板孔在生产和停泵时被下上堵塞，导致布流孔板的过流面积减少，进而使撤介速度变慢，同时上升流介质斗、管道等被沉积物堵塞，很有必要增加布流孔板的孔数。根据上湾选煤厂的试验结果，将布流孔板的孔数增加30%～50%比较合适。

(3)孔形优化。在多次试验的基础上，上湾选煤厂将布流孔板的孔形由圆柱形改为锥形(锥口朝下，即向介质斗方向)，这样可以极大地减少布流孔板板孔被堵塞的概率。针对煤和矸石泥化及合介桶内煤块(矸石)影响上升流系统正常运行的问题，在保证浅槽重介分选机正常分选的前提下，对上升流系统的结构参数进行了优化，此时上升流系统的堵塞频率大幅降低。

4 优化效果与经济效益

4.1 优化效果

这些优化方案不但在理论上可行，而且在生产实践中得到了进一步验证。就神东公司上湾选煤厂305浅槽重介分选机优化前后的生产实践来看，优化效果明显。优化前，上升流系统的月均堵塞次数在13次左右，优化后(2017年3—7月)，月均堵塞次数为1次，堵塞频率下降90个百分点以上，优化的其他浅槽重介分选机上升流系统运行状况也得到了不同程度的改善。

4.2 经济效益

在将305浅槽重介分选机上升流系统优化后，上升流系统运行效果得到明显改善，并对生产系统的能耗、介耗带来积极影响，生产成本下降显著。

(1)电耗降低。浅槽生产系统的精煤脱介筛、矸石脱介筛、矸石刮板输送机、矸石带式输送机、煤泥带式输送机、循环泵及煤泥离心机等设备的总功率为2 000 kW，上升流系统堵塞后生产系统再次运行，平均每次需多运行45 min，则多消耗电能1 500 kWh。吨煤电费按0.56元计算，则每次多需要电费840元。因此，在将上升流系统优化后，单台浅槽重介分选机每年可节约电费10.08万元。

(2)介耗降低。当上升流系统堵塞后，在清理堵塞的介质斗、管道时，有大量介质被浪费，导致生产系统介耗增高。在上升流系统优化前，吨煤平均介耗为0.61 kg；而将上升流系统优化后，因清理堵塞造成的介质浪费减少，吨煤平均介耗为0.59 kg。就两组介耗数据分析，在将上升流系统优化后，生产系统介耗下降3.20个百分点，节省了大量生产成本。

5 结语

浅槽重介分选机的上升流系统堵塞是一个系统性问题，影响因素众多，悬浮液粘度是其中的关键因素，而对悬浮液粘度影响最大的是生产系统内不断积累的煤泥。分流是降低悬浮液粘度的重要手段，实际生产中必须加强对这方面的管理。针对煤和矸石的泥化产物及合介桶内煤块(矸石)影响上升流系统正常运行的问题，在保证浅槽重介分选机正常分选的前提下，可以通过改变上升流系统的结构参数，消除这些因素的不利影响。

参考文献：

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[3] 杜颖峰.浅槽分选机上升流工艺的优化改造[J].洁净煤技术,2013，19(4):8-11.

[4] 刘远力.浅槽重介质分选机重介悬浮液流量的计算[J].选煤技术,2015(4):8-11.

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[6] 陈 凡，朱子祺.神东煤制油选煤厂减少次生煤泥量的措施[J].煤炭加工与综合利用，2014 (11) :17-21.

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[8] 姚书典.重选原理[M].北京:冶金工业出版社,1992.

[9] 谢广元.选矿学[M].徐州:中国矿业大学出版社,2001.

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