两产品重介旋流器溢流端下料溜槽改进

2019-12-02高福斌

山西焦煤科技 2019年10期

高福斌

(大同煤矿集团大地选煤工程有限责任公司，山西大同 037003)

王村选煤厂是一座入选能力2.1 Mt/a的动力煤选煤厂，选煤厂日处理量为6 363.64 t，小时处理量398 t，服务年限为58年，采用两产品重介旋流器+螺旋分选机+板框压滤机回收工艺。近年来，入选原煤煤质好转，但商品煤质量要求没有变化，为了提高商品煤的产率，对两产品重介旋流器的结构参数进行了调整，将DN320 mm底流口更换为DN290 mm的底流口，底流口变小后，商品煤的产率提升了9%，但与此同时，煤的平均介耗由1.8 kg/t上升到2.7 kg/t，固定筛板的更换频率也明显上升。因此，对两产品重介旋流器溢流端的下料溜槽进行改进，以期降低介质消耗。

1 介耗上升原因

重介质旋流器是一种结构简单、无运动部件、分选效率高的选煤设备。将两产品重介旋流器的底流口直径由DN320 mm更换为DN290 mm后，分析旋流器内部流体压力的分布规律，旋流器内部煤流示意图见图1，内部流体受力分析见图2.

如图2所示，在旋流器横截面内取一个流体微元来分析受力情况，微元纵断面积为dA,厚度为dr，流体密度为ρ，在r处和r+dr处流体的表面压力分别为P和P+dp,因此微元体所受表面力在径向的总力为[1]：

图1 旋流器内部煤流示意图

图2 旋流器内部流体受力分析图

(1)

微元受到的合力应为零，因此积分可得：

(2)

式中，V为所取微元单位流体的切向速度，考虑半自由涡旋公式，流体切向速度可表示为：

vrn=viRn

(3)

R是旋流器半径；vi是旋流器入口速度。所以：

(4)

在r=R(器壁)处，令P=Pk，则积分常数：

(5)

于是，旋流器自流涡旋范围内任意半径r处的静压力分布为：

(6)

也可以写成另一种形式：

(7)

其中，h是液柱高度，由此可见，旋流器中的压力差决定于旋流器半径与任意半径之比的2n次方。

因此，更换了小口径底流口的旋流器，溢流端的压力会增大，而旋流器的溢流端压力又与溢流速度成正比关系，因此更换了小口径底流口的旋流器，其溢流端出来的物料流速与之前相比就会增大。

将两产品重介旋流器的底流口直径从DN320 mm更换为DN290 mm后，根据实际观察，不仅介耗大幅度提升，固定筛板的更换频率也有了明显的上升。更换重介旋流器的底流口后，物料流速增大，结合固定筛板更换频率的提高可以推断：造成洗选介耗上升的直接原因是两产品重介旋流器溢流端下来的物料流速太快，精煤脱介筛及矸石脱介筛的脱介效果下降，导致大量介质进入到精煤、矸石脱介筛稀介段，当稀介桶内部物料的磁性物含量增多而且超出磁选机的回收能力时，大量的介质会随磁选机的尾矿进入到煤泥水桶，继而进入到煤泥系统，造成介质的流失，介耗上升。

2 两产品重介旋流器溢流端下料溜槽改进

为了降低从旋流器溢流端流出物料的流速，设计改造旋流器的下料溜槽，以改变物料的运动过程，减少物料在自由落体运动方向的做功，改造前旋流器溢流端的流体走势见图3，物料通过两产品重介旋流器溢流端进入到重介旋流器溢流套箱内部，继而物料顺着套箱末端的下料口垂直进入到精煤固定筛入料溜槽。

图3 改进前旋流器溢流端的流体走势图

根据溜槽改进空间位置，对两产品重介旋流器溢流端的下料溜槽进行改进，首先对重介旋流器溢流套箱末端的下料口进行封堵，然后在套箱前端开与末端下料口同尺寸的下料口，其次在新开下料口与精煤固定筛入料溜槽之间新增一部与水平面呈30°夹角的溜槽，使得物料在进入精煤固定筛的方式由原先的垂直降落变成沿斜坡滑落，改进后旋流器溢流端的流体走势见图4. 溜槽的受冲击面使用20 mm厚的16Mn钢板，其余面使用12 mm厚普通钢板。

图4 改进后旋流器溢流端的流体走势图

根据公式：

(8)

式中：

Vt—末速度，m/s；

V0—初速度，m/s；

g—重力加速度，m/s2；

h—落下高度,m；

E—摩擦力做功,N.

对下料溜槽进行改进，改变物料在流动过程中的运动，使物料流速在重力方向的分量变小，同时在重力方向的自由落体距离h缩短，达到减小物料速度的目的；同时，增加了物料的行程，加大摩擦力做功消耗部分能量，也使得物料流速减小。根据实际结果，溜槽改进前后的吨煤平均介耗见表1. 由表1可知，下料溜槽改进后煤的平均介耗为1.6 kg/t，相比未改进前介耗节省1.1 kg/t.