重介质旋流器参数优化研究

2022-08-08苑虹

机械管理开发 2022年7期

苑虹

（晋能控股煤业集团精煤分公司马脊梁选煤厂，山西大同 037000）

引言

随着煤炭开采机械化的不断发展，粉煤含量逐步提升。同时，为了提高煤炭解离程度，保证选煤厂经济效益，许多选煤厂都将大块物料粉碎，回收煤炭中的低灰精煤，从而使得粗煤泥含量大幅上升。在传统的粗煤泥分选方法中，重介质旋流器粗煤泥分选方法性能最优，具有效率高、精度高等特点。但在现有的重介质旋流器煤泥分选方法中，对于工艺参数研究较为欠缺，入料压力、密度及磁性物含量等参数指标对分选精度影响巨大[1-10]。针对这一现象，本文采用正交试验的方法对重介质旋流器煤泥分选工艺参数进行了针对性研究，以期得出最优的工艺参数，提升煤炭分选精度与效率。

1 重介质旋流器煤泥分选原理分析

重介质旋流器煤泥分选主要是采用阿基米德原理进行的，通过将煤泥放置在离心力场中，利用离心力将重产物与轻产物区分，从而达到分选效果。重介质旋流器煤泥分选过程示意图如图1 所示。其将物料以压力的形式按图1 中的方式给入设备的圆筒内部，使旋流器圆筒形成具有一定强度的旋流；圆筒内部的物料在离心力的作用下会形成外螺旋流及内螺旋流两股旋流，其中外螺旋流方向朝下且沿设备圆柱体与圆锥体运动，内螺旋流方向朝上且沿设备轴心运动；空气会在内螺旋流负压作用下进入，且会在设备轴向形成一定的空气柱；进入圆筒物料中较重的产物会在外螺旋流内，随着旋流运动从底部流出，较轻的产物会在内螺旋流内，并随着内旋流向上运动，从顶部溢流口流出。

图1 重介质旋流器煤泥分选过程示意图

2 重介质旋流器参数优化研究

2.1 分选效果影响参数分析

重介质旋流器影响分选效果的参数主要包括入料压力、入料密度、入料磁性物含量及圆柱段长度，其中入料压力与分选效果呈正比，入料压力越大，离心因数越高，分选效果越好，但当入料压力达到一定数值后，悬浮液浓缩程度的增加会导致矿粒密度加大，设备内物料密度分布不均，反而降低分选效果。同时，入料压力过大，还会使设备磨损加快，能源损耗增加。入料密度主要与分选密度相关，呈正比关系。当分选密度增加到一定数值时，尤其是在1.8 kg/L 以上后，分选效果会大幅上升。同时，分选密度的降低会使低密度物料增多，浪费精煤。入料磁性物含量是影响悬浮液煤泥含量的重要指标，悬浮液中含有一定量的煤泥，可提高悬浮液稳定性，提高分选效果，但过高的煤泥含量会加大流动摩擦，使悬浮液结构化，黏度的增大会降低分选效果，使悬浮液流动性大大降低。圆柱段长度的增加会增加分选时间，提高分选效果，但过长的圆柱段长度会增加浓缩作用，降低分选密度，损失轻产物。

2.2 正交试验整体设计

重介质旋流器影响分选效果参数优化试验系统主要由入料泵、旋流器、测压设备、入料桶、取样桶、流量计及控制系统组成，其中旋流器选取的型号为FHMC200，入料泵选取型号为50ZJD-A33，电动机型号为Y132M1-6，变频器型号为HLPA2243B。矿浆首先在入料桶内充分混匀，然后经过入料泵后进入旋流器内，旋流器会对物料进行分选，尾煤悬浮液由底部口排出，流入入料桶，精煤悬浮液由溢流口排出，进入入料桶。入料桶混匀后会进行重复循环试验。试验系统示意图，如图2 所示。

图2 试验系统示意图

运用正交试验法需确定试验的水平因素、列因素及正交表。本试验的考察因素主要包括入料压力、入料密度、入料磁性物含量及圆柱段长度四部分，每种因素确定3 个水平进行试验，其水平表如表1 所示。为简化试验，本文不考虑交互作用，设计的正交表如表2 所示。

表1 因素水平表

表2 正交表

重介质旋流器影响分选效果，参数优化试验首先应依据密度、磁性物含量指标以及具体的试验环境进行煤泥、磁性物以及水量多少进行计算。在入料桶内按照上述计算数值进行悬浮液配比，调整入料泵频率以及试验入料压力后，运行系统调试。当系统压力与悬浮液稳定后，对悬浮液进行密度测量，符合试验数值后即可进行试验系统试验，整理并记录相关试验结果。

2.3 试验结果分析

按上述试验设计进行9 次试验后，即可得相关试验结果，如表3 所示。

表3 试验结果汇总

以可能性偏差为评价指标，对A、B、C、D 四个因素进行极差计算可得，RA=0.029 0、RB=0.012 7、RC=0.059 7、RD=0.059 3。由此可知，四个因素重要性由大到小为C、D、A、B，入料磁性物含量影响最大，入料密度影响最小，圆柱端长度与入料压力影响居中。对各因素进行可能性偏差分析可得，A、B、C 三个因素第三水平指标最为优异，D 因素第一水平指标最为优异。故最佳因素水平组合应为入料压力为k3DP，入料密度为1.25 kg/L，入料磁性物含量为50%，圆柱段长度为322 mm。