选煤厂重介质分选系统的优化改造及应用

吕真星

山西铺龙湾煤业有限责任公司 山西 大同 037000

为提高重介旋流器工作效率，部分学者对重介旋流器工作参数、结构进行改造并针对性提出增强重介旋流器稳定性及分选精度方案；部分学者提出减少旋流器介质循环量、调整旋流器入介口尺寸以及提升入料压力等措施提高分选精度；部分学者提出增加混料泵叶轮通道以及改造混料筒结构等方式解决重介旋流器稳定性偏低问题，或者对重介旋流器溢流管、底流管及堆体角度等改造，解决精煤、中煤产品夹矸偏高问题。对于降耗方面，研究主要集中在提升脱介能力，如采用新型弧形筛、改造回收工艺或者采用新型弧形筛等。上述研究成果为提高选煤厂重介分选系统工作效率以及运行可靠性等提供了宝贵借鉴经验。铺龙湾选煤厂大块原煤（粒径 200～50 mm）采用浅槽排矸，50～0.3 mm 原煤采用重介旋流器分选，粒径 0.3 mm 以内原煤浮选，得到的尾煤通过压滤机处理，全厂可实现洗水闭路循环。选煤厂生产期间重介分选系统面临介质回收系统工作效率偏低、跑介量偏高等问题。本文分析重介分选系统存在问题，并提出改进措施，以期在一定程度提升选煤厂生产效率。

1 重介分选系统存在问题

1.1 预分选系统运行不稳定

选煤厂重介分选系统为重介旋流器，预分选装置是重介旋流器进行预先处理的主要设备，介质液、原煤混合，实现分选原煤浸润以及预分选。在洗选时原煤经预分选系统处理，常出现物料堵塞情况，影响分选精度、稳定性；同时浸润桶磨损较大，需频繁更换浸润筒。由于浸润桶上浸润管安装高度较高，拆除时操作空间受限，浸润筒更换难度大，因此需要对预分选系统进行优化，避免物料堵塞、减少浸润桶磨损及提升重介系统运行可靠性。

1.2 高频筛跑粗问题严重

重介分选系统中高频筛主要用以精煤等脱水，选煤厂使用的高频筛筛板为复合筛板，在筛板两侧使用硬木压筛，筛上物容易通过筛框（压筛木）与筛网间缝隙进入筛下水，增加跑粗，同时增大煤泥水处理系统负载。煤泥水中大粒径煤泥分选难度大，药剂消耗量高，统计发现浮选精煤产率为 7.6%、浮选药剂消耗量为 0.96 kg/t。高频筛筛板容易堵塞，现场应用时需频繁更换筛网，增加生产成本并影响生产效率。

2 重介分选系统改造优化

2.1 预分选系统的优化

为解决重介分选系统堵塞，需增加预分选系统处理能力，预分选系统处理能力影响因素包括有浸润管管路设置方式、原煤给料方式以及介质液进料方向等。

2.1.1 原煤给料方式优化

预分选结构有内、外旋流区两个运动区域，若落入内旋流区则无法起到分选作用；若落入到外旋流区则可起到相应的分选效果，同时降低湍流及入料口短路影响，若在外旋流区给料，则可明显提高预分选系统处理能力。因此在预分选系统浸润筒前增设分料盘，分散入料并使得入料落点集中在浸润筒外旋流区域，提高预处理效果。

2.1.2 管路系统优化

重介分选系统有大合介、小合介两个管路并沿切线方向为重介旋流器提供介质液。分选效果与介质液提供的离心力密切相关。离心力可通过式（1）计算：

式中：Fc为离心力，N；m为入料颗粒质量，kg；R为旋流器直径，mm；Vt为介质液切向速度；K为修正系统，无量纲；H为给料压力，MPa；g为重力加速度，m/s2。

结合式（1）、式（2）得知，给料压力越大，则预分选效果越好。大合介、小合介管路流量分别为1000m3/h、400m3/h，介质泵扬程分别为45m、55m，同时受管路磨阻损失沿程损失等影响，出口压力往往在0.2MPa以内，从而引起介质液切向速度过低、给介量偏少。为提高介质液出口压力并节省优化改造成本，将介质液连接口由大合介管路改为小合介管路，提高介质液出口压力；将浸润管加工成2个部分并通过法兰连接，既方便维修又能解决浸润管堵塞后拆卸困难问题。

2.1.3 介质液给液优化

预分选处理能力与介质液切向速度、轴向速度相关。介质液轴向速度越大，则原煤与介质液混合效果越好，入料流量越大则旋流器处理效能越大。在保持介质液出口压力不变情况下，介质液切向及轴向速度分配与介质液进入角度密切相关。具体介质液进入浸润筒最佳角度可通过式（3）计算：

式中：θ为介质液进入浸润筒最佳角度，（°）；h为入口与底流口间距离，m。根据现场情况，取h=0.835m、H=0.264MPa，将上述参数带入式（3），即可求得θ=5°。重介系统原有介质液进入浸润筒内角度为 0°，现将介质液进入浸润筒内角度优化为 5°。图 1 为在相同条件下入料角度 分别为 0°、5°时介质液切向速度分布示意图。

从图1中看出，随着与浸润筒壁间距增加，介质液切向速度呈现先增加后降低趋势，在主要分选区位置（外旋流区），5°入料角度的切向速度要明显高于0°入料角度。因此，将介质液进入到浸润筒角度由0°优化至5°，从而达到提高重介系统分选效果目的。

图1 入料角度分别为 0°、5°时切向速度分布示意图

2.1.4 增强耐磨

浸润筒在高速运动介质液作用下磨损严重，同时为提升分选效果，小介质泵接入到预分选结构，会进一步增大入料压力，加速浸润筒磨损。经过技术调研，决定在浸润筒表面粘贴一层耐磨陶瓷片作为保护层，提高浸润筒使用时限。

2.1.5 高频筛的优化

为解决原有高频筛与筛框（压筛木）与筛网间缝隙跑粗、使用时限短等问题，优化焊接筛板。提升开孔率、降低灰分、改善性能，使用筛条背宽1～1.2 mm、开孔率增幅超过 100%并增强使用寿命。筛板边用聚氨酯材料包边，锲子由硬木改为高分子聚乙烯材质，从而使得侧边筛框与筛板紧密接触，解决高频筛使用时面临的跑粗问题。为增强高频筛脱水效果，增加高频筛出料端高度，将出料端原有0°改为 -2°出料，使得出料端有一定坡度。将压筛筛板由原本的平板式改为挡水式，增加物料在弧形筛上时间、提升脱水效果。

3 现场应用效果分析

对选煤厂重介分选系统进行优化后，可避免物料堵塞问题且增强物料处理能力。当采用的浸润管压力为 0.28 MPa 时，重介旋流器处理能力达到316.45 t/h，精煤污染率、中煤损失率以及矸石损失率分别为1.5%、2%及 0.5%，重介分选系统工作效率得以显著提升。具体优化前后统计结果见表1。

表1 优化前后处理效果

4 结束语

（1）通过增设分料盘，改善原煤入料方式使得物料落料点集中在浸润筒外旋流区，提高分选效果；将浸润管接口直接接入到小合介管路，提高浸润管路入介压力；将浸润管改为两端并通过法兰连接，降低后续维护难度及工作量；将原有的介质液进入到浸润筒角度由 0°优化至 5°，提高系统分选效果；在浸润筒内侧粘贴耐磨陶瓷，降低浸润筒磨损程度。优化高频筛，提高筛分以及脱水效果。

（2）现场应用后，重介分选系统工作效率及可靠性等均得以显著提升，入选原煤处理能力增至316t/h，精煤回收率提升0.5%，同时电能消耗以及中煤损失等均明显降低，现场应用取得显著优化效果。