三锥角水介旋流器分选吕家坨选煤厂粗煤泥的工业应用研究

石尚杰，郝守信，夏灵勇

(开滦集团有限责任公司，河北 唐山 063000)

三锥角水介旋流器分选吕家坨选煤厂粗煤泥的工业应用研究

石尚杰，郝守信，夏灵勇

(开滦集团有限责任公司，河北 唐山 063000)

吕家坨选煤厂粗煤泥含量高，细泥含量大，由于水力分级旋流器组脱泥效果较差，造成重介旋流器系统分选效率低，精煤灰分难以控制，介耗高等问题。针对此问题，在水介三锥角旋流器的结构及工作原理分析基础上，通过实验室与现场试验研究，设计了粗煤泥分选工艺方案，从而解决了吕家坨选煤厂的粗煤泥分选问题，提高了原煤入选量和精煤产品质量的合格率，降低了介耗。

粗煤泥；粗煤泥分选；三锥角水介旋流器；介耗

吕家坨选煤厂隶属于开滦能源化工股份有限公司吕家坨矿业分公司，位于河北省唐山市古冶区吕家坨矿区，是一座处理能力为3.75 Mt/a的矿井型选煤厂。该厂分选煤种为稀缺的焦煤，生产采用选前脱泥+块煤立轮重介+末煤无压三产品重介旋流器+煤泥浮选联合工艺流程。该厂煤泥回收系统为：分级脱泥筛下煤泥水经6台φ600 mm水力旋流器分级后，底流进入弧形筛、直线振动脱泥筛处理，直线振动脱泥筛筛上物进入末煤三产品重介旋流器分选，而水力旋流器溢流、弧形筛与直线振动脱泥筛筛下水则进入浮选系统。随着矿井产量的逐步增加，井下采煤机械化程度不断提高，吕家坨选煤厂入选原煤中粉煤含量不断增加，该厂煤泥回收系统暴露了一些问题：受13～0.5 mm粒级末原煤含量高、波动大的影响，φ0.5 mm分级脱泥筛实际处理量接近理论计算的上限(约600 t/h)，严重制约了选煤厂洗选能力的提高，使原煤入选能力远达不到设计的714 t/h，且造成吨煤电耗增高；水力分级旋流器组分级脱泥效果较差，经截粗后的粗煤泥中含有大量细泥，造成主选重介旋流器系统分选效果变差，主要表现为精煤灰分难以控制，矸石带煤偏高，介耗偏大；原煤分级筛下层筛板易跑水，生产连续性差；直线振动脱泥筛筛下水跑粗，浮选产率低。

针对以上存在问题，吕家坨选煤厂通过多方调研，最终决定对煤泥水处理系统进行工艺改造，选用了适合吕家坨选煤厂煤泥分选的三锥角水介旋流器粗煤泥分选工艺方案。

1 三锥角水介旋流器简介

目前常用的粗煤泥分选设备有大锥角水介质旋流器、TBS干扰床、煤泥重介质旋流器、螺旋分选机等[1-3]。其中，以水介质旋流器配置简单，无运动部件，主要由入料口、筒体、溢流管、锥体四部分组成[4-5]，具有不需要重介质、生产成本低等优点，在选煤厂得到了广泛应用[6-7]。近年来兴起的三锥角水介旋流器由山东科技大学研制，不仅具有原有水介旋流器的优点，而且参数可调，可针对不同煤质要求设计不同结构参数，不仅分选精度较高，且工作稳定可靠，在粗煤泥分选过程中可以有效实现精煤回收。同时，该旋流器设计紧凑，适应性强，占用空间小，便于选煤厂改造应用[8-9]。

三锥角水介旋流器主要由入料管、溢流管、筒体及锥体三部分组成(图1)，其中锥体部分由三段锥角组成。其工作原理为：分选物料沿切线方向通过入料管给入圆筒体内，在筒体内形成内螺旋流和外螺旋流；在重力和离心力等力的作用下，低密度轻产物(精煤)进入内螺旋流；高密度重产物(尾煤)进入外螺旋流，依次流经一段锥体、二段锥体和三段锥体，在每段锥体内均进行一次分选；最后，低密度轻产物在内螺旋流的作用下由溢流管排出，高密度颗粒则随外螺旋下降流运动从底流口排出[10-11]。

1—入料管；2—溢流管；3—圆筒体；4一段锥体；5—二段锥体；6—三段锥体；7—底流口

2 试验研究与结果分析

2.1 实验室试验研究

首先在实验室对吕家坨选煤厂粗煤泥进行了筛分、浮沉试验，试验结果见表1、表2。从表1可以看出，该煤样粒度较粗，且各粒级灰分均较高。从表2数据可以看出，该煤样可选性相对较好，其中灰分<12%理论产率约为60%。

表1 粗煤泥小筛分试验结果

表2 粗煤泥小浮沉试验结果

采用实验室用φ100 mm三锥角旋流器对该煤泥进行分选试验，试验流程图见图2。将煤样浓度配置成150 g/L，设定好初始结构参数，开动矿浆泵，调整旋流器入料压力，物料循环5 min后，对溢流、底流、入料分别采样；改变旋流器结构参数及操作参数，即锥体型号、溢流管直径、溢流管插入深度、入料压力等，重复上述试验；将获得的样品进行湿式筛分，分出>0.18 mm和<0.18 mm粒级，分别测定灰分和质量，利用灰分平衡法计算精煤产率及综合产率。通过实验室试验得到最佳试验参数：溢流管插入深度30 mm，溢流管直径40 mm，入料压力0.07 MPa。根据此最佳试验参数进行试验，得到了如表3所示的最佳试验结果。

图2 粗煤泥分选试验流程图

产品名称灰分占本级产率综合产率(占入料)精煤(>0.18mm)10.8971.7720.41中煤(>0.18mm)54.5928.2324.94

注释：综合产率为精煤占旋流器入料百分含量

从表3中数据可以看出，当试验煤样粗精煤(>0.18mm)灰分为10.89%时，考虑到精煤脱泥效率90%，实际粗精煤灰分为12.04%，此时粗精煤实际产率为25.54%，理论产率为33.36%，数量效率为76.56%。因此可以看出，该设备取得了较好的分选效果，能得到要求的精煤灰分。为进一步考察三锥角旋流器分选精度，特对精煤(>0.18 mm)和中煤(>0.18 mm)进行小筛分、小浮沉试验，并根据试验结果计算分配率，分配率计算见表4。

表4 实验室三锥角水介旋流器产品分配率计算表

利用表4数据可绘制出重产物分配率曲线，利用分配率曲线可以查得分配率为75%时的分选密度为1.55 g/cm3，分配率为25%时的分选密度为1.39 g/cm3，实际分选密度为1.48 g/cm3。计算得三锥角水介旋流器对于该粗煤泥(>0.18 mm)分选时，可能偏差Ep值为0.08。从Ep值可以看出，该分选设备分选精度较好，能够对该粗煤泥进行有效分选。

2.2 工业性试验

在实验室试验的基础上，利用相似放大原理，根据实验室用φ100 mm三锥角旋流器结构参数放大制造出工业性试验用φ500 mm三锥角水介旋流器。取样测定入料浓度为171.5 g/L，通过现场调试，最终选取溢流管下端边距为60 mm，入料压力为0.07 MPa，于2014年9月22—23日连续取样化验，结果如表5所示。

表5 2014年9月22日、23日取样化验结果

注：9月23日4∶00～6∶00老井煤质偏差，高灰细泥含量偏高

由表5连续生产数据可以看出，应用三锥角水介旋流器可以得到合格的精煤，并且精煤灰分较为稳定，除9月23日4∶00～6∶00因入选原煤为老井煤煤质偏差，高灰细泥含量偏高外，其他时间取样平均灰分为11.16%。在现场分别采取三锥角旋流器入料、溢流、底流，烘干后由山东科技大学进行小筛分、小浮沉试验，据试验结果计算分配率，如表6所示。据表4绘制出重产物分配率曲线，并查得分配率为75%时的分选密度为1.46 g/cm3，分配率为25%时分选密度为1.26 g/cm3，实际分选密度为1.36 g/cm3。经计算，三锥角水介旋流器对于该粗煤煤泥分选时，可能偏差Ep值为0.10，从Ep值可以看出，该分选设备在现场试验过程中分选精度较好。

表6 现场三锥角旋流器产品分配率计算表

3 粗煤泥分选工艺方案

基于上述试验结果，可以认为三锥角水介旋流器对吕家坨选煤厂粗煤泥能够实现有效分选。根据吕家坨选煤厂现场设备、管道布置情况，对粗煤泥分选工艺进行了改造设计，采用φ500 mm三锥角水介旋流器组代替原有φ600 mm水力分级旋流器组对原煤分级筛下的煤泥水进行处理。改造后的粗煤泥分选工艺流程如图3所示。

图3 粗煤泥分选原则流程图

改造后，三锥角水介旋流器溢流经弧形筛、高频筛脱水，筛上物直接作为精煤产品，筛下水进行煤泥浓缩，底流进入浮选，溢流作为循环水循环利用；旋流器底流经高频筛脱泥脱水后合入末煤刮板进入末煤重介系统，由重介质旋流器进行分选处理。吕家坨选煤厂进行粗煤泥分选工艺改造后，不仅保证粗煤泥的有效分选，而且可以有效提高系统原煤入选量；另外，大部分原生煤泥进入了三锥角水介旋流器分选系统，可以使重介质系统中的煤泥量显著降低，提高主选重介旋流器分选效果，降低介耗。

4 技术改造效果预测

实验室与工业试验结果表明，三锥角水介旋流器作为一种新型、高效粗煤泥分选设备，能够有效解决吕家坨选煤厂粗煤泥的分选问题，既能够提高原煤入选量和精煤产品质量，又能降低吨煤介耗，同时还能改善浮选工艺分选效果，解决浮选跑粗问题，有利于净化选煤厂用水，实现洗水闭路循环。该项改造投资少、见效快，改造后，可以使工艺趋于完善，运行稳定可靠，经济效益显著。

考虑到选煤厂工艺特点及生产能力，参照霍州煤电方山选煤厂实际应用三锥角水介旋流器分选粗煤泥状况[8]，吕家坨选煤厂决定采用三锥角水介旋流器代替原水力分级旋流器对粗煤泥进行分选，预测该项技术改造实施后，吨煤介耗可降低1 kg/t，每年可降低消耗400万元；吨原煤电耗可降低2度，每年节约电费400万元；扣除吨原煤0.5元的设备运转维护费用(200万元/a)，则年经济效益为600万元，经济效益非常显著。

[1] 刘 强.TBS分选机在余吾选煤厂的应用[J].洁净煤技术,2013,19(6):17-20.

[2] 庞 亮.粗煤泥分选工艺技术进展与展望[J].山东煤炭科技, 2008(6):152-153.

[3] 韩恒旺,李炳才,訾 涛,等.粗煤泥分选设备及分选工艺研究[J].洁净煤技术,2011(2):12-14.

[4] 董连平,樊民强.自生介质旋流器的研究应用现状[J].山西煤炭,2002(4):19-22.

[5] 任建民,邹山宏,潘万伟,等.水介质旋流器分选粗煤泥的试验研究[J].选煤技术,2012(1):8-11.

[6] 伊立斯吉·奥布林,开尼斯吉·夏沛塔,褚应鉴.水介旋流器的性能和运用[J].矿山机械,1979(3):60-63.

[7] 董连平,樊民强.大锥角水介质旋流器的应用研究[J].煤炭科学技术,2004,32(11):40-43.

[8] 徐东升,崔广文,刘立文,等.三锥水介质旋流器应用效果分析[J].选煤技术,2015(1):41-44.

[9] 谢广元.选矿学[M].徐州:中国矿业大学出版社,2001.

[10] 崔广文,孙铭阳,史俊凯,等.三锥水介旋流器的高硫煤脱硫降灰及其分选原理[J].黑龙江科技大学学报,2014,24(1):53-56.

[11] 湛含辉,张晓琪,戴财胜,等.水介旋流器中二次流对分选原理的影响试验研究[J].矿冶工程,2002,22(2):57-61.

Research on industrial application of three taper angles hydrocyclone used for separating coarse slime in Lvjiatuo coal preparation plant

SHI Shang-jie, HAO Shou-xin, XIA Ling-yong

(Kailuan Group Co., Ltd., Tangshan, Hebei 063000, China)

In consideration of lower separation efficiency of heavy medium cyclone system caused by worse desliming result of hydrocyclone used for separating more coarse slime with more fines in Lvjiatuo coal preparation plant, which will result in having difficulty controlling ash of clean coal and high medium consumption, according to laboratory and field test, coarse coal slime separation technology is designed by analysis of structure and working principle of hydrocyclone. The application shows that this technology can serve coarse coal slime well with higher capacity of washing raw coal, reducing medium consumption.

coarse coal slime; coarse coal slime separation; three taper angles hydrocyclone; medium consumption

TD942

A

1001-3571(2015)04-0015-04

2015-05-19

10.16447/j.cnki.cpt.2015.04.004

石尚杰(1958—)，男，河北省唐山市人，高级工程师,从事选煤技术管理工作。

E-mail：tlixin@kailuan.com.cn Tel:0315-3022230