无压三产品重介质旋流器二段技术改造与应用

张海军

(西山煤电(集团)有限公司 屯兰选煤厂，山西 古交 030206)

无压三产品重介质旋流器二段技术改造与应用

张海军

(西山煤电(集团)有限公司 屯兰选煤厂，山西 古交 030206)

针对屯兰选煤厂中煤灰分高而发热量低，难以满足电厂燃煤要求的问题，根据3GDMC1200/ 850A型无压三产品重介质旋流器结构特点和有关试验数据，在不影响旋流器一段分选效率和分选精度的情况下，对其二段进行技术改造。经此改造后，该选煤厂旋流器二段能够实现实时调控，中煤灰分稳定在33%～35%之间，发热量在18.22 MJ/kg左右，这为中煤产品指标合格提供了有力保障，也为选煤厂同类型旋流器未来的技术改造提供了良好借鉴。

三产品重介质旋流器；旋流器二段；中煤灰分；实时调控

屯兰选煤厂隶属于西山煤电(集团)有限公司，是一座原煤洗选能力为4.00 Mt/a的矿井型炼焦煤选煤厂，洗选工艺为无压三产品重介质旋流器分选、浮选的联合工艺[1-2]，主选设备为3GDMC1200/ 850A型无压三产品重介质旋流器。入选原煤全部来自屯兰矿井，主导产品为十级焦精煤，副产品为优质混煤。

相关研究资料表明：三产品重介质旋流器在分选>0.5 mm粒级单一原煤时，分选效率和分选精度均很高[3-4]，通常旋流器一段可能偏差在0.03～0.05之间，旋流器二段可能偏差在0.05～0.07之间。当多种原煤按比例配选时，旋流器分选效率和分选精度都会受影响。屯兰选煤厂入选原煤为2#、8#煤，煤质差异较大，且掺配不均衡；采用无压三产品重介质旋流器配选时，在旋流器一段溢流数质量不受影响的情况下，二段溢流中含有大量矸石，中煤灰分偏高且发热量偏低，难以满足电厂的燃煤要求。

为此，屯兰选煤厂根据3GDMC1200/ 850A型无压三产品重介质旋流器的结构特点和有关试验数据，对其二段进行技术改造[5-6]，以提高中煤产品的数质量和企业经济效益。

1 生产现状

屯兰选煤厂2014年1月、2月、7月的月综合资料显示：精煤产率在60.72%～46.55%之间，灰分在9.90%～9.39%之间；中煤产率在41.96%～19.99%之间，灰分在37.16%～35.48%之间；矸石产率在19.59%～8.01%之间，灰分在66.55%～65.62之间。

同时期的无压三产品重介质旋流器工艺参数如表1所示。

表1 无压三产品重介质旋流器工艺参数

由表1可知：在原煤煤质较好时，精煤产率高达60.72%，一段可能偏差为0.045，分选效果良好；二段可能偏差为0.125，分选效果较差；中煤灰分为35.48%，基本满足要求。这说明分选密度1.845 g/cm3是旋流器二段的边界密度，如果继续提高二段分选密度，中煤灰分必将增大[7]，导致其灰分超标。

当精煤产率为50.03%时，一段可能偏差为0.078，分选效果较差；当精煤产率为46.55%时，二段可能偏差为0.170，分选效果变差，此时中煤灰分偏高，这说明二段分选密度偏大。当二段分选密度>2.200 g/cm3时，二段分配曲线上找不到分选密度和可能偏差，这说明大量矸石进入中煤，导致中煤产率变大，灰分增高。

综合上述分析可知：旋流器一段对入选原煤的适应性较强，而旋流器二段的溢流管和底流口直径选择不合理，导致分选密度偏高，可能偏差偏大，矸石污染中煤的现象比较明显，这是中煤灰分超标的主要原因。为此，需要探索可行的方案，解决旋流器二段分选效果不理想的问题。

2 3GDMC1200/850A型无压三产品重介质旋流器

2.1 结构与工作原理

3GDMC1200/850A型无压三产品重介质旋流器由圆柱段(旋流器一段)和圆柱-圆锥段(旋流器二段)组成，结构示意图如图1所示。在旋流器工作时，合格重介悬浮液以一定的压力沿切线方向进入旋流器一段，与此同时原煤凭借自身重力从入料口沿轴向进入旋流器一段内；在离心力作用下，高密度物料向旋流器器壁移动，并在外螺旋流的轴向速度作用下进入旋流器二段；低密度物料向中心空气柱移动，并随内螺旋流从中心底部的溢流管排出；经过浓缩的高密度重介悬浮液进入旋流器二段，这就为高密度物料的继续分选创造了条件。高密度物料在旋流器二段的分选过程与在通用DSM型二产品重介质旋流器内的分选过程相同。

图1 3GDMC1200/850A型无压三产品重介质旋流器结构示意图

2.2 技术参数

3GDMC1200/850A型无压三产品重介质旋流器的主要技术参数如下：

介质循环量/(m3·h-2)

800～1 200

入料压力/MPa

0.17～0.29

入料粒级/mm

≤89

处理能力/(t·h-1)

300～400

一段安装角度/(°)

15

一段圆柱体内径/mm

1 200

二段圆柱体内径/mm

850

二段圆柱体长度/mm

680

二段圆锥体长度/mm

1 000

二段锥度/(°)

20

二段底流口直径/mm

300

二段溢流口直径/mm

350

3 解决方案

在确保无压三产品重介质旋流器一段高效分选的条件下，屯兰选煤厂对其二段进行技术改造。改造目标是在原煤煤质发生变化时(主要体现在2#煤与8#煤的配比)，旋流器二段的中煤灰分可在28%～35%之间实时调控，中煤带矸率小于10%，中煤发热量在18.83 MJ/kg左右，旋流器二段可能偏差小于0.05。

三产品重介质旋流器二段的锥比对其分选效果影响较大，相同密度的悬浮液在不同锥比的旋流器内工作时，旋流器二段的锥比越小，分选密度越高；反之，分选密度越低。根据上述理论分析，按照1∶0.4的比例将生产现场的无压三产品重介质旋流器二段直径缩小至350 mm，并根据缩小后的尺寸制作试验样机。根据锥比计算出溢流管口所增蘑菇阀的截面积，通过与旋流器二段底流口直径合理配合，得出不同底流口直径时蘑菇阀插入深度对分选效果的影响规律，然后依据影响规律对现场的无压三产品重介质旋流器二段进行技术改造。蘑菇阀在试验样机上的安装示意图如图2所示。

图2 蘑菇阀安装示意图

在蘑菇阀插入深度不同时，试验样机的溢流管过流间隙和过流面积存在差异，具体如表2所示。根据表2方案选择φ140 mm、φ120 mm两种直径的底流口，研究试验样机的溢流和底流变化规律。

表2 蘑菇阀不同插入深度时的溢流管过流间隙和过流面积Table 2 The flow passage clearances and areas of overflowpipe at different insertion depths of mushroom valve

3.1 蘑菇阀插入深度与溢流密度和底流密度的关系

试验样机的溢流密度、底流密度随蘑菇阀插入深度变化规律如图3所示。由图3可知：在底流口φ140 mm的条件下，当蘑菇阀插入深度小于97 mm时，底流密度、溢流密度变化均不明显；随着蘑菇阀插入深度的增加，即随着过流间隙的减小，底流密度逐渐变小，溢流密度逐步增大。底流口φ120 mm、φ140 mm的试验样机底流密度、溢流密度变化规律基本一致，但在蘑菇阀插入深度为77 mm时，底流口φ120 mm的试验样机底流密度、溢流密度就发生明显变化。在蘑菇阀插入深度小于112 mm时，底流口φ120 mm的试验样机底流密度和溢流密度均大于底流口φ140 mm的；在蘑菇阀插入深度大于112 mm，即过流间隙小于4.99 mm时，底流口φ120 mm的试验样机底流密度小于底流口直径为140 mm的，这说明过流间隙对底流口直径小的试验样机溢流密度、底流密度影响较大。随着蘑菇阀插入深度的增加，两种底流口直径的试验样机的溢流密度、底流密度之差减小。

图3 溢流密度和底流密度随蘑菇阀插入深度变化规律

3.2 蘑菇阀插入深度与溢流产率关系

试验样机的溢流产率随蘑菇阀插入深度变化规律如图4所示。

图4 溢流产率随蘑菇阀插入深度变化规律

由图4可知：在底流口φ120 mm的条件下，溢流产率随蘑菇阀插入深度增加(过流间隙减小)而减小；在底流口φ140 mm的条件下，溢流产率变化规律总体上与其相反，但也存在差异，说明溢流产率达到一定幅值后就会下降。

3.3 入料压力与溢流密度和底流密度关系

由于溢流密度和底流密度在蘑菇阀插入深度较深时变化明显，故在蘑菇阀插入深度为117、107、97 mm的条件下，研究底流口φ140 mm的试验样机溢流密度和底流密度随入料压力变化规律，结果如图5所示。

由图5可知：在蘑菇阀插入深度不同时，底流密度均随入料压力增大而增大，溢流密度均随入料压力增大而减小；对于蘑菇阀插入深度相同的试验样机来说，底流密度与溢流密度之差随入料压力增大而增大；在入料压力不同时，底流密度与溢流密度之差均随溢流管插入深度的增加而增大，但在入料压力较大(0.12 MPa)时，蘑菇阀插入97 mm与107 mm的底流密度、溢流密度均相差不大。

图5 溢流密度和底流密度随入料压力变化规律

综上所述：在蘑菇阀插入较浅时，底流密度和溢流密度变化均不明显；随着蘑菇阀插入深度的增加，底流密度越来越小，溢流密度越来越大；底流密度随入料压力增大而增大，溢流密度随入料压力增大而减小，这为现场无压三产品重介质旋流器二段的实时调控提供了良好的理论基础。

4 方案实施与工业应用

根据上述试验结论，结合旋流器二段锥比取值范围(0.5～0.8)要求，在φ350 mm、长度100 mm的无压三产品重介质旋流器二段溢流管上以45°方向切割出一个椭圆截面，并将蘑菇阀安装在旋流器二段溢流管上(图6)，通过蘑菇阀与溢流管的合理配合来调整中煤灰分。当中煤灰分偏高时，缩短蘑菇头与溢流管出口间的距离，减小溢流过流断面，使中煤灰分降低；反之，增大蘑菇头与溢流管出口间的距离，增加溢流过流断面，使中煤灰分升高。

图6 旋流器二段蘑菇阀安装示意图

旋流器二段改造前后的中煤质量指标对比结果如表3所示。由表3可知，对其进行技术改造后，中煤灰分下降4.99个百分点，发热量提高1.63 MJ/kg，成效显著。

表3 改造前后的中煤质量指标对比结果

5 结语

经过技术改造后，GDMC1200/ 850A型无压三产品重介质旋流器已投入运行。生产实践表明：在旋流器一段分选精度和分选效率不变的情况下，中煤灰分稳定在33%～35%之间，发热量稳定在18.22 MJ/kg左右，说明此次技术改造非常成功，这为中煤产品指标的合格提供了有力保障。

[1] 赵树彦.无压给料三产品重介质旋流器分选工艺和设备[J].煤炭加工与综合利用，2006(5): 15-18.

[2] 董连平，樊民强.大锥角水介质旋流器工艺参数研究与分选效果[C]//《选煤技术》编辑部.2005年全国选煤学术会议论文集.唐山：《选煤技术》编辑部，2005.

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[4] 谢广元. 选矿学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2001.

[5] 孟 宝，王小春，于 浩.国内外水力旋流器的研究进展[J].煤炭加工与综合利用，2013(5): 45-47.

[6] 李玉明，何文章.用幂级数法计算重选产品的分配率[J]. 选煤技术，1991(6): 30-31.

[7] 王 宏，李明辉，曾 琳，等. 煤炭洗选加工实用技术手册(第一版)[M]. 徐州：中国矿业大学出版社，2005.

Technical transformation and application of the 2nd-stage of the gravity-fed 3-product heavy medium cyclone

ZHANG Hai-jun

(Tunlan Coal Preparation Plant, Xishan Coal Electricity (Group) Co., Ltd., Gujiao, Shanxi 030206, China)

The middlings product produced by Tunlan Plant can hardly meet the requirement of power plant because of its high ash and low calorific value. Based on analysis of the structural features of the 3GDMC1200/850A gravity-fed 3-product heavy medium cyclone as well as related experimental data, technical remoulding work is made on the 2nd-stage of the cyclone under the prerequisite that both efficiency and separating precision of the cyclone's 1st-stage are not affected. Application of the renovated cyclone makes it possible for the 2nd-stage to realize real-time adjustment and control, while the ash of the middlings product can be maintained stably in range of 33%-35%, with a calorific value of about 18.22 MJ/kg. This not only ensures the production of up-to-standard middlings product, but also provides a good reference for other plants to make technical reform of similar types of cyclones in the future.

3-product heavy medium cyclone; cyclone's 2nd-stage; ash of middlings; real-time readjustment and control

1001-3571(2016)01-0068-04

TD942

B

2016-02-17

10.16447/j.cnki.cpt.2016.01.018

张海军(1980—)，男，山西省繁寺选人，工程师，从事选煤生产技术管理工作。

E-mail：small415@sohu.com Tel：0351-5107566