精细化控制提高重介旋流器分选效率的研究

摘 要：在末煤处理系统中重介旋流器是主要的分选设备。提高重介旋流器的分选效果对我厂的产品质量有较大的影响，为了优化重介旋流器的分选效果，我们要通过加入可实现自动控制的电气设备如变频器，压力传感器等，使分选的工艺因素随原煤灰分的变化而自动变化。本文讨论了在悬浮液密度和液固比等因素处在计算得出的固定最佳值时，根据原煤的灰分变化来调节入料压力。这样可以更精确的控制旋流器的工艺参数，减少精煤损失，对提高分选效果提高经济效益有很好的实际意义。

关键词：旋流器；液固比；入料压力；灰分；分选效果

乌兰木伦选煤厂始建于2003年6月，于同年10月份正式投入运行，本厂加工的原煤有侏罗纪煤、石炭纪气煤两个煤种，主要出产优质混煤，所用生产工艺采用重力选矿法，洗选用水实现了一级闭路循环。原设计规模为3Mt/a，后经过2011年的工艺改造后新加了-50mm末煤系统，现生产能力为6.6Mt/a。工艺改造加入的末煤系统对本厂的原煤入洗率有了很大的提升，产品品质也有了了较大的提高，其中重介旋流器对末煤系统的分选效果有较大的影响。

1 末煤系统工艺简介

原煤经分级筛分级后，50mm以上进入块煤系统，50mm以下经末煤入洗刮板转载到末煤系统入洗，末原煤经固定筛、脱泥筛预先脱泥，50～2mm进入混料桶与重介混合，经混料泵打入重介旋流器进行分选，重介旋流器溢流出精煤，底流出矸石，精煤经固定筛及脱介筛脱介，经离心机脱水后经精煤转载刮板转载到混煤胶带机上。矸石经脱介筛脱介后经矸石转载胶带机到1胶带机。

2 重介旋流器

原煤是煤、夹矸煤、矸石等的混合物，其密度范围一般为1.2～2.6g/L。把这种不同密度的混合物放人具有中间密度的重介质中，即可分出两种不同密度级的产品：即低于重介质密度的浮物和高于重介质密度的沉物。浮物浮于重介质液面，沉物沉于分选槽的底部，通过机械或溢流将浮物和沉物分别排出，这就是重介质选煤。

实践证明，在重力场中用重介质分选粒度小于6mm（或 3mm）的粉煤时，分选效果较差，分选1mm以下的物料时；效果更差。这是因为颗粒的沉降速度与颗粒直径成正比，当粒度小于1mm时，沉降速度太小，以至于不能有效分选。为了降低分选下限，只有增加加速度。在离心力场中可使离心加速度比重力加速度大得多，从而大大强化对细粒难选煤的分选作用。例如，在重介旋流器内，当颗粒的旋转半径为100mm.、转数为400r/min时，颗粒在该离心力场中的移动速度比在重力场中自由沉降速度高178倍。因此，在重力场中得不到很好分选的细粒级物料，在离心力场中可取得满意的分选效果。重介质旋流器是目前最有效的末煤分选设备。

矿粒随同悬浮液一起，在一定压力下给入旋流器。旋转运动中，在离心力作用下，位于包络面里侧的高密度矿粒便由中心向外移动，若矿粒密度高于包络面处悬浮液密度，则该矿粒将穿过包络面而进入下降介质流，并随之下行，最后经底流口排出。反之，若矿粒密度小于包络面处悬浮液的密度，如原来就位于包络面里面的，则仍然停留在上升介质流中；若处于包络面外侧，由于重介质的浮力及向心介质流的作用，必将穿过包络面向中心运动。最终，所有低于包络面处悬浮液密度的矿粒，在上升介质流及向心介质流的掠获下，从溢流口而去。所以，锥形包络面上悬浮液的密度，就是矿粒在旋流器中的实际分选密度。但是，由于在整个包络面上，悬浮液各点的密度并不相同，密度由上而下地逐渐增加。因此，矿粒在旋流器中的分选，可以看成是一个连续进行的多次分选过程，而分选密度依次逐渐升高。包络面最下端的悬浮液密度，是矿粒在重介质旋流器内的最终分选密度。

3 重介旋流器运行时存在的问题

由于受矿井开采方式、煤层等因素变化等各种外在因素的的影响，其入洗煤质与设计时情况相比不太一致，而是处于变化之中。靠人工调试好的固定的工艺参数如入料压力、固液比等等不能随着变化的煤质做出相应的改变，从而不能达到理想的分选效果。廠里没有安装原煤灰分监测装置，导致对入洗原煤的灰分无法实时监测，从而无法反馈该数值给PLC系统，从而无法实现配合入料泵变频器对入料压力进行精细化控制的目的。

4 影响重介旋流器的主要工艺因素

乌兰木伦选煤厂新建末煤系统采用的重介旋流器为D48B-T241型克莱博斯旋流器，处理量Q=620t/h，V=2068m3/h。其直径为1200mm。根据实际的分选目的，入料口、溢流口和底流口的尺寸分别为600mm、750mm、400mm。

4.1 悬浮液的密度

悬浮液密度是预先根据原料煤性质和产品品质要求，规定出分选密度，然后把悬浮液密度配制到这个规定值。分选过程中，当悬浮液密度超过这个规定值时，浮物灰分将超过要求的指标；而当悬浮液密度低于这个规定值时，则造成浮煤在沉物中损失量增大。因此，为了保证产品品质要求，必须保证悬浮液密度稳定。在实际生产中，悬浮液密度测定可用密度计进行测定。目前，在选煤厂较为普遍采用的是双压差密度计，并配有自动控制装置对悬浮液密度进行自动控制。

在原煤煤质一定的情况下，通过对2～50mm的原煤进行浮沉试验，结合浮物灰分、产率和错配物含量，得出本厂重介质旋流器最佳分选密度。通过末原煤浮沉试验，再结合可选性评定表确定出实际分选密度，当分选密度在1.6g/cm3时，末精煤灰分为11.51%，产率为93.83%，且此时错配物含量最小，因此本厂末煤系统最佳分选密度为1.6g/cm3。

4.2 液固比

液固比就是悬浮液与矿粒的体积比。入料的液固比直接影响旋流器的处理量和分选效果。

（1）一般入料煤粒度较细时，要求离心系数大一些，即加大循环量，随着液固比增大。但是循环量加大会使加重介质的浓缩作用加强，所以在介质较粗时，加大液固比反而会使分选效果变坏。

（2）在悬浮液稳定性较好时，分选效果随液固比的加大而变好，因为减少了分选物料的体积浓度，加大了干扰沉降速度，减少了错配物的含量。endprint

（3）通常介质细、浓度小、液固比大时分选好。因此在一般情况下采用4：1～6：1 的液固比比较适宜。但在此范围内，为了满足精细化控制的目的，我们还是通过实验来更加精细化的分析出不同煤质对应的最佳分选液固比。

4.3 入料压力

进料压力越高，悬浮液进料速度就越快，旋流器的处理量就增加。这一点与分级用的水利旋流器相同。此外，进料压力越高，离心力也越大，因此，在一定程度上增大进料压力可以加速分选过程，提高分选效果。但随着入料压力增高，悬浮液本身的浓缩作用也加强，一方面增大矿粒实际分离密度，另一方面使旋流器中密度分布更加不均匀，反而降低分选效果。因此，压力过大，对分选并不是有利的。所以，压力增加时，应适当地加大底流口来调节排放量。此外，压力增大还会增加动力消耗和设备的磨损。现在一般是无压给料，给料压力在0.05～0.1Mpa。对于具体的各个煤质对应的最佳给料压力还是需要通过实验、数据的处理来得出。

5 解决方法

在乌兰木伦选煤厂中，重介旋流器的入料来源是2～50mm的末煤经过脱泥筛的筛上排料进入混料桶，同时合介桶里的合格介质由合介泵打入混料桶与末煤混合后，经混料泵打入重介旋流器进行分选。

5.1 加装原煤灰分实时检测系统

在末煤分选系统中，要根据末原煤的品质来调节入料压力，使不同灰分的末原煤在其相应的入料压力下进行分选，从而能够达到最佳的分选效果，首先就要对末原煤的品质进行实时是监测，而乌兰木伦选煤厂的末原煤入洗皮带上没有安装灰分仪，所以我们首先得在末原煤入洗皮带上安装一台灰分仪，从而使末原煤灰分得到实时的监测并反馈到集控系统。这样我们就能够通过末原煤灰分值反馈给旋流器给料泵的变频器，使变频器得到信号后，自动调节泵的转速来满足该原煤灰分下的最佳入料压力，从而使分选效果达到最优化。

5.2 液固比的控制

在末煤系统中，重介旋流器的入料来源是桶中的合格介质通过合介泵打入混料桶与同样给入混料桶的筛上物（2～50mm）搅拌混合后再有混料泵送入中介旋流器中进行分选的。

液固比可以通过两种方式进行调节。一種是通过改变合格介质的添加量即改变悬浮液的给入量来控制，操作方法是给合介泵加装变频器，可以改变泵的转速实现液固比的。另一种是通过控制原煤入洗量即改变矿粒的给入量来控制，操作方法是调节末煤入洗刮板前端的液压插板来调节，在实际生产过程中，可根据实际情况来选择调节泵的转速或调节液压插板调节液固比。如果入洗量按要求给定，可以按给定的入洗量来调节悬浮液密度即合介泵的转速来改变液固比，如果入洗量需要调整我们通过调节液压插板来改变液固比。总之保证液固比处在我们通过实验和计算得出的最佳值附近就能实现分选效果的最佳化。

5.3入料压力的控制

要控制给料压力可以通过调节混料泵的转速来实现，可以给泵加装变频器控制其转速。在旋流器的入料口处加装一只压力传感器，利用变频器传感器的配合使用，可很好地解决这一问题。洗煤生产中通过在旋流器入料口处加装的液位传感器实时监测入料压力准确反映入料的压力变化并输出4～20mA标准信号至PLC模拟量输入模块，这样便可在上位机上作出画面实时监控旋流器入料压力。系统起车时，PLC输出4～20mA模拟量控制信号到变频器，通过变频器控制电机获得计算得出的最佳入料压力，当压力小于最佳压力时PLC输出控制信号加速入料泵的转速；当压力大于最佳压力值时，PLC输出控制信号降低入料泵的转速。从而实现了入料压力可随煤质灰分的不同而自动进行调节的目的。

6 结语

在末煤处理系统中，通过引入各种电气设备，如变频器、压力传感器、灰分仪等实现了在重介旋流器洗选过程中对工艺参数的自动控制。这样可使重介旋流器在不同的原煤性质下，通过自动控制提供最佳的分选工艺因素。使分选效果更高效，更精细化。

参考文献：

[1]贾洪福.矿山机械.如何提高三产品重介旋流器的入洗能力[J]. 2007（01）

[2]葛怀峰，展红霞.重介工艺系统的改造及完善[J]. 煤炭加工与综合利用.2003（02）

作者简介：

曾红久，男，汉族，1989年出生，四川遂宁人，毕业于内蒙古科技大学，矿物加工工程专业，本科生，助理工程师，主要从事选煤厂生产外运组织和工艺优化工作。endprint