粗煤泥分级工艺和设备在一矿选煤厂的应用

＊王乐声

（华阳一矿选煤厂 山西 045000）

一矿选煤厂原粒级煤系统（现已拆除改造）用于生产粒度9-13mm，灰分≤16.00，水分≤8.00的粒级煤产品。该系统采用的洗选工艺为跳汰选。由于入洗的是9-13mm粒级的筛后原煤，煤中所含限下物比重较大，所以在设计时采用了粗煤泥分选工艺，选用的主要分级设备是水介质分级旋流器。这是一矿选煤厂生产系统中第一次使用粗煤泥分级工艺，在使用过程中积累了一定的经验，发现了一些问题并进行了工艺改进和设备革新，取得了很好的效果。

1.一矿选煤厂粗煤泥分级工艺及设备

(1)粗煤泥分级工艺

一矿选煤厂粗煤泥分级工艺采用的主要分级设备是水介质旋流器组，并配套使用固定弧形筛和煤泥离心机脱水。它的主要工艺流程是：跳汰洗选后的精煤产品经固定筛板和精煤筛1mm脱水，固定筛板和精煤筛-1mm筛下水进入一个煤泥水池，砂泵将筛下水给入旋流器组，经旋流器组分级，底流进入固定弧形筛预先脱水，弧形筛筛上物再给入煤泥离心机脱水，脱水后的煤泥产品混入末煤中，旋流器组溢流、弧形筛筛下水和煤泥离心机离心液通过煤泥水桶回收和渣浆泵给入到远方的浓缩池浓缩沉淀。

(2)粗煤泥分级工艺使用的主要设备技术特征

表1 一矿选煤厂粗煤泥分级环节设备表

2.水简质旋流器工作原理及影响参数

(1)水介质旋流器工作原理

水介质旋流器是用水作介质，利用离心力进行分选的设备。在分选过程中，锥体部分有一个悬浮旋转床层。当颗粒进入锥体部分时，由于锥体角度的影响，锥壁对颗粒产生一个向上的推力，使旋转床层形成上升和下降层流，小粒度（密度）颗粒上升成为溢流，大粒度（密度）下降成为底流。

(2)影响水介质旋流器工作的参数

影响水介质旋流器工作的参数可分为设备结构参数和操作参数两大类。有影响的结构参数有：旋流器直径、给料口直径、溢流管直径、沉沙口直径、溢流管插入深度、圆柱体高度及锥角大小。对于一矿选煤厂已经安装的旋流器组来说可以调整的只有沉沙口直径，因此本文对别的参数不作讨论。有影响的操作参数主要是指给料浓度和给料压力。这是生产过程中影响较大的两个因素。

3.分级效率

一矿选煤厂粒级煤系统粗煤泥回收环节的作用主要是用来回收0.5-1mm粒级的粗煤泥并脱水。实际上根据有关研究，水介质旋流器同时具有分级和分选的功能，但是在本系统中只要求分级功能，对分选效果没有要求。因此，在生产实际中，只测定水介质旋流器组的分级效率，测评指标选定的只有数量效率。当时粗煤泥回收环节投用后，根据长期、有效的监测证明在无其他因素影响的情况下，该旋流器组的数量效率波动在80%-85%之间。但实际上，由于很多客观因素的制约，旋流器组的数量效率长期维持在给定指标以下，大约为60%左右。另外，粗煤泥系统中水介质旋流器的配套设备固定弧形筛和煤泥离心机都用于底流脱水，它们工作效果的好坏也直接影响到煤泥产品的水分。在生产初期，这两种设备也不同程度地发现了一些影响脱水的问题。

4.粗煤泥分级环节存在的影响因素及改进措施

(1)水介质旋流器组存在的影响因素及改进措施

①给料压力对水介质旋流器工况的影响

水介质旋流器给料方式一般有三种：一是借高差自流给料，二是稳压箱给料，三是砂泵直接给料。一矿选煤厂粒级煤系统粗煤泥分级环节采用的是第三种动压给料方式。这种给料方式的特点是给料管路少，但给料压力波动较大。给料压力是旋流器正常工作的重要参数，因为给料压力直接影响旋流器的处理量和分级粒度，给料压力越大，矿浆流速越高，旋流器的处理量就越大，同时矿浆在旋流器中的旋转速度和离心力也越大，分级粒度也越细。确定分级粒度以后，就要求一定的压力与之相适应，压力过大则沉沙中混入的细粒增多，压力过小则溢流中混入的粗颗粒增多，都会降低分级效率。在粒级煤系统水介质旋流器的给料中确实存在压力不稳定的情况。经现场观察发现，主要原因是砂泵功率过大，给料的流量不稳定，给料压力变化后岗位人员没有及时发现反馈调整等。对这几个问题相应地进行了调整改造，具体措施：一是，针对砂泵能力过大，砂泵会喘气的情况，在砂泵扬出管上加装了一根回流管，使得一部分矿浆短路回流到煤泥水池；二是，针对煤泥水池内流量不稳定的情况加砌了溢流隔墙；三是，在砂泵出料管上安装了压力表，通过调整出料电动闸门开度将压力控制在0.1-0.2MPa之间，并要求岗位人员每半小时观察记录一次旋流器给料压力，发现问题及时反馈调整；四是，由于砂泵位置较低，停机时电动闸阀关闭缓慢，出料管内的高压差水位冲击容易造成砂泵损毁，因此在砂泵出料管处加装了一个逆止阀门。

②给料质量对水介质旋流器工况的影响

给料质量对水介质旋流器工况有着非常重要的影响。给料质量包括给料浓度、粒度组成以及密度组成等因素。因为本工艺环节对给料密度组成没有要求，所以密度组成质量不影响分级效果。

给料浓度是影响水介质旋流器分级效果的一个主要因素。给料浓度过低，旋流器底流浓度太低，对下游设备弧形筛、煤泥离心机脱水效果有压力；给料浓度过高，旋流器沉沙口容易堵塞，溢流中错配物也增多，容易发生跑粗现象。一矿选煤厂由于受井下生产条件制约，生产过程中原煤存在时大时小的变化，原煤水分波动也大，因此进入粒级煤系统跳汰机的9-13mm原煤限下物波动也很大，在跳汰精煤脱水过程中，诸如精煤脱水筛筛板破损等状况也经常造成进入水介质旋流器给料煤泥水池的0-1mm煤泥水浓度忽高忽低，给旋流器稳定工作带来了很大的压力。

给料粒度组成也是影响水介质旋流器分级效果的另一个主要因素。当给料中+1mm粗颗粒增多时，旋流器溢流就会出现明显的跑粗现象，含有大量粗颗粒的溢流经浓缩机浓缩沉淀后，浓缩机溢流要通过压滤机脱水，溢流中仍然存在的粗颗粒会导致压滤机滤饼难以成型。因此尽量减少或杜绝旋流器给料中+1mm粗颗粒的存在是给料质量管理的重中之重。

然而，事实上，在实际生产中，要想彻底杜绝旋流器给料中的+1mm粗颗粒是不可能的，再者由于一矿选煤厂受井下条件制约，完全平衡稳定给料浓度也很难，对于给料质量不稳定给旋流器工作造成的问题，一矿选煤厂主要从两方面进行调整管理。一是加强前端工序的原煤筛分和精煤脱水筛分管理，尽量减少限下物进入洗选系统，和加强筛机管理，避免筛板破损造成大颗粒物进入煤泥水系统。二是在给料质量出现大幅波动，又无法及时改变的情况下，调整旋流器组开停数量和沉沙口直径，以使旋流器工况适应给料质量的变化。

③沉沙口直径对水介质旋流器工况的影响

沉沙口直径是一矿选煤厂粒级煤系统使用的水介质旋流器唯一可调的结构参数。沉沙口增大，溢流量减少，溢流变细；反之，沉沙口减小，则溢流中粗颗粒增多，溢流量增大。该厂粒级煤系统使用的水介质旋流器组为一台十组，在实际使用中旋流器分别安装了φ35mm、φ45mm、φ55mm直径的沉沙口，通过调整沉沙口直径来适应给料质量的变化。另外，沉沙口喷料状态还能直接观察到旋流器的分级效果，也是对旋流器工况进行调整的直接依据。比如喷射角在40-70°之间时，基本可以判断旋流器工作正常；沉沙口呈伞状喷出时，说明沉沙口大；沉沙口呈绳状排出时，说明沉沙口小；沉沙口有明显喘气，断断续续排料时，说明旋流器锥体位置可能有木屑、铁器等杂物堵塞，需要立即清理。

(2)弧形筛和煤泥离心机存在的影响因素及改进措施

水介质旋流器的配套设备弧形筛和煤泥离心机都用于底流脱水。一矿选煤厂粒级煤系统粗煤泥分级环节使用的弧形筛是固定翻转弧形筛，它的工作原理是入料沿切线方向给入筛机，倒梯形筛丝对煤泥水流有切割作用，从而实现脱水功能。在实际使用中，发现这种固定弧形筛由于没有震动源，脱水受布料限制，筛面须经常清理，还需经常检查筛丝变化，周期性翻转筛机方向。另外，在生产过程中最应关注的还是弧形筛布料情况，发现脱水效果不好时，也可通过调整弧形筛的数量来改善脱水效果。煤泥离心机的工况受入料影响很大，入料浓度过大或过小都会造成离心机工作不正常，一般来讲入料浓度在300-500g/L时是比较适宜的。因此在一矿选煤厂粒级煤系统粗煤泥分级环节这样的工艺中，由于旋流器底流浓度变化频繁，煤泥离心机和弧形筛必须配合使用。

5.工业应用效果评定

在使用初期分级效率不稳定的情况下，一矿选煤厂通过对粒级煤系统粗煤泥分级环节水介质旋流器、固定弧形筛、煤泥离心机工况参数的调整，很大程度改善了系统运行的稳定性和有效性。在长期的监测中，水介质旋流器组分级的数量效率稳定在了75%-85%之间，达到了生产系统整体对粗煤泥回收的要求。但是需要特别指出的是在一矿选煤厂的生产环境下，要想保证水介质旋流器工况的稳定，必须在生产实际中全面管理上下游各生产环节的工序指标，否则它的工作效果无法保证，这也是水介质旋流器的一个特点。

6.结束语

在多年来的应用实践中，一矿选煤厂对于水介质旋流器分级粗煤泥工艺积累了一定的经验，通过针对性地调整改进水介质旋流器的给料压力，给料质量和沉沙口直径等操作参数和结构参数，以及配套脱水设备弧形筛和煤泥离心机的工作制度，极大地改善了粗煤泥分级设备的分级效率，满足了生产实际的需要。