乌东选煤厂重介质浅槽分选系统的分选试验研究

王庆飞，齐 健，王洪兵

(国家能源集团新疆能源有限责任公司 乌东洗选厂，新疆 乌鲁木齐 830027)

针对选煤行业发展，首先需要考虑的就是可持续发展战略以及环保压力。因为煤炭中存在有害物质，并且在加工利用以及燃烧环节都会存在不清洁利用，最终导致钢厂、电厂等工业化生产之中就会有NOx、SO2以及粉尘颗粒等排入大气之中，进而造成工业区雾霾压力过大。基于实际情况出发，在无法煤改气的偏远山村，就选择使用“清洁煤”燃烧，其主要是通过脱硫、脱销、除尘之后的煤。基于传统煤炭加工，首先采取选煤的方式，直接将煤中大部分的硫分、燃烧之后的灰尘等去除，这就是采用的选煤去除方法。就相关学者研究，如匡亚莉在《选煤厂管理》之中提到：中国每年都会产生大量的煤矸石，并且因为无法合理的利用，从而堆积成大量的煤矸石山。最近几年，部分企业开始从煤矸石之中提取有用物质，如硫铁矿、高岭土等，这一部分物质本身的密度明显比煤矸石中其余物质密度高，可以选择利用重介分选的方式来实现。所以，这就成为浅槽重介质分选机一种全新的利用方式。并且在这一分选过程中，轻产物成为了无用产物，但是其量较小，所以，就会导致溢流堰排走轻产物，进而带来大量的能量浪费。本文通过了解洗选中心乌东选煤厂重介质浅槽分选系统的分选试验，希望能满足选煤厂日常生产需求。

1 重介浅槽分选机工作原理及优点分析

1.1 工作原理

重介浅槽分选机主要是通过重介质分选原理的使用，实现两相流体之中不同密度矿物的沉降。密度低于重介质的物料会逐渐上浮，并且随着流动的重介质直接流过溢流堰，直接成为精煤；密度高于重介质产品，就会逐渐沉降到分选槽底层，然后通过刮板实现浅槽槽体的刮出，进而满足矸石的排出[1]。为了满足正常分选的要求，在内部需要保持密度相对稳定，并且还能够实现重介质悬浮液的均匀分布，通过泵分，将其分为2部分，然后分别送入相应的浅槽分选机内。对应的分选过程如图1所示。

图1 浅槽重介质分选机的分选过程Fig.1 Separation process of shallow tank heavy medium separator

1.2 优点

分选浅槽的主要优点：①分选上限高，入料粒度级宽，可以使大块入料破碎率有明显的降低，同时也可以满足能耗的降低，实现产品水分的合理控制；②单台设备拥有较大的通过能力，对于煤质波动的适应性较强，能够将大量矸石排除，从而简化工艺，减少基建投资和对应厂房体积；③有效分选时间短，次生煤泥最低，减少轻泥化程度，而且自动化程度较高，可以满足自动调节需求；④结构简单，方便操作；⑤煤炭运输的无效运输环节减少。

2 分选试验分析

2.1 分选系统调试

(1)单机调试。单机调试囊括高效节能浅槽、排矸系统、介质泵、精煤排料系统，在设备进行1 h空运转之后，针对运转情况进行检查，尤其要分析槽体供介时候槽体的漏介情况；针对排矸系统，则需要了解刮板运行情况，确认机体底部是否发生剐蹭现象；详细检查精煤排料系统排料轮的运转情况，然后对于其本身是否和出料溜槽槽体接触加以观察，确保其能够正常的运转。如果确定设备能够正常运转，在处理好后就可以进行单机调试[2]。

(2)系统功能调试。首先，将一定量的清水直接注入到合介桶中，并将介质泵打开，实现自循环；然后添加磁铁矿粉，实现对悬浮液密度的调节，要求达到1.6 g/cm3。在最初阶段重介质悬浮液密度的调节中因为没有添加煤泥，所以密度并不稳定，当一定量的煤泥添加进入之后，就可以让密度本身区域稳定。然后将浅槽排矸系统电机开启，并且与煤料排料系统电机相互对应，然后将介质泵的自循环阀门直接关闭，将重介质悬浮液直接注入到槽内，等待其液面上升到与精煤料装置排料轮高度相互持平的高度，然后通过音叉密度级示数对应进行调节处理，之后再上升到介质管道的闸板阀，从而实现槽体之中上下密度的相对稳定，实现上升介质流速度的降低。在调节水平介质管闸板阀之后，就能够将其速度直接调整到生产需求的速度。

(3)系统带煤调试。对于浅槽给料，主要是利用人工的方式，直接将质量288 kg、粒度>6 mm的原煤添加到入槽体之中。

2.2 合介泵频率与流量的关系

目前，针对流量计而言，其本身对于重介质悬浮液实际的流量检测准确度还无法达标，其主要是采取计时、定量的统计法。针对介质循环系统，泵的功率大小主要是选择使用变频器来加以调节，这样会直接影响重介质悬浮液的实际流量。因此，直接改变频率大小，对不同频率下介质从底部直接上升到出料口的高度(达到770 mm)时所需时间加以记录，就能够实现对具体流量大小的计算处理[3]。

试验过程中主要是考虑到单因素三水平试验方法的利用，不同频率下其对应的上升时间记录详细结果见表1。

表1 不同频率下重介质悬浮液流量大小Tab.1 Flow rate of suspension of heavy media at different frequencies

频率和流量的关系如图2所示。

图2 频率和流量的关系Fig.2 Relationship between frequency and flow

基于图2的分析，变频器频率大小直接关联到重介质悬浮液的流量，能够满足y=0.002x-0.044 3的线性关系。所以，在后续试验中，基于不同排料方式下精煤介质泵工作频率大小进行流量的计算。

2.3 水平流对分选产品的影响分析

在进行浅槽重介质分选机分选中，通过水平流决定介质循环量，当分选机直接强制性地添加精煤排料轮，理论上，能够降低水平流，应考察实验探究水平流是否会对分选的效果带来影响[4-10]。一般主要是通过2种试验进行分析：①不添加原煤，当上升流达到一定情况之后，了解在不同水平流流速情况下槽体两部密度计密度差的大小。②添加原煤，实现不同水平流速下针对分选的有效处理，然后再了解理论结果和实际结果之间是否有差异性的存在。

(1)不加煤样。不添加原煤，当上升流一定，分析不同水平流流速情况下槽体中密度计的密度差。针对单因素四水平技术，其所使用的差压波密度计如图3所示，水平流阀门如图4所示。

图3 差压密度计Fig.3 Differential densitometer

图4 水平流阀门Fig.4 Horizontal flow valve

通过单因素四水平的分析[11-15]，利用水平流阀门来降低水平流，并且调节上升流合介泵频率，确保流速达到0.20 m/s的稳定状态，同时观察2台密度计的实际差值(表2)。

表2 不同水平流速下放射源密度计差值Tab.2 Difference of radioactive source densitometer at different horizontal flow rates

通过表2分析，在改变合介泵频率之后，当水平流流速降低，基于放射源密度计差值的合理分析，最终就能够明确重介质悬浮液本身是否能够处于稳定的状态。基于数据分析来看，如果密度计差值在0.001 g/cm3之内，基本不会影响悬浮液的稳定性，也就说明改变了水平流大小，对于槽体之中的重介质悬浮液的稳定性不会产生太大影响。

(2)加入煤样。首先，进行溢流堰排料方式的试验，直接将介质泵后调节水平流与上升流阀门打开，确保上升流速度满足分选所需，并且在保持不变的前提下逐渐提升水平介质的流速。同时注意对流速的控制，添加经过筛选的原煤，让出料端溢流堰直接满足分选的高度要求，这时大粒度轻产物就可以直接作为精煤产品，经过重介质悬浮液冲出槽体，直接在脱介筛中收集选择后的精煤与矸石。并且要进行浮沉试验，做好对应分配曲线的绘制，计算实际分选密度，得出可能偏差Ep值。针对不同频率下合介泵的试验结果，见表3。

表3 40 Hz频率下的分配率计算结果Tab.3 Calculation of distribution rate at 40 Hz frequency

40 Hz频率下分配率曲线如图5所示。

图5 40 Hz频率下分配率曲线Fig.5 Distribution rate curve at 40 Hz

基于图5分析可以看出，当分配率为50%时，实际分选密度达到1.645 g/cm3，和设定的分选密度没有太大差异。并且通过公式实现Ep值的计算，其对应为0.045 g/cm3，基于分选评定，针对重介质分选，Ep值在0.02～0.06，能够满足标准要求。针对不同频率下的分配率如下：①40 Hz时，选择0.35%、1.88%、5.08%、11.91%、84.86%、99.72%；②35 Hz时，选择0.30%、1.50%、3.17%、8.05%、90.18%、99.80%；③30 Hz时，选择0.20%、1.12%、4.56%、13.56%、87.09%、99.96%；④25 Hz时，选择0.15%、1.76%、4.83%、15.03%、80.26%、99.72%。

不同频率下分配率曲线如图6所示。

图6 不同频率下分配率曲线Fig.6 Distribution curves at different frequencies

基于对应的试验结果分析，单因素水平流的流速并不是影响到分选的实际结果，并且所分配的曲线也可以满足重叠的要求，Ep值在0.02～0.04，能够满足重介质选煤的要求。所以，当处于低流速状态下，6 mm的颗粒也能满足分选需求。

3.4 分选机的对比试验

确保精煤排料系统得以正常的运行，可以满足变频器频率的合理降低，促使浮选液密度达到稳定的状态。上升介质的速度相同，让水平方向的精煤产品可以正常排出；将水平介质的速度降至最低，实际的处理量要保持一致。精煤的2种排料方式主要包含了溢流堰式与排料轮式[16-20]，然后做好频率的记录，具体见表5。

表5 频率与流量大小的关系Tab.5 Relationship between frequency and flow rate

基于表5分析，考虑到乌东选煤厂为溢流堰式，所以，能够很好地节约成本，满足本厂的基本效益要求。得到结论：①在水平流流速达到0.20 m/s，并且降低水平流流速达到0.142 m/s，浅槽重介质分选机之中的重介质循环介质能够保持相对稳定，不会受到任何影响；②在上述的流速标准下，浅槽重介质分选机拥有良好的分选效果，并且不同流速下的分选效果良好；③因为分选效果进一步提升，对于最后的实际生产有了极大的帮助，各个方面的质量也得以提高，其排出的矸石可以用作于砖石加工等第三产品使用，实现了经济效益的扩充，提高了乌东选煤厂市场竞争力。

4 结语

随着时代的不断发展，选煤厂对于煤炭行业的重要性得以凸显。对于选煤厂来说，各个系统设备的正常运行关系到日常的运营，基于本文就洗选中心乌东选煤厂重介质浅槽分选系统分选试验的分析，得到正确的结论，以此推动选煤厂的实际运行。

参考文献(References)：

[1] 张梦瑶.重介质选煤自动化控制系统的设计[J].机械管理开发，2020，35(12)：246-247，255.

Zhang Mengyao.Design of automatic control system for heavy medium coal preparation[J].Machine Management Development，2020，35(12)：246-247，255.

[2] 张平.选煤厂重介质分选过程悬浮液密度智能控制系统研究[J].机械管理开发，2020，35(12)：250-252.

Zhang Ping.Study on suspension density intelligent control system in heavy media separation process of coal preparation plant[J].Mechanical Management Development，2020，35(12)：250-252.

[3] 毛艳宇.我国选煤技术现状与发展分析[J].石化技术，2020，27(12)：203-204.

Mao Yanyu.Current situation and development analysis of coal preparation technology in China[J].Petrochemical Technology，2020，27(12)：203-204.

[4] 胡洪涛，赵江涛.白羊岭选煤厂煤泥浮选系统可行性研究及效益分析[J].能源与环保，2020，42(12)：117-120，136.

Hu Hongtao，Zhao Jiangtao.Feasibility study and benefit analysis of slime flotation system in Baiyangling Coal Preparation Plant[J].Energy and Environmental Protection，2020，42(12)：117-120，136.

[5] 韩子彬.重介质选煤过程中的模糊控制方法研究[J].洁净煤技术，2020，26(S1)：92-97.

Han Zibin.Study on fuzzy control method in heavy medium coal preparation process[J].Clean Coal Technology，2020，26(S1)：92-97.

[6] 陆文捷，代伟，柴宛彤，等.重介质选煤过程控制的Unity 3D虚拟仿真平台[J].中国科技论文，2020，15(11)：1241-1246，1276.

Lu Wenjie，Dai Wei，Chai Wantong，et al.Unity 3D virtual simulation platform for dense medium coal preparation process control[J].China Science and Technology Paper，2020，15(11)：1241-1246，1276.

[7] 王萌萌.重介质选煤过程中重介质密度的控制探析[J].当代化工研究，2020(21)：87-88.

Wang Mengmeng.Analysis of density control of heavy medium in coal preparation process with heavy medium[J].Contemporary Chemical Industry Research，2020(21)：87-88.

[8] 张凌智，代伟，马小平.重介质选煤过程先进控制：研究进展及展望[J].工矿自动化，2020，46(8)：21-27，69.

Zhang Lingzhi，Dai Wei，Ma Xiaoping.Advanced control of coal preparation process in heavy medium：research progress and prospect[J].Automation of Industry and Mine，2020，46(8)：21-27，69.

[9] 郝新飞.重介质选煤技术工艺与管理研究[J].当代化工研究，2020(14)：125-126.

Hao Xinfei.Study on process and management of heavy medium coal preparation technology[J].Contemporary Chemical Industry Research，2020(14)：125-126.

[10] 王思文.论重介质选煤工艺流程质量及其应用标准[J].中国石油和化工标准与质量，2020，40(13)：35-36.

Wang Siwen.Discussion on the quality and application standards of the heavy-medium coal preparation process[J].China Petroleum and Chemical Standards and Quality，2020，40(13)：35-36.

[11] 靳职飞.重介质选煤工艺的分析[J].内蒙古石油化工，2020，46(6)：68-69.

Jin Zhifei.Analysis of heavy medium coal preparation process[J].Inner Mongolia Petrochemical Industry，2020，46(6)：68-69.

[12] 靳职飞.重介质选煤技术工艺与管理[J].石化技术，2020，27(6)：351-352.

Jin Zhifei.Process and management of heavy medium coal preparation technology[J].Petrochemical Technology，2020，27(6)：351-352.

[13] 田晶晶.选煤厂选煤工艺的研究与优化[J].中国石油和化工标准与质量，2020，40(12)：248-249.

Tian Jingjing.Research and optimization of coal preparation process in coal preparation plant[J].China Petroleum and Chemical Standards and Quality，2020，40(12)：248-249.

[14] 杨晓鸿，刘亿，郭崇涛，等.临涣选煤厂重介质选煤灰分闭环控制技术改造[J].选煤技术，2020(3)：83-86.

Xiaohong Yang，Yi Liu，Chongtao Guo，et al.Technical transformation of closed-loop control of ash content in dense-medium coal preparation at Linhuan Coal Preparation Plant[J].Coal Preparation Technology，2020(3)：83-86.

[15] 李花.重介质旋流器在选煤工艺中的应用[J].石化技术，2020，27(5)：326-327.

Li Hua.Application of heavy media cyclone in coal preparation process[J].Petrochemical Technology，2020，27(5)：326-327.

[16] 范俊卿.豫西地区三软煤层选煤系统的优化设计[J].能源与环保，2020，42(5)：116-119，126.

Fan Junqing.Optimal design of coal preparation system for three soft coal seams in western Henan[J].China Energy and Environmental Protection，2020，42(5)：116-119，126.

[17] 杨志鹏.选煤技术工艺及生产管理研究[J].石化技术，2020，27(4)：182-183.

Yang Zhipeng.Study on coal preparation technology process and production management[J].Petrochemical Technology，2020，27(4)：182-183.

[18] 徐征，朱智杲.选煤厂选煤工艺流程优化分析[J].能源与节能，2020(4)：106-107，164.

Xu Zheng，Zhu Zhigao.Optimization analysis of coal preparation process in coal preparation plant[J].China Energy and Energy Conservation，2020(4)：106-107，164.

[19] 杨晓鸿，任祥军，袁明朋，等.临涣选煤厂高盐循环水对选煤设备腐蚀实验研究[J].能源与环保，2020，42(4)：110-113，117.

Yang Xiaohong，Ren Xiangjun，Yuan Mingpeng，et al.Experimental study on corrosion of coal preparation equipment by high-salt circulating water in Linhuan coal preparation plant[J].China Energy and Environmental Protection，202，42(4)：110-113，117.

[20] 张宗军.鹤煤六矿选煤厂升级改造整体解决方案研究[J].能源与环保，2020，42(1)：141-144，149.

Zhang Zongjun.Study on the overall solution for upgrading and reformation of Hebi No.6 Coal Preparation Plant[J].China Energy and Environmental Protection，2020，42(1)：141-144，149.