影响FBS流化床分选机分选效果的因素分析

张定智，汪才飞，周建方，韩 峰，仲硕硕

(1.山东博选矿物资源技术开发公司 察哈素项目部，内蒙古 鄂尔多斯 017209；2.山东博选矿物资源技术开发有限公司 新河选煤厂，山东 济宁 272000)

1 新河选煤厂概况

新河选煤厂为矿井型选煤厂，设计生产能力1.20 Mt/a，2016年正式投产。选煤工艺为：原煤准备至50 mm以下后，50～0 mm采用无压三产品重介旋流器分选，1～0.25 mm粗煤泥FBS分选机分选，细煤泥经浓缩+压滤回收。入选原煤具有低中灰、低硫、低磷、高挥发分、高发热量、高灰熔点、强粘结性的特点，属45号气煤。洗选后的精煤产品(灰分8.5%～9.0%)用于炼焦配煤，洗混煤、煤泥(发热量17.99～19.66 MJ/kg)用于电厂发电。

煤泥处理工艺为：精煤磁选尾矿先经分级旋流器分级浓缩，1.0～0.25 mm底流进入FBS分选机分选，分选出精煤和中煤；FBS精煤采用振动弧形筛+煤泥离心机工艺回收后掺入重介精煤；FBS尾矿掺入中矸磁选尾矿，采用分级旋流器+振动弧形筛+高频筛工艺回收，掺入重介中煤。FBS流化床分选机在新河选煤厂从建厂之初就开始应用于粗煤泥的分选，经过不断摸索实践，该厂逐渐掌握了FBS的基本操作和日常维护，并利用技术检查做了大量的试验，探寻出影响FBS分选机分选效果的影响因素及规律，对生产出合格的粗精煤泥具有重要作用。煤泥处理原则工艺流程见图1。

图1 粗煤泥分选工艺流程

2 FBS流化床分选机的结构及工作原理

FBS流化床分选机是一种利用上升流在分选机内产生紊流的干涉沉降分选设备[1]，主要由入料井、执行机构、密度传感器、底流阀、流体弥散板和控制系统构成。其工作原理为：物料通过入料井进入分选机后，上升流与被分选的物料在分选机底部形成一个流态化的分选床层，密度小于床层密度的颗粒不能透过床层而被上升流带入溢流槽中，密度大于床层密度的颗粒透过床层进入分选机最底部，通过底流排料阀排出。

工作过程为：进行选煤生产时，首先开启清水泵为流化床分选机提供一定的上升流，并经过流体弥散板均匀地分布到分选机底部，逐渐将分选机筒体内部充满清水，精煤磁选尾矿经过分级旋流器浓缩，底流作为入料进入流化床分选机内，随着入料的不断增加，分选机内部逐渐形成一个自生介质床层，固体物料进入分选机后在上升流的作用下开始分层，高密度的物料透过自生的流态化床层集中于分选机的底部，通过由PLC全自动控制的排料阀排出后分级脱水作为中煤产品；低密度物料则流向分选机槽体的上部，溢流至溢流槽内经脱水后作为精煤产品[2]。

密度计负责检测床层的密度，并将4～20 mA的电流信号输入控制系统，当床层的密度达到或超过设定值时，控制系统即发出1个4～20 mA的信号到执行机构，执行机构开始动作，并打开底流排料阀排料，直到床层密度降低至设定值，排料阀关小或关闭。通过PLC全自动控制系统控制排料阀的开启度，使分选机内流态化床层始终保持稳定的设定密度。执行机构在其行程范围内，可以快捷、灵敏、准确地运行，排料阀在执行机构的带动下实现不同的开启度。

入料井负责将入料均匀分配到分选机机体内，执行机构接收来自控制系统的4～20 mA的电流信号，并作出打开和关闭底流阀的反应，底流阀位于分选机最底部，为中空锥形结构，当流态化床层的密度增加至超过设定值时，需要底流阀开启或增大开启度时，执行机构便推动底流阀推杆向下，使底流阀离开阀座排出粗重的物料；反之，当床层的密度减小至低于设定值时，执行机构便拉动底流阀拉杆向上，使底流阀靠近阀座，则底流阀开启度减小，底流的排放量也随之减少。总之，底流阀的开启度与床层的密度密切相关，底流阀开启度的动态变化实现了流态化床层分选密度的动态平衡。流体弥散板的作用是将上升流均匀地分布于整个分选机床层的底部，流体弥散板上均布一定数量的小孔，孔的数量、大小和布置方式是经过精密的流体力学计算得出的，每个孔均装有可以更换的耐磨塞。

3 影响溢流灰分的因素分析

影响FBS溢流灰分和分选效果的因素很多，其中顶水压力、FBS密度设定值、入料的灰分和粒度是几个最重要的影响因素。自FBS流化床分选机2016年在新河选煤厂投入运行以来，该厂做了大量的试验来探寻分析各个影响因素与溢流、底流灰分之间的关系。

3.1 顶水压力对溢流灰分的影响

在相同的FBS密度设定值条件下，通过调节阀门选取不同的压力值，同时采取溢流、底流和入料，测定其灰分和粒度情况，选取灰分和粒度相似的数据，得出不同压力值下溢流和底流灰分之间的关系。

从表1可以看出，在相同的FBS密度设定值、相近的入料灰分和粒度条件下，当顶水压力越大，溢流和底流的灰分值就越大，根据灰分平衡原则，溢流的占比就越高。精煤泥为溢流经过脱水后的产物，由于脱掉了小于0.2 mm左右的高灰细粒，所以其灰分略低于溢流灰分，同样也随溢流灰分的增大而增大。

表1 压力值与溢流底流灰分之间的关系

3.2 FBS密度设定值对溢流灰分的影响

在相同的顶水压力下，通过设定不同的密度值，同时采取溢流、底流和入料，测定其灰分和粒度情况，选取灰分和粒度相似的数据，得出不同密度设定值下溢流和底流灰分之间的关系(见表2)。

表2 密度设定值与溢流底流灰分之间的关系

从表2可以看出，在相近的顶水压力、相似的入料灰分和粒度条件下，FBS密度设定值越大，溢流和底流的灰分值就越大，根据灰分平衡原则，溢流的占比就越高。由于试验误差和床层的不稳定性，这个规律只是表现出灰分变化趋势，在日常操作时，可利用这一规律来根据化验结果调节密度值，以确保精煤泥灰分在合理范围内。

3.3 入料灰分和粒度对溢流灰分的影响

在相同的顶水压力和密度设定值下，入料灰分会影响溢流和底流的灰分，入料灰分低时，一般来说溢流和底流的灰分都会降低，入料灰分高时，溢流和底流的灰分也会增高。当入料灰分变化较大时，需及时调节顶水压力和密度设定值。入料的粒度也会影响溢流和底流灰分。分别选取入料中小于0.2 mm和大于1 mm不同占比的数据(此时密度设定值、顶水压力、入料灰分相近)，来分析说明入料粒度对溢流和底流的影响，见表3、表4。

在相同的顶水压力、密度设定值、相近的入料灰分条件下，表3数据显示，入料中大于1 mm粒级占比接近，小于0.2 mm粒级占比越高，溢流的灰分越高，而底流的灰分变化不大，此时说明水力分级旋流器的分选效果不好，底流存在夹细问题，一部分高灰细粒在上升流的作用下进入到溢流中，由于高频弧形筛的脱泥效果并不理想，所以最终的精煤泥灰分也会变高；表4数据显示，入料中小于0.2 mm粒级占比接近，大于1 mm粒级占比越高，底流灰分越低，而溢流灰分变化不大，此时说明精煤脱介筛筛板筛缝出现超限或漏粗，导致粗颗粒增加，其本身灰分虽然不高，但由于粗颗粒自重较大，其无法在上升流的作用下穿透床层进入到溢流，而是在自重的作用下进入到底流，底流整体灰分越低，造成精煤损失，因此，确保入料的粒度在合理范围内非常重要。

表3 入料粒度与溢流底流灰分之间的关系1

表4 入料粒度与溢流底流灰分之间的关系2

4 FBS流化床分选机的操作维护

除了以上影响因素外，FBS流化床分选机的操作和维护也会影响分选效果，不正确的操作和维护对FBS的产品灰分影响很大。在日常操作时，新河选煤厂技检人员将FBS运行三年来的技术检查数据进行汇总，根据影响因素建立数据库。数据库包括密度设定值、顶水压力、入料灰分、入料粒度、溢流灰分、底流灰分、精煤泥灰分等数据，数据库建好后可根据化验数据选取合适的密度设定值与顶水压力，尽量将精煤泥灰分控制在合理范围内。

4.1 设备的试车

长时间停车再次开车后必须进行试车，试车前要确保所有连接点都已紧固，清除管道、筒体中的各种残留物，以免开机后有泄露及堵塞发生。首先用清水试车，检查各连接点是否有漏水或堵塞现象，当上升水流进入FBS流化床分选机时，观察上升水流量及压力，当上升水升满整个桶体，开始有溢流时，标定清水密度1.0 g/cm3，设备经清水试车证实运行良好时，可开始带料运行，通过调节设定密度值及上升水量，对分选指标进行调节。

4.2 FBS的参数调节

接通电源后，根据粗煤泥产品灰分的要求，通过自动控制系统的触摸屏设定分选密度，通过控制上升流管路蝶阀调节上升水量，注意观察压力表数值。控制系统分为自动控制和手动控制，自动控制系统的触摸屏上有一处时针式的按钮，打到“on”处，是自动控制，打到“off”处，是手动控制，正常生产时将控制系统设为自动控制。设置好以后开启入料阀门。

4.3 FBS的技术检查

在生产过程中，及时做FBS的日常技术检查，内容包括精煤泥灰分和入料灰分，根据灰分值调节密度设定值和顶水压力，一般每班调整2～3次。除了日常技术检查外，还需要做专项检查，包括入料的浓度、粒度分析、溢流底流灰分等，确保FBS入料浓度、粒度在合理范围内。

4.4 FBS流化床分选机的日常维护

(1)每隔3 d清理1次FBS流化床分选机的底流阀和流体弥散板上的上升水孔，注意观察耐磨塞的磨损情况，对磨损超限的要及时进行更换。同时注意底流阀与阀座的间隙是否正常。

(2)每隔1周打开事故阀和观察孔，冲洗流体弥散板下方的压力水箱，防止压力箱内杂物影响上升流。

(3)清理底流阀和上升水孔的同时，注意观察底流阀的连接螺杆和执行机构的连接螺杆螺栓是否松动。螺栓松动会导致底流阀的开度与控制柜上的显示不符，严重时底流阀直接掉落，影响分选效果。

(4)FBS正常运行时，生产巡视工需要经常观察床层的稳定性，方法则是将1根竹棍深入到分选机中心，看是否能感受到一定的浮力；同时注意观察桶壁的物料积聚情况，如果积聚过多说明入料浓度过高，可通过补水调整。

(5)如果时长时间停车(超过8 h)，需放空FBS机体内部的煤泥水，防止细粒煤泥堵塞上升水孔。

(6)经常检查入料井的耐磨内衬磨损情况，并及时修理或更换。

(7)冬季长时间停机再次启动前，需要检查底流阀有无冻住现象，检查时，可手动控制分选机执行器上下运动，若上下运动灵活，说明底流阀未冻住，若上下运动困难，说明底流阀与阀座冻住，可用热水倒入槽体内底流阀所在位置以融化被冻住的底流阀[3]。

(8)经常检查精煤脱介筛筛板的筛缝大小，及时更换磨损超限和漏粗的筛板，防止进入FBS的入料超限。精煤泥分级旋流器的分级效果也作为检查重点，防止底流夹细。

5 结 语

通过分析FBS2100流化床分选机的影响因素，再结合对入料、底流、溢流的技术检查，可总结出溢流灰分的变化规律，正常生产时可根据变化规律及时调节FBS密度设定值和顶水压力。总结了新河选煤厂在FBS流化床分选机的日常操作和维护中的一些做法和经验，确保了FBS流化床分选机运行工况良好，通过对分选机的技术检查，确定其具有较好的分选效果。目前可以将精煤泥的灰分控制在7.00%～9.00%，尾煤灰分高于30.00%，有效避免了主精煤背灰和总精煤灰分超标的问题，提高了精煤产率，经济效益显著。