浅析我国粗煤泥分选工艺现状.doc

浅析我国粗煤泥分选工艺现状 选煤作为洁净煤技术的源头和基础，近年来正处于快速发展时期，随着采煤机械化程度的提高，选煤厂人选原煤中粉煤的含量越来越高，入选原煤中的细粒煤进一步增加。对于目前我国选煤的工艺来讲，主要有重选和浮选，重介质旋流器的分选粒度范围是50一0．5mm，但是生产实践表明，重介旋流器直径超过750mm时，对于3mm粒级30．5mm物料的分选精度较差；浮选机的分选粒度范围是0．5mm，但在生产中仅仅能对0．3mm的粗煤泥在浮选过程中极易因气泡的携载能力不足而损失在尾矿中。由此可知，虽然随着选煤技术的不断发展，选煤设备也在不断创新，产生了一大批新技术、新装备，如大直径重介旋流器和浮选柱技术，然而这些新型技术与设备主要是针对粗、细煤炭颗粒的分选，在重选和浮选之间存在一个有效分选粒度的缺口，即重选随着粒度的减小，分选效率下降，而浮选则随着粒度的增大，分选效率逐步降低。因此，实现粗煤泥的有效分进，是目前选煤行业亟待解决的问题之一。 1.粗煤泥分选现状 粗煤泥是指粒度介于32一0．25mm之间的细粒级煤。为了很好地分选这个粒级的粗煤泥，国内外都做了大量研究，取得了一定成果，主要分选设备有煤泥重介漩流器、水介质旋流器、螺旋分选机、干扰床分选机TBS和逆流分选机（RC）等。实践证明，增设粗煤泥回收系统，可有效回收1（1.5）～0．25mm级粗煤泥，提高精煤产率，减少后续作业的负荷，大大改善浮选效果，降低煤泥水系统负担，对粗煤泥高效分选，从而使其达到总精煤灰分的要求，提高全厂精煤产率，降低生产成本。 不同的选煤厂选取的粗煤泥回收工艺有所不同，典型的粗煤泥回收方法有 1利用小直径重介旋流器简称煤泥重介精选粗煤泥。 2螺旋分选机分选粗煤泥。 3利用TBS干扰床分选机精选粗煤泥。 4RC上升水流分选机精选粗煤泥。 5煤泥水进入分级旋流器，分级旋流器底流进入弧形筛，弧形筛筛上物再进煤泥离心机，从而回收粗煤泥。 6经过浓缩后沉降过滤离心机回收粗煤泥。 7高频筛回收粗煤泥。 2.主要粗煤泥分选设备和工艺的介绍 2.1 煤泥重介旋流器 煤泥重介分选工艺是将大直径重介质旋流器中产品合介悬浮液分流出的一部分煤泥，采用泵压力输送给入煤泥重介旋流器进行分选。常用于分选0．75～0．075 mm的细粒级煤泥，分选设备为煤泥重介质旋流器。 2.1.1 工作原理 煤泥重介旋流器是利用离心力场进行分选的设备。煤泥重介旋流器的工作原理图1为工作时，固、液悬浮液以一定的压力从进料口切线给入旋流器，悬浮液强烈旋转，沿着器壁向下做螺旋运动，形成向下的外旋流；外旋流在向下的运动过程中，由于锥段渐渐收缩，流动阻力增大，到达底流口附近后，迫使外旋流中除部分流体从底流口流出外，大部分流体转而向上运动，在内部形成向上的回流，即内旋流，并从溢流口排出；在旋流器内的旋转流场中，悬浮液中密度大的颗粒在离心力的作用下移向器壁附近，从中心至器壁颗粒分布密度逐渐增高，形成不同密度的颗粒层带；最终，高密度颗粒随外旋流从底流口排出，密度小的颗粒位于高密度颗粒层的里面，随内旋流从溢流口排出，从而使悬浮液中的不同密度组分得到分选。 在煤泥重介旋流器中，颗粒在离心力场中的径向沉降速度向器壁的运动速度 1 式中Vc，为颗粒在离心力场中的径向沉降速度；w为颗粒旋转角速度；r为颗粒旋转半径。通过控制入料压力，可以控制颗粒所受的离心力，提高颗粒沉降速度，使细颗粒及时沉降，从而在很短的时间内使不同密度的颗粒在径向上分层。较高的离心因数，可使煤粒受到远大于其在重力场中受到的分选力，从而实现颗粒的有效分选。 2.1.2 应用情况 煤泥重介旋流器的分选精度高，运行费用比常规浮选低，分选密度宽。对入选原煤质量波动的适应性较强，且其本身无运动部件。缺点是分选效果易受加重质的粒度和分选密度控制等因素的影响。 近年来，我国对煤泥重介旋流器分选粗煤泥工艺进行了应用研究。但是，由于加重质的粒度和分选密度控制等因素的影响，因此，应用状况不甚理想。当加重质粒度较细，被分选煤泥粒度较粗一般为加重质粒度的10倍以上时，在一定的固体浓度范围之内，重悬浮液被看作是真重液，为使悬浮液保持均匀和稳定所施加的机械扰动或定向流对在其中被分选的煤粒影响不大；当煤的粒度逐渐接近加重质的粒度时，干扰沉降的规律开始起作用。因此，随着人选煤粒度的减小，分选精度明显下降。为了使有效分选粒度更细，一是要使用更细的加重质。二是要减小旋流器直径，并加大人料的压力，以提高离心力。但是。使用微细粒加重质不仅会增加介质费用，同时也会增加介质回收难度，增加介耗。例如南桐选煤厂用qbl50mm重介旋流器处理0．5mm粒级煤泥，所使用加重质粒度40p,m约占95％，分选精度E0．060．075，吨原煤平均介耗为1．8kg。据国外生产经验，煤泥重介旋流器的有效分选粒度范围为10．1 mm。为保证较好的分选效果，应尽可能做到①预先脱除0．1mm级煤泥；②加重质粒度组成中401止m的要在90％以上，10p．m的要在50％以上；③循环介质要退磁。采用煤泥重介旋流器工艺处理粗煤泥，分选精度高，分选密度范围宽，但是，小直径旋流器分选所需的细介质来源于大直径旋流器的溢流，由于两个悬浮液系统相互影响。因而对实现全厂介质系统平衡及自动控制难度较大。此外，分选后的细粒煤与悬浮液一同进磁选机，导致磁选物料浓度高、粒度大，还会降低磁选机的介质回收率，介耗相对较高。 煤泥重介旋流器分选精度高且分选下限低，是分选粗煤泥的理想设备，能较好地解决我国目前传统分选工艺和设备的不足。为简化工艺，可利用大直径重介旋流器对加重质的分级、浓缩作用，将精煤脱介筛或弧形筛筛下合格介质分流一部分进入煤泥重介旋流器分选。但不足之处在于，大直径旋流器的运行状况直接影响煤泥重介旋流器的分选精度，使生产调节困难，密度波动大，分选效果差。目前的状况是，许多选煤厂即使安装了煤泥重介旋流器，大都也没有投入工业生产。在某些选煤厂由于介耗过高甚至出现了煤泥重介不加介质的情况。 2.2 水介旋流器处理粗煤泥 水介质旋流器是在以水为介质的离心力场中进行分选的设备，分选细粒煤工艺简单，生产成本低，布置方便。在上世纪80年代，煤炭科学研究总院唐山分院做了水介质旋流器分选粗煤泥的研究，尝试采用直径500mm水介质旋流器分选1mm细末煤，并取得了成功，得到了一定的推广。如在株洲选煤厂代替煤泥跳汰机处理角锥沉淀池底流，当入料原煤灰分为16．20％时，精煤灰分为11．03％，底流灰分为57．60％，数量效率可达90％以上。太原理工大学利用直径150mm、直径350mm水介质旋流器分选4mm细末煤的尝试也取得了成功，降灰幅度可达50％。精煤产率在55％左右。水介质旋流器应用范围很宽，既可以作为主选设备分选50mm级原煤，也可以作为分选细粒末煤的设备，还可以代替“九五”工艺中粗煤泥回收旋流器组，直接采用水介旋流器分选粗煤泥，可起到很好的降灰效果。 水介旋流器单台处理量大，但分选精度差，分选下限高，因而只适用于易选煤和中等可选性煤的分选，在工业应用很少。 2.3 螺旋分选机分选粗煤泥 螺旋分选机是选矿和选粉煤、粗煤泥的设备之一，是一种依靠液流特性，在重力和离心力的作用下实现不同密度矿物分离的分选设备。自上世纪90年代初螺旋分选机开始应用于选煤业，用于分选3～0．15mm级粗煤泥。在美国和澳大利亚等产煤国，螺旋分选机已得到普遍应用。近几年，螺旋分选机在我国大同煤业集团和神华集团等国内选煤厂得到成功应用，但也只是得到有限的推广。 1螺旋分选机的工作原理 螺旋分选机主要由矿浆分配器、中心柱、螺旋溜槽和产品截取器等组成。工作时，入料自螺旋分选机上端给入，沿螺旋槽向下作回转运动；料流在螺旋槽内运动的过程中，沿槽的内侧至外侧，水层的厚度逐渐增大，矸石等重矿物颗粒逐渐移入下层，煤等轻矿物浮于料流上层，形成了以重产物为主的下部流动层和以轻产物为主的上部流动层；颗粒群实现分层后，位于下层的重产物，与槽体接触，又受到上层液流的压力，运动阻力加大，与轻产物形成一个速度差，在重力、流体动压力、摩擦力和惯性离心力的作用下。沿收敛的螺旋线逐渐移向内缘，而浮于上层的轻矿物则沿扩展螺旋线逐渐移向中间偏外区域，中间密度物料则占居槽的中间带，即轻、重矿物沿横向展开。在横断面上实现了基本按密度分选；设置在排料端部的截取器将矿物带沿横向分割成精、中、尾煤三个部分图1，并使其通过各自的排料管排出。从而完成分选过程。 螺旋分选机具有以下特点有效分选密度在1．60kg／L以上，低于该值，会影响分选效果；无运动部件，维修工作量小；单台占地面积小，可用双头甚至三头螺旋来提高单台设备的处理能力，但对于大型选煤厂处理矿浆量大时，则需要多台，占地面积较大；入料不需要压力，操作简便；加工费低，节能。缺点是由于分选路径较长，所以螺旋分选机较高，机身高度大；对于煤质发生变化时，工艺参数不易调节；分选密度较低时，分选效果较差。难选煤和精煤灰分要求比较低时，螺旋分选机往往不能满足要求。 2.4 干扰床分选机 干扰床分选机TBS是由古老的“水力分级机”原理发展而来的，第一台干扰床分选机1934年诞生于英国。20世纪60年代，干扰床分选机开始用于从矸石山和尾矿池回收煤，自20世纪80年代起英国应用其处理毛煤。 2.4.1 TBS分选原理 矿浆切向给人设备的人料井，按预定的压力和流速由泵将水打入压力箱中，通过紊流板均匀分布到干扰床分选机底部形成上升水流，下降的物料与上升水流相遇形成干扰床层或称沸腾床层，当达到稳定状态后，人料中密度低于干扰床层平均密度颗粒会浮起并进入浮物产品流。随着新物料的给人，浮物产品流通过溢流堰到溢流槽成为轻产品；凡密度高于干扰床层平均密度的颗粒则透过干扰床层进人沉物流，并通过底部的排料口排出，排料阀门由干扰床层内的密度传感器发出的信号控制。为了使分选机能有效工作，必须使槽体中干扰床层悬浮液的平均相对密度保持稳定。为此，在设备中配置了一个单回路反馈控制器，干扰床层的实际密度由电容式压差传感器测定，单回路PID控制器收到来自传感器探头4～20mA的电流信号，电流信号的大小与探头上方的干扰床层悬浮液的实际密度成正比。当实际密度高于设定值时，执行器打开底流排放阀，排出干扰床层多余的物料，反之，控制系统将阻止干扰床层物料的排放。 干扰床分选机的特点是分选密度可控、可调，有效分选密度范围宽1．401．80kg／L，自动化水平较高。干扰床分选机不需设复杂的人料分配系统，且设备本身结构简单，维护工作量小。 2.4.2 TBS的结构 TBS主要由给料系统、排料系统、密度控制回路和分选机床体4部分组成。 1给料箱。通过给料箱的物料沿切线方向给入, 可使固体物料到达干扰床中部, 有利于物料的分选。 2排料系统。排料系统有一套由梭形阀门和阀座组成的梭形阀门组件, 系统通过执行器与球形阀门推杆及梭形阀之间相互连接配合作用实现底流物料的排放。 3紊流板。为了获得较为稳定和均匀的上升水流, 在槽体内增设了紊流板。 4控制系统。为保证分选入料紊流床层的密度精确, 且持续稳定, TBS的控制系统设置了探测器、控制器和执行器。探测器运用压力传感器把紊流床层内的静水压转换成电信号, 并将电信号转出作为执行器的输入信号之一, 实现了对床层密度变化的检测。控制器用于比较床层的实际密度和理论密度, 利用两者信号的偏差, 发出信号送至执行器, 以控制阀门的开启与闭合, 进行适时适量排料, 以保证床层的稳定。执行器由一个气动推进阀和一个定位器组成, 接收控制器给入的电流信号, 以驱动相关部件完成相应的任务。 2.4.3 TBS的分选效果 目前。国内已经有多家选煤厂引进TBS干扰床分选机，并取得了很好的效果。例如河南神火集团的泉店选煤厂、梁北选煤厂；山西潞安集团五阳矿选煤厂在粗煤泥分选方面都应用了TBS，并取得了不错的分选效果，对粗颗粒窄粒级有明显的降灰作用。在配套工艺选择时增加TBS精矿脱泥设备, 可以得到符合工艺要求的粗精煤泥。 2.4.4 TBS的优势 1分选下限可达0．1mm，上限可达4mm，且分选密度可调。有效分选密度在1．4～1．99／m3之间。 2可改善重介旋流器和浮选的分选效果，二般情况下，使用干扰床分选机TBS可使全厂精煤产率提高45个百分点。 3干扰床分选机TBS对人料煤质变化的适应性强。 40．500．20ram粗粒级煤泥采用TBS分选，可避免大直径旋流器分选细颗粒煤泥效果羞的缺点，又可充分发挥浮选分选细煤泥的优势，从而最大限度地减少重介系统和浮选系统的人料量。同时，还提高了脱介设备的处理能力和脱介效果。 5干扰床分选机TBS可全自动控制，无需人员操作。 6工艺设计紧凑，占用空间小。 7设备本身无动力消耗，设备维护费用低，无需重介质和化学药剂，无需复杂的人料分配系统。 TBS干扰床在选煤工艺中体现了其独特的优势, 但是在一些地方还存在弊端。比如说它只适用于粒度级较窄的粗煤泥分选, 若入料粒度范围较宽, 粒度对分选的影响尤其突出, 低密度的粗颗粒容易跑到高密度的底流中去。另外, 单一的上升流无法形成比较稳定的干扰床层, 影响分选效果。干扰床分选机结构简单, 仅包含干扰床体、分布板、入料桶和密度控制回路等几部分固定件,这样就造成了可控制参数比较少, 只能从入料浓度、上升水流速度等因素考虑, 主要靠人工控制。 结束语 综合比较以上几粗煤泥分选设备的性能，TBS和粗煤泥重介旋流器是目前来说分选精度最高，比较理想、有前途的粗煤泥分选设备。尤其是煤泥重介旋流器相对于其他分选设备来说优势较为明显，因此今年来发展很快，较多选煤厂在处理粗煤泥时均采用煤泥重介旋流器进行分选，并取得了较好的分选效果。 以上介绍的几种粗煤泥分选工艺，各有其优缺点与适用性。因此，选煤设计应在详细分析和比选的基础上，并结合各厂的具体情况，选择适宜的、高效的设备和工艺，以取得最佳的处理效果。