水力分级旋流器在葫芦素选煤厂的改造实践.pdf

水力分级旋流器在葫芦素选煤厂的改造实践丁建伟(中天合创能源有限责任公司,内蒙古 鄂尔多斯 017000)摘 要:分析了葫芦素选煤厂水力分级旋流器入料及产品粒度组成,在高浓度入料的情况下,入料中的高灰细泥形成了次生介质,在分级旋流器中出现了较强的分选现象,影响了分级效率。通过在水力分级旋流器入料煤泥水桶上增加液位补水自动控制系统,降低旋流器入料浓度,可减弱旋流器内部分选作用,提高分级效率。同时将煤泥水桶的自动液位系统与旋流器入料压力匹配,有效提高了水力分级旋流器的分级效率。关键词:选煤厂;水力分级旋流器;分选现象;分级效率中图分类号:TD941.5 文献标识码:A 文章编号:1005-8397(2023)06-0029-05Practice of the hydrocyclone for hydraulic classification in Hulusu Coal Preparation PlantDING Jian-wei(Zhongtian Hechuang Energy Co.,Ltd.,Ordos,Inner Mongolia 017000,China)Abstract:In this article,the feed and particle size composition of hydrocyclone in hulusu coal preparation plant were analyzed.that was shown that under the condition of high concentration feed,the high ash and fine slime in feed formed secondary medium,there was the strong separation phenomenon in the hydrocyclone for hydraulic classification.Through the reform and practice of adding the level-make-up water automatic control system on the feed coal bucket of the hydrocyclone,the results showed that the partial separation effect in the hydrocyclone could be weakened by reducing the feed concentration of the hydrocyclone,improved the classification efficiency of the hydrocyclone for hydraulic classification.At the same time,the level-make-up water automatic control system was matched with the feed pressure of the hydrocyclone,which effectively improved the classification efficiency of the hydrocyclone.Keywords:coal preparation plant;hydrocyclone for hydraulic classification;separation phenomenon;classification efficiency收稿日期:2023-04-26 DOI:10.16200/ki.11-2627/td.2023.06.008作者简介:丁建伟(1980),男,山西朔州人,2003 年毕业于中国矿业大学(北京)矿物加工工程专业,工程硕士,中天合创能源有限责任公司煤炭分公司煤炭洗选中心主任,高级工程师。引用格式:丁建伟.水力分级旋流器在葫芦素选煤厂的改造实践 J.煤炭加工与综合利用,2023(6):29-32,36.1 选煤厂概述水力分级旋流器是利用离心力原理将悬浮液中两种或多种固体颗粒进行分离的一种设备1,具有结构简单、无运动部件、检修维护少等优点,在选煤厂中得到了广泛应用 2。葫芦素选煤厂是中天合创煤制烯烃项目配套的矿井型动力煤选煤厂,洗选工艺为块煤重介分选、粗煤泥干扰床分选、煤泥浮选联合生产工艺,为提高精煤产率,选煤厂对于不同粒级煤的分选生产工艺加强管控,水力分级旋流器是煤泥分级入洗的关键设备。葫芦素选煤厂选用海王 FX1000-GT 水力分级旋流器,处理能力 1 050 m3/h,分级粒度为0.25 mm,入料压力范围在 0.10 0.15 kg/cm3。葫芦素选煤厂在煤泥水处理工艺流程中,原煤脱泥筛筛下粒度 0.50.25 mm 煤泥水通过水力分级旋流器分级处理,旋流器分级后 0.25 mm 以上粒级进入底流,通过粗煤泥干扰床分选系统分选出精煤和矸石,0.25 mm 以下粒级进入溢流,通过煤泥浮选环节,产出浮选精煤和浮选尾煤,或直接去煤泥浓缩机浓缩沉降,最终形成压滤煤92煤炭加工与综合利用No.6,2023 COAL PROCESSING&COMPREHENSIVE UTILIZATION 泥,掺配进入精煤或混煤产品。目前水力分级旋流器存在的主要问题为分级效率低、分级旋流器溢流跑粗,底流灰分高,低灰粗精煤进入煤泥,造成精煤损失及高灰底流影响精煤产品指标。因此,需对水力分级旋流器进行改造。2 研究现状郭雅利等3以临涣、大屯和唐山矿 3 厂数据为基础,提出水力分级旋流器存在一定分选作用,使底流灰分升高,其根本原因为在窄级别粒群中,颗粒本身的密度对离心力的影响是显著的。董连平等4通过对 20锥角和 130锥角两种旋流器的入料及产品分析,提出旋流器的锥角角度对分级/分选有显著影响。在 20锥角旋流器中,分级作用为主,在 130锥角旋流器中,分选作用为主。丁光耀等5通过对大屯选煤厂和唐山矿选煤厂的分级旋流器相关数据进行研究,发现其存在分选现象,溢流灰分低、底流灰分高,认为该种现象对分级效率产生了不利的影响,降低了分级旋流器的分级效率。吴华衡6通过对旋流器结果及分级机理的分析,得出水力分级旋流器的分级效果受操作参数影响较大,需要合适的进出口流量、入料浓度和入料压力。分级效率与入料浓度成反比,入料压力与分级效率成正比。综上所述,入料流量、入料压力及入料浓度是可改善水力分级旋流器分级效率的操作参数,但其中存在的分选作用会恶化分级效果,而上述研究中均未指出遏制水力分级旋流器分选作用的方法。3 遏制分选效果的方法水力分级旋流器入料及产品的粒度组成见表 1表 3。表 1 水力分级旋流器入料粒度组成(浓度 215.14 g/L)粒级/mm产率/%灰分/%累积产率/%累积灰分/%+0.512.1112.8912.1112.890.50.2516.3613.7728.4713.400.250.12515.1917.0443.6614.660.1250.07516.5621.4260.2216.520.0750.0458.7727.1068.9917.87-0.04531.0131.36100.0022.05合计100.0022.05表 2 水力分级旋流器溢流粒度组成(浓度 127.3 g/L)粒级/mm产率/%灰分/%累积产率/%累积灰分/%+0.50.473.060.473.060.50.252.563.363.033.310.250.1257.564.8310.594.400.1250.07520.136.8430.726.000.0750.04515.3011.8046.027.93-0.04553.9815.30100.0011.91合计100.0011.91表 3 水力分级旋流器底流粒度组成(浓度 618.3 g/L)粒级/mm产率/%灰分/%累积产率/%累积灰分/%+0.524.0618.6724.0618.670.50.2524.7419.8548.8019.270.250.12514.7521.4363.5519.770.1250.07516.3546.4279.9025.220.0750.0456.7857.6686.6827.76-0.04513.3260.18100.0032.08合计100.0032.08均方差 =2.09,小于 3.0,可以认为实验数据真实有效。由表 1表 3 可以看出,水力分级旋流器溢流灰分低于入料灰分,底流灰分高于入料灰分,出现了明显的分选效果。从各粒级灰分来看,所有粒级均出现了不同程度的分选效果。根据表 1 表 3 绘制的粒度特性曲线及分配曲线如图 1图 2。图 1 改造前水力分级旋流器各产品粒度特性曲线由图 1 及图 2 读数可得,S50=0.09,S75=0.19,S25=0.03,通过粒度 S95=0.17。进一步计算可得粗粒物正配率 Ec=81.37%,细粒物正配率 Ef=67.95%,分 配 粒 度 的 分 级 效 率 =49.32%。可以看出,目前的分级效率是一个很低的数值,粗粒物正配率及细粒物正配率均偏低,以 规 定 粒 度 0.25 mm 计 算 分 级 效 率 为03 煤炭加工与综合利用2023 年第 6 期图 2 改造前分配曲线53.79%,依然不是较优数值。由于水力分级旋流器溢流中粗粒物灰分极低,而底流中细粒物灰分极高,因此,可以认为由于分选作用的存在,导致本应进入底流的低灰粗粒物进入了溢流,而本应进入溢流的高灰细粒物进入了底流。因此,需要找到抑制该现象发生的方法,减少分选作用对分级效果的影响。由于葫芦素选煤厂水力分级旋流器的入料来源为 0.5 mm 脱泥筛筛下产品,本身粒级范围极窄。根据干扰沉降理论,沉降末速与颗粒密度和粒度均成正相关关系,因此,当粒级范围收窄后,入料中各密度级含量越均匀,密度造成的影响会越大。该矿原煤的特点为中等密度级含量极少,主导密度级为-1.4 kg/L 密度级和+1.8 kg/L密度级,有利于减少因沉降末速造成的分选效果影响,应进一步分析是否存在其他影响因素。考虑到细粒的矸石颗粒真密度在 2.0 kg/m3以上,且当地矸石质地偏软,容易形成大量-0.045 mm 粒级的颗粒,由入料小筛分也可以看出这一点,入料中-0.045 mm 粒级占到 31.01%,灰分为各粒级最高。矸石颗粒表面亲水,容易在水中形成较为稳定的悬浮体,这样矸石颗粒和水混合的悬浮液就形成了水力分级旋流器中的次生介质,在水力分级旋流器分级时,将产生如重介旋流器一般的分选效果。解决这一问题的方案如下:(1)在水力分级旋流器前增加煤泥沉降设备,将-0.045 mm 颗粒先排出去,底流稀释后再入旋流器。本方案可有效消除次生介质的影响,但沉降设备需要占用的空间极大,改造成本高,不宜采用。(2)尽量降低入料浓度,降低细粒矸石悬浮介质的整体密度,消除次生介质的分选效果。4 验证试验葫芦素选煤厂通过分选研究,确定采用降低入料浓度,减少水力分级旋流器中极细粒级矸石次生介质的密度,以降低水力分级旋流器中分选效果,进一步提高其分级效果。改造方案为:在水力分级旋流器入料煤泥水桶上加装补水管路和液位、水量自动控制系统。改造后进行了一次验证试验,具体效果如表 4表 6。表 4 水力分级旋流器入料粒度组成(浓度 130.2 g/L)粒级/mm产率/%灰分/%累积产率/%累积灰分/%+0.514.0013.7614.0013.760.50.2517.9213.4831.9213.600.250.12514.8016.1246.7214.400.1250.07514.4722.1461.1916.230.0750.0458.5025.2869.7017.33-0.04530.3033.28100.0022.17合计100.0022.17表 5 水力分级旋流器溢流粒度组成(浓度 108.5 g/L)粒级/mm产率/%灰分/%累积产率/%累积灰分/%+0.50.022.980.023.060.50.251.773.121.803.310.250.12511.505.2613.294.400.1250.07518.797.7832.086.000.0750.04511.5012.7043.587.93-0.04556.4229.90100.0011.91合计100.0020.45均方差 =1.90,小于 3.0,可以认为实验数据真实有效。由表 4表 6 可以看出,水力分级旋流器的溢流灰分依然低于入料灰分,底流灰分也依然高于入料灰分,但差距已经非常接近,可以说几乎消除了分选效果。根据表 4 表 6 绘制的粒度特性曲线及分配曲线,如图 3图 4 所示。表 6 水力分级旋流器底流粒度组成(浓度 583.8 g/L)粒级/mm产率/%灰分/%累积产率/%累积灰分/%+0.535.4817.2035.4817.200.50.2531.6215.4267.1016.360.250.12516.1122.2483.2017.500.1250.0758.6546.7291.8520.250.0750.0452.8148.0694.6621.08-0.0455.3450.18100.0022.63合计100.0022.63132023 年第 6 期丁建伟:水力分级旋流器在葫芦素选煤厂的改造实践图 3 改造后水力分级旋流器各产品粒度特性曲线图 4 改造后分配曲线 由图 3 及图 4 读数可得,S50=0.16,S75=0.25,S25=0.08,通过粒度 S95=0.18。进一步计算可得粗粒物正配率 Ec=90.38%,细粒物正配率 Ef=82.82%,分 配 粒 度 的 分 级 效 率 =73.21%。以规定粒度 0.25 mm 计算分级效率为0.25=73.35%。可以看出,本次改造取得了明显效果,粗、细粒物正配率均得到了提升,分级效率提升十分明显,溢流与底流粒度组成也更符合生产需要。5 操作参数优化水力分级旋流器在日常生产中,主要可调参数为入料压力。而无论通过阀门或变频泵控制压力,入料流量都将随入料压力共同变化。入料压力是影响旋流器处理能力的重要参数,对分级效率和分级粒度都有一定的影响7,因此本次研究仅从入料压力入手来找出适合葫芦素选煤厂最合适的入料压力。水力分级旋流器入料压力的改变会导致其流量变化,进而导致上游煤泥水桶的液位大幅度改变。原先改造所设置的煤泥水桶液位-补水自动控制系统,采用了与重介密度控制系统相同的压力,即设定好液位上下限后,由 PLC 控制自动补水阀门调节补水量,使液位始终处于设定液位限以内。因此,当压力大幅度波动时,补水量也会大幅度波动,进而影响入料浓度,使之前的改造失效。故 将 入 料 压 力 探 索 范 围 设 定 在 0.9 1.3 kg/cm3以内,采用 0.9 kg/cm3、1.1 kg/cm3、1.3 kg/cm3三个压力级进行测试,结果如表 7 和表 8。表 7 入料小筛分粒级/mm产率/%灰分/%累积产率/%累积灰分/%+0.514.4711.5614.4711.560.50.2516.5212.8730.9812.260.250.12512.7418.3543.7214.030.1250.07514.2120.1457.9315.530.0750.04510.1526.2868.0817.13-0.04531.9234.36100.0022.63合计100.0022.63表 8 压力与分级效率、浓度的关系压力/(kgcm-3)分级效率/%底流灰分/%底流浓度/(gL-1)0.969.4623.36512.431.174.1223.21592.351.368.3524.35660.12由表 7 和表 8 可以看出,在水力分级旋流器入料粒度组成无大幅度变化的情况下,其工作压力在 1.1 kg/cm3是效果最好的情况。在其工作压力达到 1.3 kg/cm3后,由于分级旋流器浓缩作用过强,底流口出料反而无法形成伞状,其流动性较差,在试验进行约 1 h 后直接出现底流口堵死的情况。分析工作压力为 1.3 kg/cm3时,水力分级旋流器分级效率下降的原因应为在底流堵塞的情况下,无法很好地在旋流器内部形成中空空气柱,导致内部出现旋流紊乱情况,进而影响了水力分级旋流器的分级效率。因此,对于葫芦素选煤厂水力分级旋流器而言,工作压力1.1 kg/cm3是最适宜的分级压力,后续也对水力分级旋流器入料煤泥桶的自动液位系统进行了调整,使其匹配该压力下的补水流量,已满足水力分级旋流器分级作用。6 结 论葫芦素选煤厂水力分级旋流器的生产实践表(下转第 36 页)23 煤炭加工与综合利用2023 年第 6 期喷淋水,介质不易被脱除9;压滤机滤布破损时,粗粒煤泥可能进入循环水,用作喷淋水时会堵塞喷嘴,影响喷水压力和水量,从而影响介质回收;脱介筛筛缝磨损易造成粗粒进入稀介系统,筛缝若被杂物或颗粒堵塞则降低筛分面积10,都会影响脱介效果。实际生产时,厂内建立严格的工作制度,强化岗位责任制,加强员工培训,加强设备巡检,及时更换破损的筛篮、筛板、滤网,改善药剂制度,强化煤泥水管理,提高循环水质量,这些都有利于降低介质消耗。3 改造后的经济效益宋新庄选煤厂通过查找介质高消耗的原因,并针对性地进行一些技术改造,同时加强日常管理,块煤重介系统运行稳定,重介质消耗从原先的 1.58 kg/t 下降到 0.50 kg/t,按照年块煤入洗量 50 万 t,重介质价格 800 元/t 计算,年节约重介质成本可达 43.2 万元。4 结 语宋新庄选煤厂针对块煤系统介耗高的问题,加强内部管理,推进技术创新,通过采取增加加介漏斗、增设固定筛盲板、增加脱介筛板挡沿、增加喷水挡水帘、合理调整喷水流量和压力、改变矸石脱介筛喷水管位置、调整磁选机工况等措施,同时加强设备日常管理,降低了介质消耗,稳定了工艺系统,提高了企业的经济效益。参考文献1 谢广元.选矿学 M.徐州:中国矿业大学出版社,2012.2 欧泽深.重介选煤技术 M.徐州:中国矿业大学出版社,2006.3 GB 503592016,煤炭洗选工程设计规范 S.4 童培国,王学民,王江勇,等.赵楼煤矿选煤厂降低介耗的生产实践 J.选煤技术,2022(4):64-68.5 田滔.南梁选煤厂降低介耗的探索与实践 J.煤炭加工与综合利用,2022(12):19-23.6 许文波,王 敏,李 玲.提高磁选机介质回收率的方法 J.洁净煤技术,2014,20(1):113-115.7 苏 健,何创库,王芳侠,等.磁选机回收率对选煤厂介耗的影响 J.洁净煤技术,2018(11):142-145.8 王 鹏.钱营孜煤矿选煤厂降低介耗的改造实践 J.煤炭加工与综合利用,2022(7):62-64.9 郭翠荣.选煤厂降低介耗的实用途径 J.中国煤炭,2019,45(4):96-98,104.10 巩 固.长平选煤厂降低介耗的生产实践 J.选煤技术,2022(6):70-74.(上接第 32 页)明,在高浓度入料的情况下,入料中的高灰细泥可形成次生介质,在内部出现分选现象,导致旋流器分级效率变差。通过增加液位-补水自动控制系统,将浓度降低至 150 g/L 以下,分级效率由 49.32%提升至 73.21%。在分选作用的影响消除后,不同入料压力下分级效率的测试表明,入料压力并非越高越好,在过高的压力下底流浓缩作用过强,反而会因流动性变差形成堵塞,进而影响分级效率。因此,在找到合适的入料压力后,将分级旋流器上游煤泥水桶的自动液位系统与其进行匹配,可以解决水力分级旋流器分级效率低的问题。参考文献1 崔学奇,郭中华,公绪文,等.选煤厂煤泥水分级旋流器浮选副作用的探讨 J.煤炭工程,2016,48(11):73-75.2 张 磊,师亚文,康学刚.选煤厂水力分级旋流器运行效果 J.洁净煤技术,2021,27(12):110-113.3 郭雅利,苏壮飞,庾朝富,等.分级旋流器的分选现象J.煤炭加工与综合利用,2017(5):21-24.4 董连平,高建川,杨红丽,等.分级旋流器分选作用于分选旋流器分级作用的试验研究 J.煤炭学报,2014,39(5):954-960.5 丁光耀,张世龙,徐国鹏,等.0.2 mm 细筛缝精煤泥弧形筛与分级旋流器的工艺效果对比 J.煤炭加工与综合利用,2018(1):16-21.6 吴华衡.水力分级旋流器分级效果的影响因素研究 J.机械管理开发,2019,34(1):86-88.7 中国煤炭加工利用协会组织编写.选煤实用技术手册(上卷)M.徐州:中国矿业大学出版社,2008.63 煤炭加工与综合利用2023 年第 6 期