汪春筍

(江蘇省第一工業(yè)設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，江蘇 徐州 221000)

重介質(zhì)選煤分選精度高，特別是低密度分選優(yōu)質(zhì)低灰精煤時(shí)，其優(yōu)越性更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)跳汰選煤。我國(guó)煤炭具有中間密度產(chǎn)物高，可選性偏難的特點(diǎn)，這一國(guó)情對(duì)分選精度提出了更高的要求[1-2]。自20世紀(jì)80年代，我國(guó)選煤科研工作者開(kāi)始致力于研究重介質(zhì)旋流器分選技術(shù)，在前蘇聯(lián)有壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選技術(shù)的基礎(chǔ)上，不斷進(jìn)行引進(jìn)、仿制、改進(jìn)工作，研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無(wú)壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器，走出了一條具有中國(guó)特色的選煤技術(shù)路線。煤炭行業(yè)的黃金十年為這項(xiàng)技術(shù)的推廣奠定了基礎(chǔ)，目前多數(shù)煉焦煤選煤廠都已采用原料煤不脫泥、不分級(jí)的分選工藝，該工藝核心是無(wú)壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器[3]。無(wú)壓給料與有壓給料相比，具有工藝較簡(jiǎn)單，依靠物料自重給入，無(wú)脫泥和混料過(guò)程的優(yōu)勢(shì)。隨著重介質(zhì)旋流器大型化的發(fā)展，原料煤處理量大幅增加，提升了原料煤選前潤(rùn)濕環(huán)節(jié)的重要性，因此，配套相應(yīng)的高效選前潤(rùn)濕方式十分重要，為了保障較高的分選精度，無(wú)壓給料工藝中引入原料煤選前潤(rùn)濕環(huán)節(jié)，為無(wú)壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器高精度分選提供了必不可少的保障作用。

1 原料煤選前潤(rùn)濕的重要性

原料煤選前潤(rùn)濕包括潤(rùn)濕混合和預(yù)先旋流兩部分。對(duì)于不脫泥、不分級(jí)入選的選煤廠而言，當(dāng)水分低、粉煤多的原料煤直接進(jìn)入旋流器時(shí)，易出現(xiàn)“結(jié)團(tuán)”現(xiàn)象，即因潤(rùn)濕張力作用使得密度不等的顆粒相互包裹在一起，不利于物料分離[4-5]。潤(rùn)濕混合作用有助于原料煤與潤(rùn)濕液充分接觸、混合分散，有效避免原料煤的“結(jié)團(tuán)”現(xiàn)象，特別是原料煤處理量大時(shí)，效果更為明顯。另一方面，增加選前預(yù)先旋流裝置，使得原料煤在進(jìn)入旋流器前，已經(jīng)具有足夠的離心切向力，為高效率分選創(chuàng)造條件。若原料煤選前潤(rùn)濕不充分，則易出現(xiàn)“結(jié)團(tuán)”現(xiàn)象，生產(chǎn)過(guò)程中也易出現(xiàn)精煤帶矸石，嚴(yán)重影響精煤質(zhì)量。

2 潤(rùn)濕液的選擇

為了實(shí)現(xiàn)不脫泥、不分級(jí)無(wú)壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的高效分選，高質(zhì)量的選前潤(rùn)濕是實(shí)現(xiàn)的前提和基礎(chǔ)。原料煤選前潤(rùn)濕有多種方式，需要結(jié)合工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)加以區(qū)別和選擇。因此，在選煤廠工程設(shè)計(jì)時(shí)選擇合適的選前潤(rùn)濕方式尤為重要，也是精煤產(chǎn)品質(zhì)量能否穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。

循環(huán)水是常見(jiàn)的一種潤(rùn)濕液，一般多見(jiàn)于20世紀(jì)建造的選煤廠，這是由時(shí)代的技術(shù)局限性造成的。無(wú)壓給料重介質(zhì)旋流器推廣及大型化初期，鮮有與之配套的合格介質(zhì)泵在保障重介質(zhì)旋流器入料壓力的前提下提供多余的合格懸浮液用于原料煤選前潤(rùn)濕，只能采用循環(huán)水來(lái)進(jìn)行原料煤的選前潤(rùn)濕，該方式雖然能夠解決原料煤“結(jié)團(tuán)”問(wèn)題，但大量的水從入料漏斗進(jìn)入旋流器中，影響重介質(zhì)旋流器的分選密度，不利于分選；另一方面，為了穩(wěn)定合格懸浮液密度，只能通過(guò)增大分流量將這部分循環(huán)水排出合格介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)，排出的懸浮液進(jìn)入稀介系統(tǒng)后增加了磁選機(jī)的入料量，若磁選機(jī)處理量不足，將會(huì)增加介耗[6]。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，目前合格介質(zhì)泵已能夠提供足夠的密度穩(wěn)定的合格懸浮液對(duì)原料煤進(jìn)行選前潤(rùn)濕，不僅不會(huì)引起旋流器內(nèi)密度場(chǎng)的變化，而且為原料煤的分選創(chuàng)造穩(wěn)定的分選條件。當(dāng)原料煤采用合格懸浮液潤(rùn)濕時(shí)，可保證原料煤與懸浮液充分接觸。從實(shí)際生產(chǎn)效果來(lái)看，潤(rùn)濕液采用合格懸浮液效果更好。

3 常用的原料煤選前潤(rùn)濕方式

三種常用的原料煤選前潤(rùn)濕方式為：刮板輸送機(jī)潤(rùn)濕、旋流噴射式潤(rùn)濕、跌落式潤(rùn)濕。

3.1 刮板輸送機(jī)潤(rùn)濕方式

刮板輸送機(jī)潤(rùn)濕方式示意圖如圖1所示。噴水裝置噴出一定量潤(rùn)濕液，將合格懸浮液和原料煤在刮板輸送機(jī)中間槽體內(nèi)進(jìn)行混合潤(rùn)濕。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，刮板輸送機(jī)易發(fā)生跳鏈、斷鏈?zhǔn)鹿剩粌H原料煤潤(rùn)濕效果差，鏈條磨損嚴(yán)重，更換頻繁，材料成本高，同時(shí)存在安全隱患等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了選煤廠的正常生產(chǎn)。因此，目前該潤(rùn)濕方式應(yīng)用已不多見(jiàn)。

1—噴水裝置；2—刮板輸送機(jī)中間槽；3—刮板輸送機(jī)機(jī)頭；4—圓錐入料漏斗；5—重介質(zhì)旋流器

3.2 旋流噴射式潤(rùn)濕方式

旋流噴射式潤(rùn)濕方式示意圖如圖2所示。旋流噴射管設(shè)有可調(diào)節(jié)流量的閥門(mén)，可將一定壓力的潤(rùn)濕液沿入料漏斗切向給入旋流噴射管，將合格懸浮液和入料原料煤進(jìn)行混合，從而達(dá)到潤(rùn)濕和預(yù)分選的目的[7]。該方式使原料煤在進(jìn)入旋流器之前，就已獲得離心切向力，起到預(yù)先分選的作用，該潤(rùn)濕方式操作相對(duì)簡(jiǎn)單，應(yīng)用也較為廣泛。但也存在潤(rùn)濕液與原料煤接觸、混合時(shí)間較短，難以充分混合的問(wèn)題，同時(shí)旋流噴射管切向位置對(duì)潤(rùn)濕裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求較高。

1—入料漏斗；2—旋流噴射管；3—重介質(zhì)旋流器

3.3 跌落式潤(rùn)濕方式

跌落裝置潤(rùn)濕方式示意圖如圖3所示。噴水裝置設(shè)有可調(diào)節(jié)流量的閥門(mén)，噴出一定量的潤(rùn)濕液，通過(guò)原料煤和合格懸浮液在跌落裝置內(nèi)部反復(fù)跌落，進(jìn)而達(dá)到潤(rùn)濕原料煤的目的。該潤(rùn)濕方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于觀察潤(rùn)濕狀況，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)原料煤全斷面潤(rùn)濕[8]。

1—噴水裝置；2—跌落裝置；3—圓錐入料漏斗；4—重介質(zhì)旋流器

4 潤(rùn)濕方式的設(shè)計(jì)優(yōu)化

隨著選煤設(shè)備大型化的發(fā)展，大直徑無(wú)壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，因此對(duì)原料煤進(jìn)行充分潤(rùn)濕十分重要[9-11]。

(1)對(duì)刮板輸送機(jī)潤(rùn)濕方式而言，當(dāng)原料煤入選量增大時(shí)，需要提高刮板機(jī)寬度和速度來(lái)增大運(yùn)量，但易導(dǎo)致中間槽內(nèi)煤層增厚，原料煤與潤(rùn)濕液接觸不充分、潤(rùn)濕時(shí)間短。

(2)對(duì)旋流噴射潤(rùn)濕方式而言，除潤(rùn)濕混合時(shí)間較短外，當(dāng)入料漏斗的煤量增大時(shí)，勢(shì)必要加大入料漏斗結(jié)構(gòu)尺寸，提高旋流噴射的壓力，才能保證原料煤與合格懸浮液充分潤(rùn)濕。

(3)對(duì)跌落裝置潤(rùn)濕方式而言，入選量增大同樣會(huì)發(fā)生煤層增厚且在跌落裝置里接觸不徹底、潤(rùn)濕不充分的問(wèn)題。

通過(guò)上述對(duì)比分析，當(dāng)入選量大時(shí)，這三種潤(rùn)濕方式均存在一定的缺點(diǎn)，為此，針對(duì)原料煤選前潤(rùn)濕提出了鋸齒混合板+旋流噴射潤(rùn)濕的優(yōu)化方案(圖4)。

由圖4可知，噴水裝置設(shè)有可調(diào)節(jié)流量的閥門(mén)，將一定壓力的潤(rùn)濕液噴到原料煤后，兩者一起落到鋸齒混合板上，合格懸浮液和原料煤在凹凸不平的鋸齒板和豎向切割板的作用下上下翻轉(zhuǎn)、左右分割，不斷混合，然后進(jìn)入圓錐入料漏斗，利用旋流噴射管獲得較強(qiáng)的切向力，在圓錐入料漏斗中將合格懸浮液和預(yù)潤(rùn)濕原料煤充分混合，以達(dá)到充分潤(rùn)濕和預(yù)分選效果。設(shè)計(jì)時(shí)，預(yù)潤(rùn)濕裝置上方設(shè)置有觀察孔，以便觀察圓錐入料漏斗內(nèi)旋流噴射的潤(rùn)濕程度，及時(shí)調(diào)整旋流噴射管流量，同時(shí)將圓錐入料漏斗設(shè)計(jì)成法蘭連接的兩部分，以便于安裝和替換[12]。

1—噴水裝置；2—預(yù)潤(rùn)濕裝置；3—圓錐入料漏斗；4—旋流噴射管；5—重介質(zhì)旋流器

在預(yù)潤(rùn)濕裝置中，鋸齒板增加合格懸浮液與原料煤的接觸次數(shù)，豎向切割板強(qiáng)制使合格懸浮液與原料煤混合。在圓錐入料漏斗中，預(yù)潤(rùn)濕的原料煤從旋流噴射管獲得較強(qiáng)的切向力。該潤(rùn)濕方式不僅具有操作簡(jiǎn)單，易于觀察，維護(hù)方便等特點(diǎn)，而且克服了三種常用的原料煤選前潤(rùn)濕方式的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)原料煤與合格懸浮液充分混合，提供穩(wěn)定的密度場(chǎng)及離心力場(chǎng)，為原料煤的高精度分選創(chuàng)造有利條件。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)選煤廠智能化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，對(duì)適合智能生產(chǎn)的高效原料煤選前潤(rùn)濕方式提出了更高的要求。在選煤廠工程設(shè)計(jì)中，常常忽略原料煤選前潤(rùn)濕環(huán)節(jié)的重要性，造成精煤帶矸石等常見(jiàn)指標(biāo)問(wèn)題。為此，在對(duì)潤(rùn)濕液選擇和潤(rùn)濕方式比選的基礎(chǔ)上，結(jié)合選煤工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出一種更為高效的原料煤選前潤(rùn)濕方式，即鋸齒混合板+旋流噴射潤(rùn)濕，從而為大型無(wú)壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器高精度分選提供前提條件，有利于保障精煤產(chǎn)品質(zhì)量，提高選煤廠經(jīng)濟(jì)效益。