王慶飛，齊 健，王洪兵

(國(guó)家能源集團(tuán)新疆能源有限責(zé)任公司 烏東洗選廠，新疆 烏魯木齊 830027)

針對(duì)選煤行業(yè)發(fā)展，首先需要考慮的就是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略以及環(huán)保壓力。因?yàn)槊禾恐写嬖谟泻ξ镔|(zhì)，并且在加工利用以及燃燒環(huán)節(jié)都會(huì)存在不清潔利用，最終導(dǎo)致鋼廠、電廠等工業(yè)化生產(chǎn)之中就會(huì)有NOx、SO2以及粉塵顆粒等排入大氣之中，進(jìn)而造成工業(yè)區(qū)霧霾壓力過大?；趯?shí)際情況出發(fā)，在無(wú)法煤改氣的偏遠(yuǎn)山村，就選擇使用“清潔煤”燃燒，其主要是通過脫硫、脫銷、除塵之后的煤?；趥鹘y(tǒng)煤炭加工，首先采取選煤的方式，直接將煤中大部分的硫分、燃燒之后的灰塵等去除，這就是采用的選煤去除方法。就相關(guān)學(xué)者研究，如匡亞莉在《選煤廠管理》之中提到：中國(guó)每年都會(huì)產(chǎn)生大量的煤矸石，并且因?yàn)闊o(wú)法合理的利用，從而堆積成大量的煤矸石山。最近幾年，部分企業(yè)開始從煤矸石之中提取有用物質(zhì)，如硫鐵礦、高嶺土等，這一部分物質(zhì)本身的密度明顯比煤矸石中其余物質(zhì)密度高，可以選擇利用重介分選的方式來實(shí)現(xiàn)。所以，這就成為淺槽重介質(zhì)分選機(jī)一種全新的利用方式。并且在這一分選過程中，輕產(chǎn)物成為了無(wú)用產(chǎn)物，但是其量較小，所以，就會(huì)導(dǎo)致溢流堰排走輕產(chǎn)物，進(jìn)而帶來大量的能量浪費(fèi)。本文通過了解洗選中心烏東選煤廠重介質(zhì)淺槽分選系統(tǒng)的分選試驗(yàn)，希望能滿足選煤廠日常生產(chǎn)需求。

1 重介淺槽分選機(jī)工作原理及優(yōu)點(diǎn)分析

1.1 工作原理

重介淺槽分選機(jī)主要是通過重介質(zhì)分選原理的使用，實(shí)現(xiàn)兩相流體之中不同密度礦物的沉降。密度低于重介質(zhì)的物料會(huì)逐漸上浮，并且隨著流動(dòng)的重介質(zhì)直接流過溢流堰，直接成為精煤；密度高于重介質(zhì)產(chǎn)品，就會(huì)逐漸沉降到分選槽底層，然后通過刮板實(shí)現(xiàn)淺槽槽體的刮出，進(jìn)而滿足矸石的排出[1]。為了滿足正常分選的要求，在內(nèi)部需要保持密度相對(duì)穩(wěn)定，并且還能夠?qū)崿F(xiàn)重介質(zhì)懸浮液的均勻分布，通過泵分，將其分為2部分，然后分別送入相應(yīng)的淺槽分選機(jī)內(nèi)。對(duì)應(yīng)的分選過程如圖1所示。

圖1 淺槽重介質(zhì)分選機(jī)的分選過程Fig.1 Separation process of shallow tank heavy medium separator

1.2 優(yōu)點(diǎn)

分選淺槽的主要優(yōu)點(diǎn)：①分選上限高，入料粒度級(jí)寬，可以使大塊入料破碎率有明顯的降低，同時(shí)也可以滿足能耗的降低，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品水分的合理控制；②單臺(tái)設(shè)備擁有較大的通過能力，對(duì)于煤質(zhì)波動(dòng)的適應(yīng)性較強(qiáng)，能夠?qū)⒋罅宽肥懦?，從而?jiǎn)化工藝，減少基建投資和對(duì)應(yīng)廠房體積；③有效分選時(shí)間短，次生煤泥最低，減少輕泥化程度，而且自動(dòng)化程度較高，可以滿足自動(dòng)調(diào)節(jié)需求；④結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便操作；⑤煤炭運(yùn)輸?shù)臒o(wú)效運(yùn)輸環(huán)節(jié)減少。

2 分選試驗(yàn)分析

2.1 分選系統(tǒng)調(diào)試

(1)單機(jī)調(diào)試。單機(jī)調(diào)試囊括高效節(jié)能淺槽、排矸系統(tǒng)、介質(zhì)泵、精煤排料系統(tǒng)，在設(shè)備進(jìn)行1 h空運(yùn)轉(zhuǎn)之后，針對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行檢查，尤其要分析槽體供介時(shí)候槽體的漏介情況；針對(duì)排矸系統(tǒng)，則需要了解刮板運(yùn)行情況，確認(rèn)機(jī)體底部是否發(fā)生剮蹭現(xiàn)象；詳細(xì)檢查精煤排料系統(tǒng)排料輪的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，然后對(duì)于其本身是否和出料溜槽槽體接觸加以觀察，確保其能夠正常的運(yùn)轉(zhuǎn)。如果確定設(shè)備能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在處理好后就可以進(jìn)行單機(jī)調(diào)試[2]。

(2)系統(tǒng)功能調(diào)試。首先，將一定量的清水直接注入到合介桶中，并將介質(zhì)泵打開，實(shí)現(xiàn)自循環(huán)；然后添加磁鐵礦粉，實(shí)現(xiàn)對(duì)懸浮液密度的調(diào)節(jié)，要求達(dá)到1.6 g/cm3。在最初階段重介質(zhì)懸浮液密度的調(diào)節(jié)中因?yàn)闆]有添加煤泥，所以密度并不穩(wěn)定，當(dāng)一定量的煤泥添加進(jìn)入之后，就可以讓密度本身區(qū)域穩(wěn)定。然后將淺槽排矸系統(tǒng)電機(jī)開啟，并且與煤料排料系統(tǒng)電機(jī)相互對(duì)應(yīng)，然后將介質(zhì)泵的自循環(huán)閥門直接關(guān)閉，將重介質(zhì)懸浮液直接注入到槽內(nèi)，等待其液面上升到與精煤料裝置排料輪高度相互持平的高度，然后通過音叉密度級(jí)示數(shù)對(duì)應(yīng)進(jìn)行調(diào)節(jié)處理，之后再上升到介質(zhì)管道的閘板閥，從而實(shí)現(xiàn)槽體之中上下密度的相對(duì)穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)上升介質(zhì)流速度的降低。在調(diào)節(jié)水平介質(zhì)管閘板閥之后，就能夠?qū)⑵渌俣戎苯诱{(diào)整到生產(chǎn)需求的速度。

(3)系統(tǒng)帶煤調(diào)試。對(duì)于淺槽給料，主要是利用人工的方式，直接將質(zhì)量288 kg、粒度>6 mm的原煤添加到入槽體之中。

2.2 合介泵頻率與流量的關(guān)系

目前，針對(duì)流量計(jì)而言，其本身對(duì)于重介質(zhì)懸浮液實(shí)際的流量檢測(cè)準(zhǔn)確度還無(wú)法達(dá)標(biāo)，其主要是采取計(jì)時(shí)、定量的統(tǒng)計(jì)法。針對(duì)介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)，泵的功率大小主要是選擇使用變頻器來加以調(diào)節(jié)，這樣會(huì)直接影響重介質(zhì)懸浮液的實(shí)際流量。因此，直接改變頻率大小，對(duì)不同頻率下介質(zhì)從底部直接上升到出料口的高度(達(dá)到770 mm)時(shí)所需時(shí)間加以記錄，就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)具體流量大小的計(jì)算處理[3]。

試驗(yàn)過程中主要是考慮到單因素三水平試驗(yàn)方法的利用，不同頻率下其對(duì)應(yīng)的上升時(shí)間記錄詳細(xì)結(jié)果見表1。

表1 不同頻率下重介質(zhì)懸浮液流量大小Tab.1 Flow rate of suspension of heavy media at different frequencies

頻率和流量的關(guān)系如圖2所示。

圖2 頻率和流量的關(guān)系Fig.2 Relationship between frequency and flow

基于圖2的分析，變頻器頻率大小直接關(guān)聯(lián)到重介質(zhì)懸浮液的流量，能夠滿足y=0.002x-0.044 3的線性關(guān)系。所以，在后續(xù)試驗(yàn)中，基于不同排料方式下精煤介質(zhì)泵工作頻率大小進(jìn)行流量的計(jì)算。

2.3 水平流對(duì)分選產(chǎn)品的影響分析

在進(jìn)行淺槽重介質(zhì)分選機(jī)分選中，通過水平流決定介質(zhì)循環(huán)量，當(dāng)分選機(jī)直接強(qiáng)制性地添加精煤排料輪，理論上，能夠降低水平流，應(yīng)考察實(shí)驗(yàn)探究水平流是否會(huì)對(duì)分選的效果帶來影響[4-10]。一般主要是通過2種試驗(yàn)進(jìn)行分析：①不添加原煤，當(dāng)上升流達(dá)到一定情況之后，了解在不同水平流流速情況下槽體兩部密度計(jì)密度差的大小。②添加原煤，實(shí)現(xiàn)不同水平流速下針對(duì)分選的有效處理，然后再了解理論結(jié)果和實(shí)際結(jié)果之間是否有差異性的存在。

(1)不加煤樣。不添加原煤，當(dāng)上升流一定，分析不同水平流流速情況下槽體中密度計(jì)的密度差。針對(duì)單因素四水平技術(shù)，其所使用的差壓波密度計(jì)如圖3所示，水平流閥門如圖4所示。

圖3 差壓密度計(jì)Fig.3 Differential densitometer

圖4 水平流閥門Fig.4 Horizontal flow valve

通過單因素四水平的分析[11-15]，利用水平流閥門來降低水平流，并且調(diào)節(jié)上升流合介泵頻率，確保流速達(dá)到0.20 m/s的穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)觀察2臺(tái)密度計(jì)的實(shí)際差值(表2)。

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

通過表2分析，在改變合介泵頻率之后，當(dāng)水平流流速降低，基于放射源密度計(jì)差值的合理分析，最終就能夠明確重介質(zhì)懸浮液本身是否能夠處于穩(wěn)定的狀態(tài)?；跀?shù)據(jù)分析來看，如果密度計(jì)差值在0.001 g/cm3之內(nèi)，基本不會(huì)影響懸浮液的穩(wěn)定性，也就說明改變了水平流大小，對(duì)于槽體之中的重介質(zhì)懸浮液的穩(wěn)定性不會(huì)產(chǎn)生太大影響。

(2)加入煤樣。首先，進(jìn)行溢流堰排料方式的試驗(yàn)，直接將介質(zhì)泵后調(diào)節(jié)水平流與上升流閥門打開，確保上升流速度滿足分選所需，并且在保持不變的前提下逐漸提升水平介質(zhì)的流速。同時(shí)注意對(duì)流速的控制，添加經(jīng)過篩選的原煤，讓出料端溢流堰直接滿足分選的高度要求，這時(shí)大粒度輕產(chǎn)物就可以直接作為精煤產(chǎn)品，經(jīng)過重介質(zhì)懸浮液沖出槽體，直接在脫介篩中收集選擇后的精煤與矸石。并且要進(jìn)行浮沉試驗(yàn)，做好對(duì)應(yīng)分配曲線的繪制，計(jì)算實(shí)際分選密度，得出可能偏差Ep值。針對(duì)不同頻率下合介泵的試驗(yàn)結(jié)果，見表3。

表3 40 Hz頻率下的分配率計(jì)算結(jié)果Tab.3 Calculation of distribution rate at 40 Hz frequency

40 Hz頻率下分配率曲線如圖5所示。

圖5 40 Hz頻率下分配率曲線Fig.5 Distribution rate curve at 40 Hz

基于圖5分析可以看出，當(dāng)分配率為50%時(shí)，實(shí)際分選密度達(dá)到1.645 g/cm3，和設(shè)定的分選密度沒有太大差異。并且通過公式實(shí)現(xiàn)Ep值的計(jì)算，其對(duì)應(yīng)為0.045 g/cm3，基于分選評(píng)定，針對(duì)重介質(zhì)分選，Ep值在0.02～0.06，能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。針對(duì)不同頻率下的分配率如下：①40 Hz時(shí)，選擇0.35%、1.88%、5.08%、11.91%、84.86%、99.72%；②35 Hz時(shí)，選擇0.30%、1.50%、3.17%、8.05%、90.18%、99.80%；③30 Hz時(shí)，選擇0.20%、1.12%、4.56%、13.56%、87.09%、99.96%；④25 Hz時(shí)，選擇0.15%、1.76%、4.83%、15.03%、80.26%、99.72%。

不同頻率下分配率曲線如圖6所示。

圖6 不同頻率下分配率曲線Fig.6 Distribution curves at different frequencies

基于對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果分析，單因素水平流的流速并不是影響到分選的實(shí)際結(jié)果，并且所分配的曲線也可以滿足重疊的要求，Ep值在0.02～0.04，能夠滿足重介質(zhì)選煤的要求。所以，當(dāng)處于低流速狀態(tài)下，6 mm的顆粒也能滿足分選需求。

3.4 分選機(jī)的對(duì)比試驗(yàn)

確保精煤排料系統(tǒng)得以正常的運(yùn)行，可以滿足變頻器頻率的合理降低，促使浮選液密度達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)。上升介質(zhì)的速度相同，讓水平方向的精煤產(chǎn)品可以正常排出；將水平介質(zhì)的速度降至最低，實(shí)際的處理量要保持一致。精煤的2種排料方式主要包含了溢流堰式與排料輪式[16-20]，然后做好頻率的記錄，具體見表5。

表5 頻率與流量大小的關(guān)系Tab.5 Relationship between frequency and flow rate

基于表5分析，考慮到烏東選煤廠為溢流堰式，所以，能夠很好地節(jié)約成本，滿足本廠的基本效益要求。得到結(jié)論：①在水平流流速達(dá)到0.20 m/s，并且降低水平流流速達(dá)到0.142 m/s，淺槽重介質(zhì)分選機(jī)之中的重介質(zhì)循環(huán)介質(zhì)能夠保持相對(duì)穩(wěn)定，不會(huì)受到任何影響；②在上述的流速標(biāo)準(zhǔn)下，淺槽重介質(zhì)分選機(jī)擁有良好的分選效果，并且不同流速下的分選效果良好；③因?yàn)榉诌x效果進(jìn)一步提升，對(duì)于最后的實(shí)際生產(chǎn)有了極大的幫助，各個(gè)方面的質(zhì)量也得以提高，其排出的矸石可以用作于磚石加工等第三產(chǎn)品使用，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益的擴(kuò)充，提高了烏東選煤廠市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，選煤廠對(duì)于煤炭行業(yè)的重要性得以凸顯。對(duì)于選煤廠來說，各個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的正常運(yùn)行關(guān)系到日常的運(yùn)營(yíng)，基于本文就洗選中心烏東選煤廠重介質(zhì)淺槽分選系統(tǒng)分選試驗(yàn)的分析，得到正確的結(jié)論，以此推動(dòng)選煤廠的實(shí)際運(yùn)行。

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