有壓重介旋流器選煤過程中混料泵對(duì)次生煤泥的影響研究

尚愛民，方存松，2，鹿憶凡

（1.約翰芬雷工程技術(shù)集團(tuán)公司，北京 100083;2.安徽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 淮南 232001）

近年來(lái)，重介選煤工藝已在行業(yè)內(nèi)得到了較大范圍的推廣和應(yīng)用［1］，但對(duì)于重介選煤生產(chǎn)系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的次生煤泥量的研究不多，特別是泵對(duì)次生煤泥量的影響鮮有報(bào)道。在重介選煤生產(chǎn)過程中，混料泵應(yīng)用廣泛，特別是在有壓重介旋流器選煤系統(tǒng)中，常把混料泵作為有壓重介旋流器的入料泵，因此對(duì)于次生煤泥的影響更甚于無(wú)壓重介旋流器選煤系統(tǒng)［2］。業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，混料泵對(duì)次生煤泥的影響比較大，因?yàn)榛炝媳玫娜~輪會(huì)對(duì)物料產(chǎn)生強(qiáng)烈撞擊，從而會(huì)產(chǎn)生大量的次生煤泥，但是對(duì)次生煤泥的影響究竟有多大，目前卻僅局限于定性的和感性的認(rèn)識(shí)，沒有足夠的工業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)之加以定量描述。然而，次生煤泥量的大小對(duì)選煤廠的建設(shè)成本、生產(chǎn)成本和管理難度都有較大影響，因此定量描述有壓重介旋流器選煤系統(tǒng)中的次生煤泥量對(duì)于重介選煤廠的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)具有非常重要的意義。文章將通過分析約翰芬雷工程技術(shù)集團(tuán)有限公司潘北分公司、陽(yáng)城分公司、黃陵分公司的半工業(yè)性試驗(yàn)數(shù)據(jù)，來(lái)定量描述整個(gè)有壓兩產(chǎn)品重介旋流器系統(tǒng)及混料泵對(duì)次生煤泥產(chǎn)生的影響。

1 試驗(yàn)介紹

1.1 選煤廠工藝與試驗(yàn)參數(shù)

三個(gè)選煤廠主要工藝流程與采樣條件如下:

(1)潘北分公司主要工藝流程為:＞30 mm粒級(jí)塊煤動(dòng)篩跳汰分選，30～1 mm粒級(jí)末煤脫泥有壓兩產(chǎn)品重介旋流器分選。旋流器采用300ZJ－I－A90型混料泵給料，試驗(yàn)在正常生產(chǎn)條件下進(jìn)行，懸浮液密度為1.45 kg/L，合介煤泥含量為14.34%，固液比為 1.18∶1。原煤處理量為400 t/h，合介泵流量為850 m3/h。

(2)黃陵分公司采用50～13 mm粒級(jí)塊煤脫泥淺槽，13～1.5 mm粒級(jí)末煤兩產(chǎn)品旋流器主再洗，＜1.5 mm粒級(jí)粗煤泥分選工藝。旋流器采用350ZJ－I－F100型混料泵給料，耐磨管道內(nèi)徑300 mm，高度23 m。試驗(yàn)在正常生產(chǎn)條件下進(jìn)行，懸浮液密度為1.51 kg/L，入介壓力為120 kPa，末煤入選量為550 t/h。

(3)陽(yáng)城分公司采用50～13 mm粒級(jí)塊煤脫泥淺槽分選，13～1.5 mm粒級(jí)末煤脫泥兩產(chǎn)品旋流器分選，粗煤泥分選工藝。旋流器采用300ZJ－I－A90型混料泵給料，耐磨管道內(nèi)徑300 mm，高度11 m。試驗(yàn)在正常生產(chǎn)條件下進(jìn)行，懸浮液密度1.70 kg/L，入介壓力為200 kPa，末煤入選量為100 t/h。

1.2 試驗(yàn)對(duì)象及說(shuō)明

試驗(yàn)研究的對(duì)象有混料泵入料管物料與出料管物料、有壓兩產(chǎn)品重介旋流器入料與產(chǎn)品以及合格介質(zhì)。

試驗(yàn)說(shuō)明:合格介質(zhì)、重介旋流器的產(chǎn)品、混料泵入料管和出料管物料中＜0.5 mm粒級(jí)含量去除磁性物為其煤泥含量。通過測(cè)定以上試驗(yàn)對(duì)象的煤泥含量，計(jì)算出混料泵與整個(gè)重介系統(tǒng)各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的次生煤泥量。

1.3 試驗(yàn)方法與步驟

1.3.1 設(shè)定采樣點(diǎn)

根據(jù)試驗(yàn)需要，設(shè)定了如下采樣點(diǎn):混料泵入料管物料采樣點(diǎn)設(shè)在混料泵入料管道放料口 (管徑＞100 mm);混料泵出料管采樣點(diǎn)設(shè)在旋流器壓力表處，具體操作是:將壓力表撤掉，在此處設(shè)一閥門，制作φ 108 mm采樣管道進(jìn)行采樣;重介旋流器入料采樣設(shè)為脫泥篩篩上物;合格介質(zhì)采自合格介質(zhì)桶;重介旋流器產(chǎn)品樣采自重介旋流器出料口至脫介篩的管道。

1.3.2 采樣

按照國(guó)標(biāo)GB/T 477—2008《煤炭篩分試驗(yàn)方法》要求，煤樣中最大粒度為13 mm時(shí)，做粒度分析最小的總樣質(zhì)量為7.5 kg，并采取一定量有代表性的子樣組成總樣。根據(jù)旋流器的底流和溢流比例，采取精煤和矸石樣，并保證各個(gè)采樣點(diǎn)采樣同時(shí)進(jìn)行，以確保所采煤樣的統(tǒng)一性和代表性。

1.3.3 制樣與化驗(yàn)

對(duì)于采取的試樣，分別按如下方法制樣與化驗(yàn):

(1)混料泵入料管物料。由于煤樣烘干后易結(jié)團(tuán)，但進(jìn)行篩分做粒度分析不能再將結(jié)團(tuán)的煤樣粉碎，因此先將所采煤樣進(jìn)行0.5 mm濕法篩分，篩上物用清水沖洗后，收集篩上物料烘干稱重(M1);篩下物料進(jìn)行沉淀，濾除上層清水后烘干稱重(m1);將烘干后的篩下物料破碎松散，縮分出5個(gè)具有代表性的子樣，做磁性物含量試驗(yàn);最后，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，排除縮分制樣過程的偶然誤差，得到試驗(yàn)煤樣中非磁性物含量(c1)及其煤泥含量(A)。

(2)混料泵出料管物料。同上方法，將所采煤樣進(jìn)行0.5 mm濕法篩分，篩上物用清水沖洗后，收集篩上物料烘干稱重(M2);篩下物料進(jìn)行沉淀，濾除上層清水后烘干稱重(m2);將烘干后的篩下物料破碎松散，縮分出5個(gè)具有代表性的子樣，做磁性物含量試驗(yàn);通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，排除縮分制樣過程的偶然誤差，得到試樣非磁性物含量(c2)及其煤泥含量(B)。

(3)重介旋流器產(chǎn)物樣。重介旋流器系統(tǒng)的產(chǎn)物中都含有磁鐵礦粉，而且都含有大量煤泥水，為了縮短試驗(yàn)周期，減小對(duì)煤泥性質(zhì)的影響，把所有產(chǎn)物先分別過3 mm的篩子，并用清水沖洗，＞3 mm粒級(jí)篩上物烘干后取樣做篩分和浮沉試驗(yàn);＜3 mm粒級(jí)篩下物則先過0.5 mm的篩子，并用清水沖洗，＞0.5 mm粒級(jí)篩上物烘干后取樣做浮沉試驗(yàn);＜0.5 mm粒級(jí)篩下物則先過磁選管去除磁鐵礦粉，然后縮分取樣做小篩分;將其余部分烘干稱重，進(jìn)而得到＜0.5 mm粒級(jí)煤泥的磁性物含量及煤泥含量。

(4)合格介質(zhì)樣。合格介質(zhì)是由磁鐵礦粉和煤泥、水組成的懸浮液。試驗(yàn)時(shí)，先將合格介質(zhì)過磁選管，將選出的磁鐵礦粉烘干稱重;煤泥水取出一部分做小篩分試驗(yàn);余下的烘干稱重，進(jìn)而得到合格介質(zhì)的磁性物含量與煤泥含量。

1.4 計(jì)算方法

相同試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)，可計(jì)算如下數(shù)據(jù):

(1)混料泵入料管煤泥含量(A)。計(jì)算公式為:A=m1c1/(M1+m1c1)。

(2)混料泵出料管煤泥含量(B)。計(jì)算公式為:B=m2c2/(M2+m2c2)。

(3)混料泵所產(chǎn)生的次生煤泥含量。根據(jù)以上結(jié)果，可計(jì)算出兩產(chǎn)品旋流器物料通過混料泵所產(chǎn)生的次生煤泥含量為m2c2/(M2+m2c2)－m1c1/(M1+m1c1)。

(4)重介旋流器系統(tǒng)產(chǎn)生次生煤泥量。重介旋流器產(chǎn)品中煤泥量之和減去合介帶入煤泥量即為重介旋流器系統(tǒng)產(chǎn)生次生煤泥量。

根據(jù)計(jì)算得到的數(shù)據(jù)，通過進(jìn)一步換算，即可知管道、重介旋流器、混料桶對(duì)次生煤泥量的影響及煤泥量占原煤的比例。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

2.1 重介旋流器系統(tǒng)對(duì)次生煤泥的影響

重介旋流器系統(tǒng)對(duì)次生煤泥的影響研究是在潘北選煤廠的MA1150型有壓兩產(chǎn)品重介旋流器系統(tǒng)生產(chǎn)時(shí)進(jìn)行的。MA1150型有壓兩產(chǎn)品重介旋流器系統(tǒng)對(duì)煤泥性質(zhì)影響包括兩部分:一部分是有壓給料所用的泵對(duì)煤泥性質(zhì)的影響;另一部分是MA1150型有壓兩產(chǎn)品重介旋流器對(duì)煤泥性質(zhì)的影響。

由潘北原煤篩分試驗(yàn)結(jié)果 (表1)可知，＞13 mm粒級(jí)的產(chǎn)率為68.21%，說(shuō)明煤的硬度大，煤質(zhì)較硬;各粒級(jí)的灰分與原煤灰分比較接近，說(shuō)明煤質(zhì)均勻。

潘北重介生產(chǎn)數(shù)據(jù)如表2—4所示。

表1 潘北分公司原煤篩分試驗(yàn)表Table 1 Size analysis of raw coal from Panbei branch

表2 潘北分公司重介旋流器產(chǎn)品粒度組成計(jì)算表［4］Table 2 Size composition of products from dense medium cyclone of Panbei branch

表3 潘北分公司合格介質(zhì)的磁選試驗(yàn)Table 3 Magnetic separation test of qualified medium from Panbei branch

表4 潘北分公司煤泥含量篩分試驗(yàn)結(jié)果表Table 4 The analysis of coal slime content from Panbei branch

(1)對(duì)MA1150型有壓兩產(chǎn)品重介旋流器系統(tǒng)進(jìn)行次生煤泥計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如下:合介量為1235.05 t/h，合介固體中煤泥含量為14.34%，合介煤泥量為96.06 t/h，合介中煤泥占全樣19.36%;次生煤泥占全樣3.37%，次生煤泥量為16.68 t/h，次生煤泥占原煤比例為4.17%。即原煤經(jīng)過有壓兩產(chǎn)品旋流器系統(tǒng)產(chǎn)生了4.17%的次生煤泥量。

(2)有壓給料所用的混料泵對(duì)次生煤泥量的影響。由表4知，泵入料中含有煤泥21.27%，泵出料中含有煤泥21.96%，經(jīng)過泵產(chǎn)生次生煤泥量0.69%。那么，次生煤泥量為3.42 t/h，則次生煤泥占原煤比例為0.86%。

(3)管道和旋流器對(duì)次生煤泥量的影響。由泵出口煤泥含量21.96%與旋流器產(chǎn)品煤泥含量22.73%得出管道與旋流器產(chǎn)生的次生煤泥量為0.77%，其質(zhì)量為3.81 t/h，故次生煤泥占原煤比例為0.95%。

(4)混料桶對(duì)次生煤泥量的影響。在整個(gè)有壓兩產(chǎn)品重介旋流器系統(tǒng)中，共產(chǎn)生了4.17%的次生煤泥量，其中:從混料泵入口到泵出口產(chǎn)生了0.86%的次生煤泥量，從混料泵出口到重介旋流器出口產(chǎn)生了0.95%的次生煤泥量，那么原煤從脫泥篩到混料桶出口產(chǎn)生了為2.36%的次生煤泥量。

從有壓兩產(chǎn)品重介旋流器系統(tǒng)各部分產(chǎn)生的次生煤泥量可以看出，重介旋流器系統(tǒng)對(duì)次生煤泥量的影響主要集中在混料桶環(huán)節(jié)，這與物料在混料桶中碰撞和浸泡有關(guān)，而泵產(chǎn)生的次生煤泥量只占原煤的 0.86%［3］。

2.2 混料泵對(duì)次生煤泥的影響

為進(jìn)一步研究泵對(duì)次生煤泥的影響，又對(duì)約翰芬雷工程技術(shù)集團(tuán)公司黃陵分公司和陽(yáng)城分公司有壓重介選煤生產(chǎn)工藝系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。

表5所示為黃陵分公司末煤粒度組成，第一組混料泵入料管和出料管采樣見表6—9。

表5 黃陵分公司末煤粒度組成Table 5 Size composition of small coal from Huangling branch %

表6 黃陵分公司混料泵入料管采樣Table 6 Feed tube sampling of mixing pump from Huangling branch

表7 混料泵入料管物料中＜0.5 mm粒級(jí)磁性物含量Table 7 The content of magnetic material minus 0.5 mm in feed tube of mixing pump %

表8 黃陵分公司混料泵出料管采樣Table 8 Discharge tube sampling of mixing pump from Huangling branch

表9 黃陵分公司混料泵出料管物料中＜0.5 mm粒級(jí)磁性物含量Table 9 The content of magnetic material minus 0.5 mm in discharge tube of mixing pump %

首先對(duì)磁選試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行迪克遜檢驗(yàn)，顯著性水平為0.05，以排除錯(cuò)誤和誤差較大的數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

(1)混料泵入料管物料0.5 mm篩下物料磁選試驗(yàn)結(jié)果檢驗(yàn)。檢驗(yàn)34.53:f0= (35.71－34.53)/(41.24 － 34.53)=0.176 ＜ f(0.05，5)=0.710，有95% 的幾率認(rèn)為這個(gè)數(shù)據(jù)為真值，應(yīng)保留;檢驗(yàn)41.24:f0=(41.24－39.68)/(41.24－34.53)=0.233 ＜ f(0.05，5)=0.710，有95%的概率認(rèn)為這個(gè)數(shù)據(jù)為真值，應(yīng)保留。故可計(jì)算出混料泵入料管物料0.5 mm篩下物料非磁性物含量為(35.71+41.24+39.68+34.52+36.51)/5=37.534%。

(2)混料泵出料管物料0.5 mm篩下物料磁選試驗(yàn)結(jié)果檢驗(yàn)。檢驗(yàn)36.85:f0= (38.94－36.85)/(44.86 － 36.85)=0.261 ＜ f(0.05，5)=0.710，有95% 的概率認(rèn)為這個(gè)數(shù)據(jù)為真值，應(yīng)保留;檢驗(yàn)44.86:f0=(44.86－42.79)/(44.86－36.85)=0.258 ＜ f(0.05，5)=0.710，有 95% 的幾率認(rèn)為這個(gè)數(shù)據(jù)為真值，應(yīng)保留。故可計(jì)算出混料泵出料管物料0.5 mm篩下物料非磁性物含量為(38.94+44.86+42.79+36.85+42.41)/5=41.17% 。［5］

因此，混料泵產(chǎn)生的次生煤泥含量為 (37.78×41.17%)/(62.22+37.78×41.17%)－(34.14×37.534%)/(65.86+34.14×37.534%)=3.71%。

用同樣數(shù)據(jù)處理方法對(duì)另外四組數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)果見表10。結(jié)果表明，黃陵分公司末煤入料混料泵產(chǎn)生的次生煤泥含量平均為3.03%，折算成占原煤比例平均為1.72%。

表11與表12所示為陽(yáng)城分公司生產(chǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。由表中數(shù)據(jù)可知，陽(yáng)城分公司混料泵產(chǎn)生的次生煤泥含量為3.39%，折算成占原煤比例平均為1.64%。

表10 黃陵分公司混料泵產(chǎn)生的次生煤泥量Table 10 The amount of secondary coal slime produced by mixing pump from Huangling branch

表11 陽(yáng)城分公司末煤粒度組成Table 11 Size composition of small coal from Yangcheng branch %

表12 陽(yáng)城分公司混料泵產(chǎn)生的次生煤泥量Table 12 The amount of secondary coal slime produced by mixing pump from Yangcheng branch

3 結(jié)果分析

由約翰芬雷工程技術(shù)集團(tuán)公司潘北分公司、黃陵分公司、陽(yáng)城子公司三廠的工業(yè)性試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得到重介旋流器系統(tǒng)與混料泵對(duì)次生煤泥量的影響。由表13、表14可知，潘北分公司原煤經(jīng)過有壓兩產(chǎn)品旋流器系統(tǒng)產(chǎn)生4.17%的次生煤泥量，經(jīng)過泵產(chǎn)生的次生煤泥量?jī)H為0.86%;黃陵分公司、陽(yáng)城分公司經(jīng)混料泵產(chǎn)生的次生煤泥量分別為1.72%與1.64%，產(chǎn)生的次生煤泥量并不是很大。

在重介選煤生產(chǎn)過程中，混料泵輸送物料雖然會(huì)產(chǎn)生一個(gè)紊流的流道，但是其對(duì)物料的破壞力很小，特別是經(jīng)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需求而改進(jìn)的泵，在泵的材料、葉輪的包角、表面型線的設(shè)計(jì)、葉片安裝角度等方面均有了較大優(yōu)化，從而使得混料泵對(duì)次生煤泥的影響大大降低，上述試驗(yàn)即對(duì)此做了很好的驗(yàn)證。在生產(chǎn)實(shí)踐中，對(duì)次生煤泥產(chǎn)生影響的主要因素是煤的泥化特性，因此應(yīng)根據(jù)煤的泥化特性來(lái)確定適宜的生產(chǎn)工藝［6－10］。

表13 潘北分公司重介旋流器系統(tǒng)對(duì)次生煤泥的影響匯總表Table 13 The results of effect of dense medium cyclone system on secondary coal slime in Panbei branch

表14 混料泵對(duì)次生煤泥的影響結(jié)果表Table 14 The results of effect of mixing pump on secondary coal slime

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