精細(xì)化控制提高重介旋流器分選效率的研究

摘 要：在末煤處理系統(tǒng)中重介旋流器是主要的分選設(shè)備。提高重介旋流器的分選效果對(duì)我廠的產(chǎn)品質(zhì)量有較大的影響，為了優(yōu)化重介旋流器的分選效果，我們要通過(guò)加入可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的電氣設(shè)備如變頻器，壓力傳感器等，使分選的工藝因素隨原煤灰分的變化而自動(dòng)變化。本文討論了在懸浮液密度和液固比等因素處在計(jì)算得出的固定最佳值時(shí)，根據(jù)原煤的灰分變化來(lái)調(diào)節(jié)入料壓力。這樣可以更精確的控制旋流器的工藝參數(shù)，減少精煤損失，對(duì)提高分選效果提高經(jīng)濟(jì)效益有很好的實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：旋流器；液固比；入料壓力；灰分；分選效果

烏蘭木倫選煤廠始建于2003年6月，于同年10月份正式投入運(yùn)行，本廠加工的原煤有侏羅紀(jì)煤、石炭紀(jì)氣煤兩個(gè)煤種，主要出產(chǎn)優(yōu)質(zhì)混煤，所用生產(chǎn)工藝采用重力選礦法，洗選用水實(shí)現(xiàn)了一級(jí)閉路循環(huán)。原設(shè)計(jì)規(guī)模為3Mt/a，后經(jīng)過(guò)2011年的工藝改造后新加了-50mm末煤系統(tǒng)，現(xiàn)生產(chǎn)能力為6.6Mt/a。工藝改造加入的末煤系統(tǒng)對(duì)本廠的原煤入洗率有了很大的提升，產(chǎn)品品質(zhì)也有了了較大的提高，其中重介旋流器對(duì)末煤系統(tǒng)的分選效果有較大的影響。

1 末煤系統(tǒng)工藝簡(jiǎn)介

原煤經(jīng)分級(jí)篩分級(jí)后，50mm以上進(jìn)入塊煤系統(tǒng)，50mm以下經(jīng)末煤入洗刮板轉(zhuǎn)載到末煤系統(tǒng)入洗，末原煤經(jīng)固定篩、脫泥篩預(yù)先脫泥，50～2mm進(jìn)入混料桶與重介混合，經(jīng)混料泵打入重介旋流器進(jìn)行分選，重介旋流器溢流出精煤，底流出矸石，精煤經(jīng)固定篩及脫介篩脫介，經(jīng)離心機(jī)脫水后經(jīng)精煤轉(zhuǎn)載刮板轉(zhuǎn)載到混煤膠帶機(jī)上。矸石經(jīng)脫介篩脫介后經(jīng)矸石轉(zhuǎn)載膠帶機(jī)到1膠帶機(jī)。

2 重介旋流器

原煤是煤、夾矸煤、矸石等的混合物，其密度范圍一般為1.2～2.6g/L。把這種不同密度的混合物放人具有中間密度的重介質(zhì)中，即可分出兩種不同密度級(jí)的產(chǎn)品：即低于重介質(zhì)密度的浮物和高于重介質(zhì)密度的沉物。浮物浮于重介質(zhì)液面，沉物沉于分選槽的底部，通過(guò)機(jī)械或溢流將浮物和沉物分別排出，這就是重介質(zhì)選煤。

實(shí)踐證明，在重力場(chǎng)中用重介質(zhì)分選粒度小于6mm（或 3mm）的粉煤時(shí)，分選效果較差，分選1mm以下的物料時(shí)；效果更差。這是因?yàn)轭w粒的沉降速度與顆粒直徑成正比，當(dāng)粒度小于1mm時(shí)，沉降速度太小，以至于不能有效分選。為了降低分選下限，只有增加加速度。在離心力場(chǎng)中可使離心加速度比重力加速度大得多，從而大大強(qiáng)化對(duì)細(xì)粒難選煤的分選作用。例如，在重介旋流器內(nèi)，當(dāng)顆粒的旋轉(zhuǎn)半徑為100mm.、轉(zhuǎn)數(shù)為400r/min時(shí)，顆粒在該離心力場(chǎng)中的移動(dòng)速度比在重力場(chǎng)中自由沉降速度高178倍。因此，在重力場(chǎng)中得不到很好分選的細(xì)粒級(jí)物料，在離心力場(chǎng)中可取得滿意的分選效果。重介質(zhì)旋流器是目前最有效的末煤分選設(shè)備。

礦粒隨同懸浮液一起，在一定壓力下給入旋流器。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，在離心力作用下，位于包絡(luò)面里側(cè)的高密度礦粒便由中心向外移動(dòng)，若礦粒密度高于包絡(luò)面處懸浮液密度，則該礦粒將穿過(guò)包絡(luò)面而進(jìn)入下降介質(zhì)流，并隨之下行，最后經(jīng)底流口排出。反之，若礦粒密度小于包絡(luò)面處懸浮液的密度，如原來(lái)就位于包絡(luò)面里面的，則仍然停留在上升介質(zhì)流中；若處于包絡(luò)面外側(cè)，由于重介質(zhì)的浮力及向心介質(zhì)流的作用，必將穿過(guò)包絡(luò)面向中心運(yùn)動(dòng)。最終，所有低于包絡(luò)面處懸浮液密度的礦粒，在上升介質(zhì)流及向心介質(zhì)流的掠獲下，從溢流口而去。所以，錐形包絡(luò)面上懸浮液的密度，就是礦粒在旋流器中的實(shí)際分選密度。但是，由于在整個(gè)包絡(luò)面上，懸浮液各點(diǎn)的密度并不相同，密度由上而下地逐漸增加。因此，礦粒在旋流器中的分選，可以看成是一個(gè)連續(xù)進(jìn)行的多次分選過(guò)程，而分選密度依次逐漸升高。包絡(luò)面最下端的懸浮液密度，是礦粒在重介質(zhì)旋流器內(nèi)的最終分選密度。

3 重介旋流器運(yùn)行時(shí)存在的問(wèn)題

由于受礦井開(kāi)采方式、煤層等因素變化等各種外在因素的的影響，其入洗煤質(zhì)與設(shè)計(jì)時(shí)情況相比不太一致，而是處于變化之中?？咳斯ふ{(diào)試好的固定的工藝參數(shù)如入料壓力、固液比等等不能隨著變化的煤質(zhì)做出相應(yīng)的改變，從而不能達(dá)到理想的分選效果。廠里沒(méi)有安裝原煤灰分監(jiān)測(cè)裝置，導(dǎo)致對(duì)入洗原煤的灰分無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而無(wú)法反饋該數(shù)值給PLC系統(tǒng)，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)配合入料泵變頻器對(duì)入料壓力進(jìn)行精細(xì)化控制的目的。

4 影響重介旋流器的主要工藝因素

烏蘭木倫選煤廠新建末煤系統(tǒng)采用的重介旋流器為D48B-T241型克萊博斯旋流器，處理量Q=620t/h，V=2068m3/h。其直徑為1200mm。根據(jù)實(shí)際的分選目的，入料口、溢流口和底流口的尺寸分別為600mm、750mm、400mm。

4.1 懸浮液的密度

懸浮液密度是預(yù)先根據(jù)原料煤性質(zhì)和產(chǎn)品品質(zhì)要求，規(guī)定出分選密度，然后把懸浮液密度配制到這個(gè)規(guī)定值。分選過(guò)程中，當(dāng)懸浮液密度超過(guò)這個(gè)規(guī)定值時(shí)，浮物灰分將超過(guò)要求的指標(biāo)；而當(dāng)懸浮液密度低于這個(gè)規(guī)定值時(shí)，則造成浮煤在沉物中損失量增大。因此，為了保證產(chǎn)品品質(zhì)要求，必須保證懸浮液密度穩(wěn)定。在實(shí)際生產(chǎn)中，懸浮液密度測(cè)定可用密度計(jì)進(jìn)行測(cè)定。目前，在選煤廠較為普遍采用的是雙壓差密度計(jì)，并配有自動(dòng)控制裝置對(duì)懸浮液密度進(jìn)行自動(dòng)控制。

在原煤煤質(zhì)一定的情況下，通過(guò)對(duì)2～50mm的原煤進(jìn)行浮沉試驗(yàn)，結(jié)合浮物灰分、產(chǎn)率和錯(cuò)配物含量，得出本廠重介質(zhì)旋流器最佳分選密度。通過(guò)末原煤浮沉試驗(yàn)，再結(jié)合可選性評(píng)定表確定出實(shí)際分選密度，當(dāng)分選密度在1.6g/cm3時(shí)，末精煤灰分為11.51%，產(chǎn)率為93.83%，且此時(shí)錯(cuò)配物含量最小，因此本廠末煤系統(tǒng)最佳分選密度為1.6g/cm3。

4.2 液固比

液固比就是懸浮液與礦粒的體積比。入料的液固比直接影響旋流器的處理量和分選效果。

（1）一般入料煤粒度較細(xì)時(shí)，要求離心系數(shù)大一些，即加大循環(huán)量，隨著液固比增大。但是循環(huán)量加大會(huì)使加重介質(zhì)的濃縮作用加強(qiáng)，所以在介質(zhì)較粗時(shí)，加大液固比反而會(huì)使分選效果變壞。

（2）在懸浮液穩(wěn)定性較好時(shí)，分選效果隨液固比的加大而變好，因?yàn)闇p少了分選物料的體積濃度，加大了干擾沉降速度，減少了錯(cuò)配物的含量。endprint

（3）通常介質(zhì)細(xì)、濃度小、液固比大時(shí)分選好。因此在一般情況下采用4：1～6：1 的液固比比較適宜。但在此范圍內(nèi)，為了滿足精細(xì)化控制的目的，我們還是通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)更加精細(xì)化的分析出不同煤質(zhì)對(duì)應(yīng)的最佳分選液固比。

4.3 入料壓力

進(jìn)料壓力越高，懸浮液進(jìn)料速度就越快，旋流器的處理量就增加。這一點(diǎn)與分級(jí)用的水利旋流器相同。此外，進(jìn)料壓力越高，離心力也越大，因此，在一定程度上增大進(jìn)料壓力可以加速分選過(guò)程，提高分選效果。但隨著入料壓力增高，懸浮液本身的濃縮作用也加強(qiáng)，一方面增大礦粒實(shí)際分離密度，另一方面使旋流器中密度分布更加不均勻，反而降低分選效果。因此，壓力過(guò)大，對(duì)分選并不是有利的。所以，壓力增加時(shí)，應(yīng)適當(dāng)?shù)丶哟蟮琢骺趤?lái)調(diào)節(jié)排放量。此外，壓力增大還會(huì)增加動(dòng)力消耗和設(shè)備的磨損?，F(xiàn)在一般是無(wú)壓給料，給料壓力在0.05～0.1Mpa。對(duì)于具體的各個(gè)煤質(zhì)對(duì)應(yīng)的最佳給料壓力還是需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)的處理來(lái)得出。

5 解決方法

在烏蘭木倫選煤廠中，重介旋流器的入料來(lái)源是2～50mm的末煤經(jīng)過(guò)脫泥篩的篩上排料進(jìn)入混料桶，同時(shí)合介桶里的合格介質(zhì)由合介泵打入混料桶與末煤混合后，經(jīng)混料泵打入重介旋流器進(jìn)行分選。

5.1 加裝原煤灰分實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)

在末煤分選系統(tǒng)中，要根據(jù)末原煤的品質(zhì)來(lái)調(diào)節(jié)入料壓力，使不同灰分的末原煤在其相應(yīng)的入料壓力下進(jìn)行分選，從而能夠達(dá)到最佳的分選效果，首先就要對(duì)末原煤的品質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)是監(jiān)測(cè)，而烏蘭木倫選煤廠的末原煤入洗皮帶上沒(méi)有安裝灰分儀，所以我們首先得在末原煤入洗皮帶上安裝一臺(tái)灰分儀，從而使末原煤灰分得到實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)并反饋到集控系統(tǒng)。這樣我們就能夠通過(guò)末原煤灰分值反饋給旋流器給料泵的變頻器，使變頻器得到信號(hào)后，自動(dòng)調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速來(lái)滿足該原煤灰分下的最佳入料壓力，從而使分選效果達(dá)到最優(yōu)化。

5.2 液固比的控制

在末煤系統(tǒng)中，重介旋流器的入料來(lái)源是桶中的合格介質(zhì)通過(guò)合介泵打入混料桶與同樣給入混料桶的篩上物（2～50mm）攪拌混合后再有混料泵送入中介旋流器中進(jìn)行分選的。

液固比可以通過(guò)兩種方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。一種是通過(guò)改變合格介質(zhì)的添加量即改變懸浮液的給入量來(lái)控制，操作方法是給合介泵加裝變頻器，可以改變泵的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)液固比的。另一種是通過(guò)控制原煤入洗量即改變礦粒的給入量來(lái)控制，操作方法是調(diào)節(jié)末煤入洗刮板前端的液壓插板來(lái)調(diào)節(jié)，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，可根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速或調(diào)節(jié)液壓插板調(diào)節(jié)液固比。如果入洗量按要求給定，可以按給定的入洗量來(lái)調(diào)節(jié)懸浮液密度即合介泵的轉(zhuǎn)速來(lái)改變液固比，如果入洗量需要調(diào)整我們通過(guò)調(diào)節(jié)液壓插板來(lái)改變液固比?？傊ＷC液固比處在我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算得出的最佳值附近就能實(shí)現(xiàn)分選效果的最佳化。

5.3入料壓力的控制

要控制給料壓力可以通過(guò)調(diào)節(jié)混料泵的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以給泵加裝變頻器控制其轉(zhuǎn)速。在旋流器的入料口處加裝一只壓力傳感器，利用變頻器傳感器的配合使用，可很好地解決這一問(wèn)題。洗煤生產(chǎn)中通過(guò)在旋流器入料口處加裝的液位傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)入料壓力準(zhǔn)確反映入料的壓力變化并輸出4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)至PLC模擬量輸入模塊，這樣便可在上位機(jī)上作出畫(huà)面實(shí)時(shí)監(jiān)控旋流器入料壓力。系統(tǒng)起車時(shí)，PLC輸出4～20mA模擬量控制信號(hào)到變頻器，通過(guò)變頻器控制電機(jī)獲得計(jì)算得出的最佳入料壓力，當(dāng)壓力小于最佳壓力時(shí)PLC輸出控制信號(hào)加速入料泵的轉(zhuǎn)速；當(dāng)壓力大于最佳壓力值時(shí)，PLC輸出控制信號(hào)降低入料泵的轉(zhuǎn)速。從而實(shí)現(xiàn)了入料壓力可隨煤質(zhì)灰分的不同而自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)的目的。

6 結(jié)語(yǔ)

在末煤處理系統(tǒng)中，通過(guò)引入各種電氣設(shè)備，如變頻器、壓力傳感器、灰分儀等實(shí)現(xiàn)了在重介旋流器洗選過(guò)程中對(duì)工藝參數(shù)的自動(dòng)控制。這樣可使重介旋流器在不同的原煤性質(zhì)下，通過(guò)自動(dòng)控制提供最佳的分選工藝因素。使分選效果更高效，更精細(xì)化。

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作者簡(jiǎn)介：

曾紅久，男，漢族，1989年出生，四川遂寧人，畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)，礦物加工工程專業(yè)，本科生，助理工程師，主要從事選煤廠生產(chǎn)外運(yùn)組織和工藝優(yōu)化工作。endprint