邵 峰,趙國安,徐 濤,翟德平,張光偉,葛家君,王小楠
(1.濟(jì)寧礦業(yè)集團(tuán)有限公司 運(yùn)河煤礦選煤廠,山東 濟(jì)寧 272000;2.威海市海王旋流器有限公司,山東 威海 264203;3.濟(jì)寧礦業(yè)集團(tuán)有限公司 機(jī)電部,山東 濟(jì)寧 272000)
運(yùn)河煤礦選煤廠隸屬于濟(jì)寧礦業(yè)集團(tuán),是一座處理能力0.6 Mt/a的礦井型煉焦煤選煤廠。原設(shè)計(jì)分選工藝為:50~0 mm粒級原煤采用不脫泥無壓三產(chǎn)品重介旋流器分選,0.5~0.25 mm粗煤泥采用弧形篩+煤泥離心機(jī)脫水回收,小于0.25 mm細(xì)煤泥采用浮選機(jī)分選[1]。
由于不脫泥工藝介耗高、原煤處理量小,管理難度大,運(yùn)河煤礦選煤廠于2016年進(jìn)行了預(yù)先脫泥改造,采用大直徑煤泥水旋流器和FBS粗煤泥分選機(jī)對原生煤泥進(jìn)行處理,提升了現(xiàn)場的原煤處理量,降低了介耗。
因原煤中細(xì)粒級煤泥含量升高,粗精煤泥受小于0.15 mm粒級高灰細(xì)泥污染,導(dǎo)致粗精煤泥灰分超標(biāo),造成重介精煤為粗精煤泥“背灰”,現(xiàn)場于2020年初采用疊層高頻細(xì)篩對原有弧形篩進(jìn)行替換改造,保證了粗精煤泥灰分的穩(wěn)定,有效解決了現(xiàn)場重介精煤“背灰”問題。
根據(jù)現(xiàn)場化驗(yàn)可知,原有φ1000/710無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器存在“中損”問題,中煤產(chǎn)品中小于1.40 g/cm3密度級含量可達(dá)10%以上,且該密度級灰分小于10.0%,屬于合格精煤產(chǎn)品。
對運(yùn)河煤礦入洗原煤進(jìn)行了浮沉組成分析,試驗(yàn)結(jié)果見表1,對應(yīng)的可選性曲線見圖1。
表1 入洗原煤浮沉組成
圖1 入洗原煤可選性曲線
從表1數(shù)據(jù)和圖1曲線中可以看出,運(yùn)河煤礦入洗原煤中矸石量較大,且原煤灰分較高,在精煤10.85%灰分指標(biāo)要求下,屬極難選煤種[2]。
通過對入洗原煤煤質(zhì)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析可知,由于現(xiàn)場煤質(zhì)變化,導(dǎo)致入洗原煤±0.1 g/cm3含量增加,原煤可選性變差,原有無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與入洗原煤煤質(zhì)不匹配是導(dǎo)致“中損”問題的主要原因。原煤進(jìn)入無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器后,難以獲得足夠的離心系數(shù)和分選時(shí)間,致使旋流器內(nèi)部的分選錐面不穩(wěn)定,分層紊亂,從而導(dǎo)致分選精度下降,錯(cuò)配率提高,對運(yùn)河煤礦選煤廠而言,提高重介系統(tǒng)的分選效率和無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的分選精度,使各產(chǎn)品中的錯(cuò)配率降低,可大幅度提升精煤產(chǎn)品的回收率,提高現(xiàn)場的經(jīng)濟(jì)效益。
為保證原煤處理能力和分選指標(biāo)達(dá)到現(xiàn)場要求,需根據(jù)入洗原煤煤質(zhì)對無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行重新核定,以保證原煤進(jìn)入旋流器后,達(dá)到合理的離心強(qiáng)度,從而進(jìn)行高效分選。
旋流器的分選指標(biāo)與其結(jié)構(gòu)參數(shù)密切相關(guān),針對現(xiàn)場情況,對旋流器以下配置進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn),保證旋流器的分選精度及生產(chǎn)穩(wěn)定性。
(1)調(diào)整精煤口、中煤口和矸石口直徑,優(yōu)化分配量。對二段旋流器的錐比和錐角等結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)計(jì),以達(dá)到提高二段通過能力和矸石通過量的目的。
(2)介質(zhì)入口及一二段連接管重新調(diào)整,保證介質(zhì)入料切線速度的同時(shí),滿足大粒度、大矸石量的物料通過要求,提升離心強(qiáng)度,進(jìn)一步強(qiáng)化分選。
(3)優(yōu)化一段長度,增加物料在旋流器內(nèi)的分選時(shí)間,提高分選精度,減少損失。
(4)中煤溢流管的插入深度可調(diào),提高旋流器的適應(yīng)性??赏ㄟ^調(diào)整中煤管插入深度改變旋流器內(nèi)部的分離錐面,改善分選效果[3]。
(5)錐段角度在一定范圍內(nèi)微調(diào),可對旋流器的分選指標(biāo)產(chǎn)生明顯影響。
(6)底流口直徑直接決定了底流通過量和底流指標(biāo),根據(jù)現(xiàn)有煤質(zhì),適當(dāng)調(diào)整底流口直徑,在保證矸石通過量的同時(shí),控制矸石帶煤指標(biāo)[4]。
運(yùn)河煤礦選煤廠在原有φ1000/710無壓三產(chǎn)品重介旋流器的基礎(chǔ)上進(jìn)行技改,主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。
表2 WTMC1000/710無壓三產(chǎn)品重介旋流器工藝參數(shù)
為了考察技改后無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的使用效果,對重介質(zhì)旋流器進(jìn)行了單機(jī)檢查試驗(yàn)[5],并通過單機(jī)檢查試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算了各產(chǎn)品的產(chǎn)率和灰分,旋流器入料及各產(chǎn)品產(chǎn)率計(jì)算見表3、表4。
從表3可以看出,重介旋流器10.85%的精煤灰分指標(biāo)下,中煤產(chǎn)品中小于1.4 g/cm3含量為1.19%,矸石產(chǎn)品中小于1.4 g/cm3含量為0。
表3 旋流器入料及產(chǎn)品浮沉資料
根據(jù)表4數(shù)據(jù),計(jì)算精煤、中煤及矸石產(chǎn)品的產(chǎn)率:
表4 三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器產(chǎn)品實(shí)際產(chǎn)率計(jì)算
γ精=100×(g01·g22-g02·g12)/
(g11·g22-g12·g12)=36.76%
γ中=100×(g02·g11-g01·g12)/
(g11·g22-g12·g12)=16.15%
γ矸=100-γ精-γ中=47.10%
根據(jù)圖1重介系統(tǒng)入洗原煤可選性曲線可知,當(dāng)精煤灰分為10.85%時(shí),精煤理論產(chǎn)率γt=37.84%,理論分選密度為1.53 g/cm3,扣除沉矸后的δ±0.1含量為40.8%(理論分選密度小于1.7 g/cm3),根據(jù)GB/T 16417—2011《煤炭可選性評定方法》,該原煤在洗選10.85%灰分精煤時(shí),可選性等級為極難選。此時(shí)實(shí)際精煤產(chǎn)率γp=36.76%,那么三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器精煤數(shù)量效率ηe=100×γp/γt=97.15%,分選效果非常理想[6]。
由精煤、中煤、矸石的產(chǎn)率可計(jì)算出其占全樣的產(chǎn)率,從而計(jì)算出對應(yīng)的分配率,見表5。
根據(jù)GB/T 15715—2014 《煤用重選設(shè)備工藝性能評定方法》中的規(guī)定,計(jì)算均方差小于1.4時(shí),試驗(yàn)結(jié)果有效,本次計(jì)算均方差為0.93,所以計(jì)算結(jié)果可信。
根據(jù)表5數(shù)據(jù),采用反正切數(shù)學(xué)模型對三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器產(chǎn)品分配率的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得分配曲線,見圖2,查出分配曲線上一段、二段重產(chǎn)物對應(yīng)的分配率為75%、25%的密度,根據(jù)可能偏差的計(jì)算公式Ep=(d75-d25)/2計(jì)算出一段、二段分選相對應(yīng)的可能偏差值,一段旋流器的可能偏差Ep1=0.026 g/cm3;二段旋流器的可能偏差Ep2=0.034 g/cm3,說明一、二段旋流器錯(cuò)配率較低,分選精度較高[7]。
圖2 重介質(zhì)旋流器一段、二段重產(chǎn)物分配曲線
運(yùn)河煤礦選煤廠WTMC1000/710無壓三產(chǎn)品重介旋流器經(jīng)技術(shù)改造后,有效保證了精煤的灰分指標(biāo),大大改善了重介系統(tǒng)的“中損”問題,提高了現(xiàn)場的精煤產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益。
據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)可知,經(jīng)技改后,運(yùn)河煤礦選煤廠中損較技改前降低了5%,按塊煤70%,中煤產(chǎn)率15%,設(shè)計(jì)能力0.6 Mt/a計(jì)算,則每年可多回收精煤量為:0.6Mt/a×70%×15%×5%=3.15 萬t/a,精煤與中煤差價(jià)按600 元/t計(jì)算,則該技改項(xiàng)目每年可創(chuàng)造效益:3.15 萬t/a×600元/t=1890萬元/a,經(jīng)濟(jì)效益顯著。
針對運(yùn)河洗煤廠重介旋流器中煤損失問題,對運(yùn)河煤礦選煤廠主洗旋流器進(jìn)行結(jié)構(gòu)技術(shù)改進(jìn),在保證精煤指標(biāo)的同時(shí),有效降低了中煤帶精煤量,提高了綜合精煤產(chǎn)率,提升了選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益。