兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器排矸工藝在大同礦區(qū)的應(yīng)用

劉登朝

(泰戈特(北京)工程技術(shù)有限公司，北京 100022)

兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器排矸工藝在大同礦區(qū)的應(yīng)用

劉登朝

(泰戈特(北京)工程技術(shù)有限公司，北京 100022)

大同礦區(qū)原煤排矸后可以滿足優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤產(chǎn)品的質(zhì)量要求，兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器排矸工藝、三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器排矸工藝在該礦區(qū)均有應(yīng)用；傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器二段對(duì)懸浮液有濃縮作用，排矸灰分更高，矸石更純，帶煤量更小。生產(chǎn)實(shí)踐表明：在保證分選密度的前提下，兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器可獲得與三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器相同的排矸灰分和分選精度；在滿足生產(chǎn)需要的同時(shí)，兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的分選精度、處理能力、單位能耗等更具優(yōu)勢(shì)。

動(dòng)力煤；重介質(zhì)旋流器；分選精度

對(duì)于動(dòng)力煤排矸而言，國內(nèi)無論是選煤設(shè)計(jì)單位還是選煤廠都習(xí)慣采用三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器[1-2]，而兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器在國外應(yīng)用非常普遍[3-4]。國內(nèi)有觀點(diǎn)認(rèn)為：采用兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器排矸，存在矸石帶煤的現(xiàn)象。實(shí)際生產(chǎn)過程中兩產(chǎn)品重介旋流器的懸浮液密度大都不會(huì)超過1.80 g/cm3，理論上1.80～2.00 g/cm3密度級(jí)高密度物在兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器中分選時(shí)，有可能進(jìn)入矸石，造成精煤損失；如果采用三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選，由于旋流器二段的濃縮作用，二段分選密度在2.0 g/cm3以上，可使這部分高密度物從矸石中分離出來。還有觀點(diǎn)認(rèn)為：采用三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器對(duì)原煤進(jìn)行分選，旋流器一段的分選密度不會(huì)對(duì)排矸灰分和矸石純度造成不利影響，單獨(dú)分選出來的中煤，可依據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量要求和市場情況，摻入精煤產(chǎn)品或單獨(dú)銷售，具備一定的靈活性。

很長一段時(shí)間內(nèi)，同煤集團(tuán)的動(dòng)力煤分選大多采用三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器排矸工藝，甚至招投標(biāo)文件中明確要求末煤采用三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器排矸工藝。實(shí)際生產(chǎn)過程中，中煤在富煤地區(qū)大同根本沒有市場，對(duì)其單獨(dú)處理經(jīng)濟(jì)上損失極大，所以該地區(qū)選煤廠大都把中煤摻入精煤產(chǎn)品。隨著大同礦區(qū)選煤廠總承包國際招標(biāo)和建設(shè)的發(fā)展，兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器排矸工藝近年來得到了廣泛應(yīng)用[5-6]，該工藝在國內(nèi)其他選煤廠也得到大量的應(yīng)用[7-9]。參照同煤集團(tuán)三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的排矸灰分，對(duì)白洞選煤廠、東周窯選煤廠兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器排矸進(jìn)行采樣、分析。實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)表明：兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器完全可以達(dá)到三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的排矸灰分和分選精度，且其分選精度、處理能力、單位能耗等更具優(yōu)勢(shì)。

1 原煤煤質(zhì)

以白洞礦原煤為代表的入選原煤灰分在33%以上，特別是近年來放頂煤開采工藝的大量應(yīng)用，致使原煤中矸石量劇增，白洞礦與周邊塔山礦、同忻礦等超大型礦井原煤灰分已攀升至45%，但其基本性質(zhì)沒有發(fā)生根本變化，故以白洞礦原煤生產(chǎn)大樣為試樣，對(duì)其粒度組成、密度組成進(jìn)行分析。

1.1 粒度組成

從原煤粒度組成(表1)可以看出：原煤灰分為33.53%，屬于高灰煤，必須排矸才能滿足優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤的產(chǎn)品質(zhì)量要求；隨著粒級(jí)的減少，原煤灰分從53.88%降至23.17%，說明塊煤中矸石含量較大。

1.2 密度組成

同煤集團(tuán)運(yùn)銷部多年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明：只要灰分在22%以下，全水份在10%以下，精煤發(fā)熱量即可達(dá)到23.03 MJ/kg的質(zhì)量要求。從同煤集團(tuán)50～1.5 mm粒級(jí)原煤的密度組成(表2)可以看出：當(dāng)分選密度為1.80 g/cm3時(shí)，精煤理論產(chǎn)率為73.85%，灰分為16.97%，可以滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求；此時(shí)，排矸量為26.14%，矸石灰分為69.98%。這說明排除高灰矸石后，精煤即可滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。故理論上原煤僅需要一段排矸(以1.80 g/cm3密度分選)，并不需要二段分選。

表1 原煤粒度組成Table 1 Size composition of raw coal %

表2 50～1.5 mm粒級(jí)原煤密度組成Table 2 Density composition of 50 - 1.5 mm raw coal %

2 三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器排矸工藝效果

同煤集團(tuán)在現(xiàn)有選煤生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合石炭紀(jì)原煤煤質(zhì)特點(diǎn)，要求旋流器排矸灰分不低于75%，矸石帶煤量不超過3%。該集團(tuán)同忻選煤廠末煤采用國產(chǎn)1300/920 mm三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器排矸，塔山選煤廠采用國產(chǎn)1200/850 mm三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器排矸，兩選煤廠的三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器排矸密度組成如表3所示。

由表3可知：兩個(gè)選煤廠的三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器排矸灰分均在75%以上，矸石帶煤量均在1%以內(nèi)，完全滿足生產(chǎn)要求。

表3 三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器排矸密度組成Table 3 Density composition of product and reject from three-product heavy medium cyclone %

3 兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器排矸工藝效果

3.1 排矸密度組成

東周窯選煤廠兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器為進(jìn)口設(shè)備，分選密度為1.75 g/cm3；白洞選煤廠兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器為國產(chǎn)設(shè)備，分選密度為1.70 g/cm3。結(jié)合白洞選煤廠兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器排矸灰分不達(dá)標(biāo)的問題，對(duì)東周窯選煤廠、白洞選煤廠兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器排矸進(jìn)行分析，結(jié)果如表4所示。

由表4可知：

(1)東周窯選煤廠矸石帶煤量為0.21%，灰分為40.63%；樣品中灰分在80%以上的純矸含量為99.59%，說明兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器排矸效率在99%以上。白洞選煤廠矸石帶煤量為23.96%，灰分為30.69%，樣品中僅75.91%為灰分77.92%的純矸。

(2)因?yàn)轫肥瘞毫亢苌伲瑬|周窯選煤廠的矸石總灰分與純矸灰分較接近，分別為81.02%、81.10%。白洞選煤廠矸石帶煤量高達(dá)23.96%，矸石總灰分為66.56%，比純矸灰分低11.36個(gè)百分點(diǎn)，說明精煤損失較大。

(3)東周窯選煤廠矸石帶煤量低至0.21%，而白洞選煤廠矸石帶煤量高達(dá)23.96%，說明兩個(gè)旋流器的分選狀態(tài)不同，導(dǎo)致矸石帶煤量出現(xiàn)較大區(qū)別。

(4)東周窯選煤廠兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器排矸灰分超過了三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器，白洞選煤廠矸石帶煤量過多，兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器排矸灰分小于三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器。

3.2 排矸粒度組成

為了查找白洞選煤廠兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選效果差的原因，對(duì)該廠旋流器排矸中<1.80 g/cm3密度級(jí)的粒度組成進(jìn)行分析，結(jié)果如表5所示。

由表5可知：矸石中的煤主要集中在>13 mm粒級(jí)，這部分煤占到全部帶煤量的91.10%，>3 mm粒級(jí)的煤占全部帶煤量的98.32%。無論何種分選設(shè)備對(duì)于塊煤的分選效果都要優(yōu)于末煤，而白洞選煤廠的分選結(jié)果顯示，塊煤的矸石帶煤量明顯過高，重介質(zhì)旋流器工作狀態(tài)明顯異常。

表4 旋流器排矸密度組成Table 4 Density composition of product and reject form cyclone %

表5 排矸中<1.80 g/cm3密度級(jí)的粒度組成Table 5 Density composition of minus 1.8 g/cm3 product %

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在更換國產(chǎn)旋流器的過程中，為保證管道接口滿足要求，對(duì)旋流器的入料口進(jìn)行了改動(dòng)。旋流器入料口被改動(dòng)后，其分選狀態(tài)徹底改變，流場完全紊亂，分選效果變差。通過技術(shù)改造，更換標(biāo)準(zhǔn)兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器后，白洞選煤廠矸石帶煤量明顯降低，僅為2.50%，排矸灰分為76.59%，達(dá)到同煤集團(tuán)的要求。

白洞選煤廠兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的排矸灰分對(duì)比分析，以及東周窯選煤廠兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的排矸情況說明，在兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器正常工作狀態(tài)下，只要保證懸浮液密度，即可得到灰分較高的矸石，不存在中煤損失過多的情況。

4 兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器排矸理論與排矸優(yōu)勢(shì)

4.1 排矸理論

從同煤集團(tuán)50～1.5 mm粒級(jí)原煤密度組成可以看出：1.80～2.00 g/cm3密度級(jí)高密度物的含量為9.21%，灰分為54.81%，兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選的重點(diǎn)是保證密度1.80 g/cm3附近的低密度物進(jìn)入精煤。由于重介質(zhì)旋流器的濃縮作用，底流懸浮液密度比合格介質(zhì)密度高0.20 g/cm3左右，而溢流懸浮液密度比合格介質(zhì)密度低0.10 g/cm3左右。因此，在兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選密度為1.75 g/cm3時(shí)，就可避免密度小于1.95 g/cm3的低密度物進(jìn)入矸石，從而保證排矸灰分不會(huì)太低，矸石帶煤量不會(huì)過高。

這也解釋了三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器一段分選密度低至1.50 g/cm3也可保證排矸灰分的原因。旋流器一段分選密度為1.50 g/cm3，懸浮液經(jīng)一段濃縮后進(jìn)入二段，此時(shí)其密度可增至1.70 g/cm3左右；經(jīng)二段濃縮后，二段底流懸浮液密度在1.90 g/cm3左右，因而可保證矸石純度和排矸灰分。

4.2 排矸優(yōu)勢(shì)

(1)兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的煤介比較低，保持在3左右即可，而三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器要考慮二段的有效分選問題，煤介比要保持4.5～5之間，故兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器所需的礦漿量更少[10]。

(2)兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器要求的入料壓力在0.1～0.15 MPa之間，而三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器要求的入料壓力大都在0.25 MPa以上，所以兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的動(dòng)力消耗要低至少30%。

(3)進(jìn)口兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的數(shù)量效率在97%以上，國產(chǎn)兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的數(shù)量效率不低于96%，均高于三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的95%，因此兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的分選精度更高，相同灰分時(shí)精煤產(chǎn)率更高。

(4)從工藝設(shè)計(jì)來看，相同處理能力時(shí)兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器礦漿通過量小，配套的混料泵、脫介篩的負(fù)荷較低，介質(zhì)消耗較少。

(5)兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器沒有小直徑旋流器，分選粒度上限可達(dá)100 mm；由于小直徑旋流器的影響，三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的分選粒度上限較小。

(6)對(duì)于大同礦區(qū)石炭紀(jì)原煤含矸量大的特點(diǎn)，兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器只需在設(shè)備選型時(shí)加大底流口直徑即可[10]；由于受限于旋流器二段，三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的處理能力大打折扣。

5 結(jié)語

近年來，兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器排矸工藝在大同礦區(qū)白洞、同忻、永定莊、東周窯、麻家梁等大型選煤廠得到大量應(yīng)用，生產(chǎn)實(shí)踐表明：兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器排矸工藝效果與三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器排矸工藝效果沒有區(qū)別。大同礦區(qū)動(dòng)力煤在兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器中可得到高效分選，矸石完全可達(dá)標(biāo)排放，不存在矸石大量帶煤的問題。

兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器排矸工藝在設(shè)備選型上對(duì)混料泵的流量和揚(yáng)程、旋流器的結(jié)構(gòu)參數(shù)(旋流器直徑、入料口面積、溢流口直徑、底流口直徑)要求更高，要綜合考慮原煤煤質(zhì)波動(dòng)和精煤質(zhì)量對(duì)這些參數(shù)的要求。兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器排矸為高密度分選，要實(shí)現(xiàn)矸石不帶煤，必須配套高精度在線密度檢測(cè)與控制系統(tǒng)，確保懸浮液密度正常。

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Application of reject removal technology using two - product heavy medium cyclone in Datong mining area

LIU Deng-chao

(Techgart (Beijing ) Engineering Co., Ltd., Beijing 100022, China )

Raw coal removed reject by two-product or three-product heavy medium cyclone in Datong mining area, can used as high quality thermal coal product.Traditional views focus on the function of thickening suspension in second stage of three-product heavy medium cyclone, which is beneficial to remove reject as much as possible with less coal carried into it.The actual production shows that the two-product heavy medium cyclone has the same separation result as the three-product one under the condition of stable separation density, however, the two-product cyclone is preferred as a result of high separation accuracy, large capacity and low power consumption.

thermal coal; heavy medium cyclone; separation accuracy

1001-3571(2015)03-0090-04

TD942

A

2015-05-08

10.16447/j.cnki.cpt.2015.03.025

劉登朝(1980—)，男，河南省南陽市人，工程師，碩士，從事選煤廠總承包設(shè)計(jì)及其相關(guān)工作。

E-mail:liudengchao@sina.com.cn Tel: 13601167516