張力強(qiáng)

(中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司,河北 唐山 063012)

極難選煤重介分選過程工藝參數(shù)控制要點(diǎn)分析

張力強(qiáng)

(中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司,河北 唐山 063012)

本文闡述了我國(guó)煤炭的可選性評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)階段極難選煤炭特別是稀缺煤炭資源利用不足的問題。針對(duì)稀缺的極難選煤炭資源，對(duì)重介質(zhì)旋流器分選過程工藝參數(shù)控制的要點(diǎn)進(jìn)行了深入剖析，為今后極難選煤炭的洗選加工過程中重介質(zhì)旋流器產(chǎn)品的參數(shù)選擇提供了一定的技術(shù)支持。

重介質(zhì)旋流器；極難選煤；工藝參數(shù)；控制要點(diǎn)

我國(guó)優(yōu)質(zhì)煤炭資源總量緊缺，存在地域分布不均衡，優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源儲(chǔ)量不足的問題。同時(shí)由于我國(guó)煤炭資源極為復(fù)雜，可選程度多為難選、極難選，洗選及管理方式在選煤領(lǐng)域多為粗放式，這些都造成了煤炭資源在洗選利用過程中存在為保精煤質(zhì)量，大量精煤進(jìn)入中煤或矸石的現(xiàn)象，同時(shí)，焦、肥、瘦煤等稀缺煉焦煤得不到有效的保護(hù)和合理的應(yīng)用，造成資源的極度浪費(fèi)[1]，煉焦煤資源利用也存在不合理的狀況，在洗選過程中，部分稀缺煉焦煤中煤資源被當(dāng)作動(dòng)力煤使用。目前而言，提升原煤特別是極難選煤炭的一次洗選效率，獲得最大回收率是今后選煤領(lǐng)域特別是重介質(zhì)選煤技術(shù)發(fā)展的方向和目標(biāo)。

1 煤炭可選性評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

1996年我國(guó)制定出了國(guó)標(biāo)GB/T16417—1996煤炭可選性評(píng)定方法，該評(píng)定方法廣泛應(yīng)用于我國(guó)選煤行業(yè)，2009年為適應(yīng)煤炭標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)的發(fā)展，對(duì)國(guó)標(biāo)進(jìn)行了進(jìn)一步修訂，并于2011年9月發(fā)布。在選煤行業(yè)，該評(píng)定方法是應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)之一，主要用于評(píng)定原料煤的可選性，并根據(jù)可選性的難易程度確定適宜的選煤工藝及設(shè)備參數(shù)[2]。其中煤炭可選性評(píng)定采用“分選密度±0.1含量法”(簡(jiǎn)稱δ±0.1含量法)，目前，煤炭可選性等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)劃分見表1。

表1 煤炭可選性等級(jí)劃分

2 重介分選過程工藝控制要點(diǎn)

在我國(guó)選煤工藝中，重介質(zhì)選煤、跳汰選煤、浮選等選煤工藝被廣泛應(yīng)用，其中重介質(zhì)選煤工藝是公認(rèn)的洗選效率最高的選煤方法，洗選效率可達(dá)到95%以上，但仍存在精煤損失、資源浪費(fèi)的現(xiàn)象。其他選煤方式，如跳汰選煤、干法選煤等，洗選效率相對(duì)較低，特別是處理較難選煤炭時(shí)，洗選效率低下，使得大量精煤進(jìn)入尾煤造成浪費(fèi)。近年來，煤炭行情持續(xù)低迷，深入實(shí)施精煤戰(zhàn)略，合理優(yōu)化煤炭產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高精煤產(chǎn)量，成為煤炭企業(yè)走出困境的迫切需求。

煉焦煤洗選時(shí)，由于煤炭一次洗選效率不足，使得中煤資源仍能提取出大量精煤，具有一定開發(fā)利用的價(jià)值。中煤再洗回收過程雖然能提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)資源高效再利用，但經(jīng)過一次洗選后，該部分中煤再次洗選的難度加大，同時(shí)煤炭一次洗選效果不理想，將加大煤炭二次洗選的負(fù)擔(dān)，出現(xiàn)二次洗選投資量大、工藝系統(tǒng)復(fù)雜等很多問題。

對(duì)重介質(zhì)選煤技術(shù)而言，雖然洗選效率高，能在一定程度上完成分選工作，但分選效率也由95%以上降至90%甚至80%以下，洗選效率的大幅度降低不僅需要在工程設(shè)計(jì)時(shí)增加額外環(huán)節(jié)，同時(shí)也造成后續(xù)運(yùn)行過程中資源的極大浪費(fèi)。

2.1 重介質(zhì)旋流器的結(jié)構(gòu)形式及參數(shù)

旋流器的結(jié)構(gòu)形式及參數(shù)對(duì)原煤的分選結(jié)果至關(guān)重要[3]，目前傳統(tǒng)重介質(zhì)旋流器的系列化產(chǎn)品基本能滿足目前實(shí)際需求，但對(duì)極難選煤的洗選仍存在效率不高、產(chǎn)品不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

目前傳統(tǒng)重介質(zhì)旋流器從結(jié)構(gòu)形式及參數(shù)上來講，基本形成了完善的理論及套路，入料口尺寸、筒體直徑、溢流管直徑及底流口直徑等結(jié)構(gòu)參數(shù)都已形成了固定范圍內(nèi)的對(duì)應(yīng)比例關(guān)系，基本可以適應(yīng)一定范圍內(nèi)煤質(zhì)變化或煤的可選性變化的需求，但隨著煤的可選性難易程度的增加，傳統(tǒng)重介質(zhì)旋流器也出現(xiàn)了分選精度下降、分選效率降低、可操控難度增加等現(xiàn)象。針對(duì)煤炭的可選性持續(xù)變差的情況，例如處理±0.1含量超過50%甚至60%的極難選煤炭，采用傳統(tǒng)重介質(zhì)旋流器已無法滿足需求，其中分選精度Ep值大幅度上升至0.06甚至0.07以上，分選效率隨之下降至90%乃至80%以下，重介質(zhì)分選高效性不再顯著。

針對(duì)以上現(xiàn)象，旋流器需要設(shè)計(jì)新的結(jié)構(gòu)形式以適合新形勢(shì)下的分選過程。首先對(duì)旋流器入料口尺寸、筒體直徑、溢流口直徑及底流口直徑等關(guān)鍵部位進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新，再者基于旋流器內(nèi)部能耗規(guī)律、液固比等方面設(shè)計(jì)旋流器的整體結(jié)構(gòu)及動(dòng)力給入方式，使得旋流器內(nèi)部流場(chǎng)更加均勻穩(wěn)定，同時(shí)通過合理的結(jié)構(gòu)形式，提升旋流器對(duì)極難選煤炭的適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)重介質(zhì)旋流器對(duì)極難選煤炭的有效分選。

2.2 介質(zhì)循環(huán)量與入介壓力

由于重介質(zhì)旋流器的容積相對(duì)較小，重介質(zhì)懸浮液和原煤在其中僅停留幾秒的時(shí)間，為了保證一定的液固比，重介質(zhì)旋流器的循環(huán)懸浮液量需要加大用量。對(duì)于不同粒度和密度的原煤而言，循環(huán)懸浮液量一般在3～5 m3/t左右，重介質(zhì)旋流器的分選效率受介煤比的影響較大，采用三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器應(yīng)提高懸浮液用量。

針對(duì)極難選煤炭的可選性特性和顆粒在黏性重介質(zhì)懸浮液中的沉降規(guī)律以及重介質(zhì)懸浮液在旋流器中的密度梯度場(chǎng)分布規(guī)律，應(yīng)合理設(shè)計(jì)旋流器結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)匹配尺寸并針對(duì)極難選煤炭分選時(shí)合理優(yōu)化調(diào)整液固比。同時(shí)，為保證顆粒分選的有效動(dòng)力，還應(yīng)合理設(shè)定旋流器的入介壓力[4]，針對(duì)重介質(zhì)旋流器工作時(shí)二者的耦合性，合理調(diào)整渣漿泵所供給的循環(huán)量及入介壓力參數(shù)，以適應(yīng)極難選煤炭的有效分選需求。

2.3 磁鐵礦粉粒度對(duì)分選效果的影響

目前市場(chǎng)上公認(rèn)的選煤磁鐵礦粉被分為四個(gè)粒度級(jí)，即特粗(<45 μm≥55%)、粗(<45 μm≥65%)、細(xì)(<45 μm≥80%)和特細(xì)(<45 μm≥90%)，粒度級(jí)的劃分只是明確了大致的粒度范圍，對(duì)粒度范圍內(nèi)的進(jìn)一步組成未有明確說明，目前市場(chǎng)上重介質(zhì)旋流器大多數(shù)選用細(xì)級(jí)磁鐵礦粉，極少數(shù)選擇粗級(jí)磁鐵礦粉。

重介質(zhì)選煤采用的懸浮液屬于粗分散體系，在分選設(shè)備中，依靠外力維持懸浮液密度的均勻性，但在選煤過程中，液流對(duì)入選顆粒分層的干擾愈小愈好，因此對(duì)選用的加重質(zhì)磁鐵礦粉提出了嚴(yán)格的粒度要求。不同的選煤工藝、煤質(zhì)等，對(duì)粒度要求也不相同。懸浮液的容積濃度越小，越有利于原煤的分選，原煤在分層過程中，除了原煤顆粒間碰撞、顆粒和器壁碰撞以外，原煤顆粒還同加重質(zhì)或煤泥發(fā)生碰撞，形成阻力，減慢分層速度；懸浮液的容積濃度越大，原煤和磁鐵礦粉碰撞的機(jī)會(huì)就越多，阻力越大，影響分選效果，所以在保證懸浮液穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，容積濃度越小越好。

表2 不同粒度磁鐵礦粉對(duì)分選效果的影響Table 2 Effect on performance of H.M. cyclone producedby different sizes of magnetite power

表2為不同粒度磁鐵礦粉對(duì)分選效果的對(duì)比結(jié)果，從表2可以看出，當(dāng)懸浮液中煤泥含量基本不變且保持合理值時(shí)，選用的磁鐵礦粉隨著粒度減小，對(duì)原煤的分選精度呈增加的趨勢(shì)，這說明磁鐵礦粉的細(xì)度對(duì)分選效果有著很大的影響，磁鐵礦粉粒度小些，有助于形成穩(wěn)定性更好的重介質(zhì)懸浮液，利于難選煤的高效分選。

2.4 懸浮液中煤泥含量的控制

重介質(zhì)懸浮液的穩(wěn)定性表現(xiàn)在懸浮液中加重質(zhì)的沉降速度，而懸浮液的穩(wěn)定性和粘度受到加重質(zhì)本身的粒度組成、懸浮液煤泥含量的影響，且重介質(zhì)選煤過程中，懸浮液中的煤泥是必然存在的。

原煤在重介質(zhì)懸浮液中的分選過程，通?？梢钥醋魇俏锪显谝欢ㄕ扯鹊囊后w中作干擾下沉并分層的過程，沉降速度不但與物料本身和介質(zhì)懸浮液的密度差有關(guān)，還與懸浮液對(duì)物料運(yùn)動(dòng)的阻力有關(guān)。重介質(zhì)懸浮液中煤泥含量越高，懸浮液的粘度越大，原煤沉降分層過程中的運(yùn)動(dòng)阻力就越強(qiáng)，原煤顆粒按密度分選的精度就越差。

表3為懸浮液中不同煤泥含量對(duì)不同粒級(jí)煤炭分選效果的對(duì)比，從表3中可以看出，當(dāng)選用相對(duì)粗級(jí)磁鐵礦粉時(shí)，懸浮液需要一定含量的煤泥維持穩(wěn)定性，當(dāng)煤泥含量較低時(shí)，由于懸浮液欠缺穩(wěn)定性，原煤分選精度相對(duì)不高，隨著煤泥含量的增加，分選效果逐漸提高，當(dāng)煤泥含量增加到一定程度時(shí)，懸浮液粘度的增加會(huì)對(duì)分選效果造成惡化。因此，在滿足懸浮液穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，煤泥含量較低時(shí)有利于煤炭的精確分選。

表3 懸浮液中不同煤泥含量對(duì)分選效果的影響

3 結(jié)論

目前傳統(tǒng)系列產(chǎn)品在旋流器的加工制造與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用方面應(yīng)用廣泛，但傳統(tǒng)產(chǎn)品在處理現(xiàn)場(chǎng)具體煤質(zhì)方面存在適應(yīng)性不足的問題，特別是對(duì)于能直接決定懸浮液的穩(wěn)定性和洗選效果的工藝參數(shù)，如懸浮液粘度、磁鐵礦粉的粒度組成等，因此不能確保煤炭得到高效的分選。

旋流器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及應(yīng)用需要以先進(jìn)、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理為原則，對(duì)旋流器關(guān)鍵部位結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行合理設(shè)計(jì)并改造，使其適應(yīng)旋流器內(nèi)部流場(chǎng)的轉(zhuǎn)變和變化，減小流場(chǎng)自身的能量消耗。根據(jù)極難選原煤的篩分、浮沉等資料對(duì)精煤、中煤和矸石的產(chǎn)率、灰分等產(chǎn)品要求來確定旋流器合理結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)才是關(guān)鍵所在。生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品質(zhì)量可通過調(diào)整入料壓力、懸浮液密度及改變結(jié)構(gòu)參數(shù)等因素來實(shí)現(xiàn)調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)最終滿足極難選煤炭的有效分選。

[1] 丁晴晴.淮北選煤廠重介中煤再選試驗(yàn)研究[D]. 徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2014.

[2] 張鳳桐.GB/T 16417—2011《煤炭可選性評(píng)定方法》編制說明[J]. 潔凈煤技術(shù)，2013(5)：127-128.

[3] 單 超.重介質(zhì)旋流器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)分選效果的影響[J]. 煤炭加工與綜合利用，2014(7):58-60.

[4] 張力強(qiáng).影響重介質(zhì)旋流器分選效果的工藝因素分析[J]. 煤炭技術(shù)，2014(4):226-227.

[5] 朱家堯，李 濤，孫銘華，等.無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器工藝的監(jiān)控措施[J]. 煤質(zhì)技術(shù)，2011(5):68-71.

Analysis of the key points in control of process paramereters in heavy-medium separation of extremely difficult-to-wash coal

ZHANG Li-qiang

((Tangshan Research Institute Co., Ltd., China Coal Technology & Engineering Group, Tangshan, Hebei 063012, China)

The paper first presents an introduction to China's raw coal washability evaluation criteria and then points out the problems concerning the underutilization at the present stage of the extremely difficult-to-wash coal especially the scare coal resources. Then, an in-depth analysis is made of the key points in control of the process parameters involved in heavy-medium separation of the above-cited coal. The research-derived achievements provide a certain technical support for the design of the parameters involved in separation of difficult-to-wash coal with H.M. cyclone in the future.

H.M. cyclone; extremely difficult-to-wash coal; process parameters; control points

1001-3571(2016)06-0095-03

TD942.7

A

2016-10-12

10.16447/j.cnki.cpt.2016.06.024

中煤科工集團(tuán)有限公司科技項(xiàng)目(2016MS021)

張力強(qiáng)(1979—)，男，河北省趙縣人，副研究員，從事重介質(zhì)旋流器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)及應(yīng)用工作。

E-mail: mumuxw01@163.com Tel：0315-7759443

張力強(qiáng).極難選煤重介分選過程工藝參數(shù)控制要點(diǎn)分析[J]. 選煤技術(shù)，2016(6)：95-97.