如何合理选择重介旋流器选煤工艺？

大量的选煤厂生产实践可以表明，重介旋流器选煤是目前我国应用最广、效率最高的选煤方法，它以磁铁矿粉作加重质，在外加压力产生的离心力场和密度场中，可使精煤、中煤和矸石得以有效分离。


重介旋流器选煤工艺按旋流器本身的结构分，大致可以分为有压和无压（按原煤入料方式分）、两产品和三产品）按产品结构分）、大直径和小直径（按直径大小分）；而按照分选粒级来分，可以分脱泥和不脱泥、分级和不分级等，由此一来，可以组合出十几种不同的重介旋流器选煤工艺，那么，在选煤厂设计过程中，如何根据入选原煤的特点，结合厂型的大小来进行合理的选择呢?


1、选前脱泥和不脱泥的合理选择


目前运行的选煤厂中，脱泥和不脱泥工艺均有成功的先例，但争论却从未停止过，但究竟是脱泥好还是不脱泥好呢？本人认为应该根据入选原煤的煤泥含量和选煤厂的厂型大小综合考虑。


重介悬浮液的粘度随着固体体积浓度的增大而上升，一般认为重介旋流器选煤过程中，合适的固体体积浓度λ应该在15-35%之间，当λ<15%时，悬浮液的稳定性不好，但当λ>35%时，悬浮液的粘度增大而不利于分选。根据这些经验数据，在重介旋流器选煤生产实践中，应该如何根据原煤中的煤泥含量来确定是否需要选前脱泥入选呢？我们可以进行以下计算。


设定：磁铁矿粉的密度为4.5 t /m3，煤泥的密度为1.5t /m3，合格悬浮液的固体体积浓度λ=30%，原煤和悬浮液的固液比为1：3.5，那么可以计算出当重介旋流器内的固体体积浓度λ=35%时，重介旋流器的入料原煤中的最大煤泥含量以及悬浮液中煤泥含量变化，见下表。
 

 

从表中数据可以看出，在满足悬浮液流变特性和稳定性双重要求的前提下，重介旋流器入料原煤中的最大煤泥含量在40%以上，因此说，一般情况下原煤选前不脱泥在理论上是可行的。


基于以上理由，本人认为当原煤中煤泥的含量不是太高，特别是煤泥含量<25%时，完全可以采用不脱泥分选工艺，大量的生产实践完全可以证明这一点。


但是，当煤泥含量>25%时，是否就一定采用脱泥入选工艺呢？这还要结合一下厂型来考虑，对于1.20Mt/a以下厂型的选煤厂，重介旋流器直径不大，对于粗煤泥具有较好的分选效果；在无需增加脱介筛台数的前提下，适当加大脱介筛的面积，就可以保证较低的介耗，这种情况下，也还是可以采用不脱泥分选工艺的；因为此时如果采用脱泥入选的话，首先要增加脱泥筛，这就需要占据厂房空间，尤其是对于无压给料重介旋流器来说，还需要增加厂房的高度；其次，由于脱泥作业需要大量的喷水，这会给煤泥水处理环节增加很大的负担；第三，由于脱下来的煤泥未经重介旋流器的预分选，使进入浮选作业的入料灰分增加，而且也会增加煤泥浮选作业的处理量。这相对于不脱泥入选而言，会增加不小的投资。


对于>1.20Mt/a厂型的选煤厂，如果煤泥含量不是很大，可以考虑配套煤泥重介分选环节，以弥补大直径主选重介旋流器对煤泥分选效果差的不足；当煤泥含量较大时，则可以优先考虑脱泥入选，但脱下来的粗煤泥要配套螺旋分选机或TBS干扰床分选机进行单独分选，而不能简单地直接进入浮选系统，因为浮选的最佳粒级在0.3mm以下，否则，会出现浮选尾煤跑粗的现象。


2、重介旋流器有压给料和无压给料的选择


有压给料重介旋流器的工作过程是：先将物料和重介悬浮液混合，然后通过渣浆泵打入旋流器中进行分选；无压给料重介旋流器的工作过程是：重介悬浮液用渣浆泵打入旋流器，而物料由一定高度处自流进入旋流器中进行分选。


两种旋流器的工作过程不同决定了其各有优缺点：


（1）对于有压给料重介旋流器分选过程而言，物料在混料桶中与重介悬浮液要经过一定时间的浸泡，而且要经过渣浆泵叶轮的高速撞击，所以会产生矸石泥化现象，同时使次生煤泥量加大，从而影响重介悬浮液的密度、粘度等参数的变化，影响分选效果；同时，会使块状物料破碎严重，不利于保证块煤的产率。但对于无压给料重介旋流器的分选过程来讲，重介悬浮液和物料是分开进入旋流器的，所以避免了物料与重介悬浮液的长时间接触浸泡；同时，物料是自流进入旋流器内，未经渣浆泵叶轮的高速撞击，因此，可以最大程度地减轻矸石泥化、减小次生煤泥量、减少块煤破碎现象。


（2）对于有压重介旋流器来讲，由于物料要经过渣浆泵打入旋流器中，所以容易产生泵和管路的堵塞现象，同时也会加大渣浆泵及管路磨损，从而加大生产检修和维护量，使生产成本加大。但对于无压重介旋流器而言，物料是自流进入旋流器中，因此可以避免以上问题。


（3）从重介旋流器内悬浮液的密度场分布情况来看，在重介旋流器内，径向的密度由中心至器壁逐渐增大，也可以说粘度由中心至器壁越来越大。对于有压两产品重介旋流器或有压三产品重介旋流器的一段而言，入选原煤最先给入旋流器外旋流，而轻产物必须进入旋流器的内旋流才能成为精煤产品，然而，旋流器入料口处的外旋流粘度最高，轻产物（特别是小细度的轻产物）很难进入内旋流，因而造成精煤损失量大。而对于无压两产品给料重介旋流器或无压三产品旋流器的一段来说，入选原煤首先给入旋流器的内旋流，此处悬浮液的粘度最低，那么轻产物就不会进入粘度更高的外旋流，因此精煤损失量小；同时，由于重产物排出口接近原煤入料口，更利于重产物及时排出，所以排矸能力强，适合分选含矸量大的原煤。


（4）保证重介旋流器稳定工作的前提是稳定重介悬浮液的密度，对于有压重介旋流器而言，由于原料煤和重介悬浮液是混合在一起的，由于原料煤量的波动，要想准确测控重介悬浮液的密度存在一定的困难。而对于无压重介旋流器来说，重介悬浮液和原料煤分别单独给入旋流器中，悬浮液的性质不受原料煤变化的干扰，因此要想测准悬浮液的密度很容易实现，更利于悬浮液的自动化控制。


3、重介旋流器两产品和三产品的选择


（1）当生产要求出三个产品时


分选炼焦煤时，由于对精煤产品的灰分要求比较严格，绝大多数情况下必须出精煤、中煤和矸石三个产品才能同时满足精煤和矸石的灰分要求。


此时如果选择两产品重介旋流器，则必须用两段两产品旋流器，那么就需要两套重介悬浮液制备及回收系统，造成生产系统复杂；其次，对于二段排矸用旋流器来说，需要配制高密度的悬浮液，会加大泵和管路的磨损，同时也会加大介质损失量，使维护成本和加工成本加大。


选择三产品重介旋流器，则可以用单一低密度悬浮液一次分选出合格的精煤、中煤和矸石三种产品，相对于两产品重介旋流器来说，可以省去一套高密度重介悬浮液系统，这样一来，工艺系统简单、投资少，加工成本低。


（2）当生产要求出两产品时


动力煤分选只需将矸石排除掉即可满足市场对商品煤的质量要求，且对产品的灰分指标要求不严格，当分选密度不太高，采用两产品重介旋流器分选还是可以的，但如果分选密度太高，同样存在管路磨损严重、介耗高的问题。


如果采用三产品重介旋流器，可以实现用低密度悬浮液实现高密度分选排出矸石的目的，具体来讲，就是一段旋流器用低密度悬浮液进行分选，生产出低于合格精煤灰分的低灰分精煤；由于一段旋流器对悬浮液的浓缩作用，进入二段旋流器的悬浮液密度升高，从而分选出两个产品，溢流是高于合格精煤灰分的高灰分精煤，底流作为废弃的矸石产品；一段旋流器分选出的低灰精煤和二段旋流器分选出的高灰精煤一起合并为最终的合格精煤。如此一来，用三产品旋流器分选出两个产品的操作方法，相比用两产品旋流器分选出两个产品而言，可以采用更低密度的悬浮液，从而可以减少管路磨损，降低介耗。


4、重介旋流器直径大小的选择


从重介旋流器的分选机理可知，矿粒在重介旋流器中受到的离心力与旋流器的直径成反比，而矿粒在旋流器内分离的时间与旋流器的半径的三次方成反比，因此说，原煤在重介旋流器内分选时，与旋流器的直径具有十分密切的关系。当原煤粒度组成较细时，宜采用小直径旋流器，以获得比大直径旋流器较高的离心力；而对于粒度较粗的原煤，则可以采用大直径旋流器，在保证分选效果的前提下获得大的处理量。


目前随着煤炭资源整合力度的加大，新建选煤厂多数是大型的，因此，为了达到系统简单化、设备大型化的目的，主选重介旋流器的直径也在不断加大，大直径旋流器的研制也一直在进行中。然而一味地扩大旋流器的直径，却忽视了对细粒级原煤的分选效果，想要保证细粒级原煤能够得到有效的分选，唯一的途径就是需要提高旋流器的入料压力，但是，过分提高旋流器的入料压力，也将会给实际生产带来诸如管路磨损严重、管理困难等一系列问题，同时在经济上也是不合算的。


因此，在选择和确定重介旋流器的大小时，应综合考虑原煤的处理量及粒度组成，不能只为达到大处理量就简单地选用大直径旋流器，当原煤粒度较细时，用2台小直径旋流器代替1台大直径旋流器不失为一种好的选择，因为可以在不增加功耗、不增加厂房面积的前提下，既可以满足大处理量的要求，又可以使细粒级的原煤得以有效的分选。目前，Φ1200/850重介旋流器经过大量生产实践的考验，证明是最为成熟的，更大直径的重介旋流器的研制是否必须值得思考。


5、结语


重介旋流器选煤是目前公认的分选精度最高的选煤方法，但在实际生产应用过程中，还应综合考虑原煤的特性，如原煤处理量、原煤的密度组成及粒度组成等，在此基础上选择合适的重介旋流器及相应的工艺流程，才能真正发挥它的作用。