粗煤泥分选设备及工艺探讨

文章编号:1001-3571(2007)05-0056-03粗煤泥分选设备及工艺探讨聂倩倩,沈丽娟,陈建中,赵卫彬,戴化震,胡言凤,钱海军,李晓英(中国矿业大学化工学院,江苏徐州221008)摘要:介绍了目前常用的粗煤泥分选设备螺旋分选机、煤泥重介旋流器、水介质旋流器、TBS 干扰床分选机等的工作原理和适用范围,并结合工艺着重比较了利用螺旋分选机和煤泥重介旋流器分选粗煤泥的优、缺点。

关键词:螺旋分选机;小直径重介旋流器;粗煤泥分选工艺;比较中图分类号:TD94 文献标识码:B 收稿日期:2007-07-09作者简介:聂倩倩(1984-),女,安徽蚌埠人,中国矿业大学在读硕士生。

联系电话:(0516)83995157。

随着采煤机械化程度的提高,原煤中细粒含量不断增多,给煤泥水处理系统带来困难。

目前,我国的重介选煤工艺大多采取不分级入选和不脱泥入选,设备趋向大型化。

这种做法虽然简化了工艺,但是不利于提高全粒级煤炭的分选效率,而且现有设备分选精度也达不到工艺要求。

重介质旋流器的分选粒度范围是50~0 5mm,但是生产实践表明,重介旋流器直径超过750mm 时,对于<3mm 粒级(3~0 5mm )物料的分选精度较差;浮选机的分选粒度范围是<0 5mm,但在生产中仅仅能对<0 3mm 物料实现有效分选,>0 3mm 的粗煤泥在浮选过程中极易因气泡的携载能力不足而损失在尾矿中。

因此,在重选和浮选之间存在一个有效分选粒度的缺口,即重选随着粒度的减小,分选效率下降,而浮选则随着粒度的增大,分选效率逐步降低。

因而,粒度处于重选和浮选有效分选范围交界附近的煤粒分选效率最低[1]。

因此,实现粗煤泥的有效分选,是目前选煤行业亟待解决的问题之一。

1 常用的粗煤泥分选设备近些年来,国内外的选煤工作者在粗煤泥分选领域进行了大量的研究,研制出很多粗煤泥分选设备,例如螺旋分选机、小直径重介旋流器、水介质旋流器、干扰床分选机(TBS)等。

1 1 螺旋分选机螺旋分选机是一种依靠液流特性,在重力和离心力的作用下实现不同密度矿物分离的分选设备。

入料自螺旋分选机上端给入,沿螺旋槽向下作回转运动。

料流在螺旋槽内运动的过程中,沿槽的内侧至外侧,水层的厚度逐渐增大,矸石等重矿物颗粒逐渐移入下层,煤等轻矿物浮于料流上层,形成了以重产物为主的下部流动层和以轻产物为主的上部流动层。

颗粒群实现分层后,由于重产物位于下层,与槽体接触,又受到上层液流的压力,运动阻力加大,与轻产物形成一个速度差。

轻产物受螺旋料流的作用向槽的外缘运动,重产物在重力、流体动压力、摩擦力和惯性离心力的作用下向槽的内缘运动,中间密度物料则占据槽的中间带,即轻、重颗粒在横断面上实现了基本按密度分带。

在螺旋分选机底部,用产品溜槽分别收集这些物料,从而实现轻、重产物的分离[2,3]。

螺旋分选机最早用于动力煤选煤厂分选粗煤泥,入料粒度为3~0 1mm 。

螺旋分选机分选精度较高,分选下限低,能出精、中、尾三种产品,并可任意调节;设备占地面积小,单位面积处理能力大;其本身没有运动部件,不用药剂和介质,入料不需要压力,操作简便,维修量小,加工费低。

分级浓缩设备的底流可自流到螺旋分选机上方的矿浆分配器,再由矿浆分配器分配给螺旋分选机组中的各台设备[4]。

其缺点是机身高度大,煤质变化时工艺参数不易调节;分选密度较低时,分选效果较差。

1 2 煤泥重介旋流器煤泥重介旋流器是利用离心沉降原理进行分选的设备,本身没有运动部件,结构简单。

重介质旋流器的选煤过程为:固、液悬浮液以一定的压力从进料口切线(摆线或渐开线)给入旋流器,在柱段器壁的导流作用下,悬浮液强烈旋转,并同时沿着器壁向下做螺旋运动,形成向下的外旋流;外旋流在向下的运动过程中,由于锥段渐渐收缩,流动56第5期2007年10月 选 煤 技 术COAL PR EPARAT ION TEC HNOLOGYN o 5O ct 2007阻力增大,到达底流口附近后,迫使外旋流中除部分流体从底流口流出外,大部分流体转而向上运动,在内部形成向上的回流,即内旋流,并从溢流管流出。

因此,旋流器内的流体流动呈双螺旋结构模型(图1)。

在旋流器内的旋转流场中,悬浮液中密度大的颗粒在离心力的作用下容易移向器壁附近,并随外旋流在底流口排出;密度小的颗粒,来不及到达器壁即随内旋流从溢流口排出。

这样,悬浮液中的不同密度组分得到了分选[5]。

图1 重介质旋流器分选原理图据国外生产经验,煤泥重介旋流器的有效分选粒度范围为1~0 045mm。

在分选过程中,小直径旋流器可产生较高的离心系数,使粉煤颗粒受到远大于其在重力场及大直径重介旋流器中受到的分选力,从而实现煤粉(泥)的有效分选。

采用煤泥重介旋流器工艺处理粗煤泥,其分选密度调节范围宽,对入选原煤质量波动的适应性强,而且煤泥重介旋流器中重悬浮液的密度接近分选密度,因而分选精度高,费用比常规浮选低[6]。

其缺点是分选效果易受煤泥加重质的粒度和分选密度控制等因素的影响。

1 3 水介质旋流器水介质旋流器分选原理是:在一定压力下,物料以切线或渐开线给料方式进入旋流器筒体,形成螺旋运动。

渐开线入料方式可以将湍流程度降至最低,而最大程度地将动能转化为离心力。

在离心力场中,高密度颗粒离心沉降速度大,集中在旋流器外层,随外螺旋流向底流口运动;低密度颗粒离心沉降速度小,集中在旋流器内层,随内旋流向溢流管运动,形成按密度分层的规律[7,8]。

水介质旋流器的锥体有一个大的锥角,锥体角度的增大会产生一个向上的推力,使得高密度颗粒产生悬浮的旋转床层,可起到类似重介质的作用,密度低的颗粒不能穿透该床层进入底流而通过溢流管排出,成为精煤产品,重产物则通过底流口排出。

水介质旋流器结构简单、布置方便,分选细粒煤生产成本低。

但其分选精度远不如小直径重介质旋流器,而且,一般入料的粒度范围比较窄,分选下限高,产品质量不能保两头,溢流不经过脱泥达不到精煤灰分要求。

因此,目前很少利用该设备进行粗煤泥分选。

1 4 TBSTBS的分选原理是基于颗粒在流态化床层中的干扰沉降原理。

物料由上部入料口给入,在上升水流带动下,颗粒在矿浆分配盘上方形成流态化床层,同时产生出适合于原煤分选密度的自生介质。

低密度颗粒从上部的溢流槽中排出,高密度颗粒则由底部的底流口排出。

它利用入料中的重产物在上升水流作用下实现流态化以提高悬浮液的密度,从而将物料按照沉降速度的不同进行分离。

当入料的粒度范围较窄时,密度对沉降速度的影响起主导作用,这时可视为按密度分选[9,10]。

干扰床分选机处理能力大,就其分选原理来说,上升水流速是影响其精煤质量和产率的重要操作参数,而对底流的控制又直接影响上升水流速。

TBS的底流控制是靠对流速的测定来进行自动调节的,但是现行的自动检测和控制系统并不完善,对底流的控制不能完全实时跟踪,这样就会导致整个分选过程的不稳定,影响精煤的质量和产率。

因此该设备本身还不成熟,工业应用也不多。

2 两种典型的粗煤泥分选工艺2 1 螺旋分选螺旋分选机是粉煤、粗煤泥分选设备之一,并已系列化。

适合分选炼焦煤、动力煤,可以生产不同灰分的精煤,在工业上已推广应用。

典型的粗煤泥螺旋分选工艺流程(图2)是原煤经过脱泥筛脱泥,筛上物料进入重介分选系统,筛下细泥经过浓缩旋流器浓缩后,底流进入螺旋分选机,分选出精、中、尾煤三种产品。

螺旋精煤采用弧形脱水筛和离心机脱水,传统工艺中一般都把中煤和矸石合并脱水,再视各厂实际情况选择作为中煤还是矸石销售。

脱水筛的筛下水,离心机的离心液及浓缩旋流器的溢流进入后续的分选(如浮选)或澄清浓缩(如浓缩机)环节。

该工艺的主要特点是:由于螺旋分选机可以实现2~0 10mm物料的有效分选,脱泥筛的筛孔尺寸可选择2mm或1mm。

这样不仅保证了脱泥筛的脱泥效率,而且对重介分选精度的提高也很有好处。

重介旋流器对3~0 5mm物料的分选效果不是很理想,当分选下限提高到2mm或1mm时,不仅57第5期 聂倩倩等:粗煤泥分选设备及工艺探讨 2007年10月25日使分选精度大大提高,而且由于进入重介分选系统煤泥量的减少,使合格介质中的煤泥量也相应减少,有利于降低介耗。

同时由于只有<0 10mm级物料进入煤泥水系统,可有效缩小煤泥水系统的规模,降低全厂的运行成本。

图2 粗煤泥螺旋分选工艺流程图2 2 煤泥重介我国的煤泥重介工艺流程(图3)基本上是从精煤弧形筛筛下的精煤分流箱分流出来一部分含有介质和精煤泥的悬浮液,经料桶用泵以一定压力打入小直径重介质旋流器组进行分选。

煤泥重介旋流器组的溢流和精煤稀介混合进入精煤磁选机回收磁铁粉;底流进入中煤磁选机。

精煤磁选机的精矿和精煤弧形筛分流箱的另一部分合格介质与精煤脱介筛筛下第一段合格介质一起回合格介质桶,作为分选介质循环使用[11]。

图3 煤泥重介工艺流程图本工艺的主要特点是:煤泥重介旋流器的有效分选粒度范围是1~0 045mm,能对在大直径旋流器中得不到有效分选的煤泥实现有效分选,提高精煤产率;分选细粒煤的小直径重介旋流器与大直径重介旋流器联合使用,充分利用了大直径旋流器本身特有的对介质的浓缩分级作用,使溢流悬浮液中磁铁矿粉较细,两者可以共用一套介质系统,勿需单独设置超细粒介质系统。

小直径重介旋流器分选出的细粒煤产品随悬浮液一起进磁选机脱介。

2 3 工艺选择螺旋分选机操作简便,运行成本比煤泥重介旋流器低得多,但只适宜分选易选和中等可选煤。

采用煤泥重介旋流器工艺处理粗煤泥,分选密度宽、对入选原煤质量波动的适应性强、分选精度高,且可与大直径重介旋流器共用一套介质系统。

缺点是分选精度直接受到大直径重介旋流器运行状况的影响,生产调节困难[12]。

具体选用何种粗煤泥分选工艺,应结合实际情况确定。

采用选前脱泥分选工艺的,脱泥筛筛下物料浓度较大,经过浓缩旋流器的适当调节,很容易达到螺旋分选机适宜的入料浓度,则可采用螺旋分选机分选粗煤泥。

另外,采用该工艺,可将脱泥筛筛缝适当增大,提高重介分选下限,以改善大直径旋流器的分选效果。

对于不脱泥重介质分选工艺,一般选用煤泥重介旋流器来进一步分选粗煤泥。

这不仅可弥补大直径重介质旋流器分选下限高,无法对煤泥进行有效分选的缺陷,而且能解决煤泥分流问题,有效回收粗煤泥,使精煤灰分更容易控制。

不管采用哪种粗煤泥分选工艺,都可减轻浮选入料量,降低选煤成本。

3 结语(1)虽然已有不少粗煤泥分选设备可选用,但多数设备的分选精度尚不能对粗煤泥进行有效分选,能与工艺较好结合的设备更少。

(2)现场较成熟的粗煤泥分选设备是螺旋分选机和小直径重介旋流器,但这两种工艺依然存在着缺陷,各自具有一定的适用范围或局限性,用户应根据具体情况作技术经济比较后选用。

(3)粗煤泥分选不仅可以提高精煤产率,减少入浮量,降低生产成本,带来可观的经济效益,而且也可减少煤泥对环境的污染,有明显的社会效益。