在不同煤质下对旋流器处理量的探索.doc

在不同煤质下对旋流器处理量的探索实践何青松 李权洪（重庆南桐矿业公司、南桐选煤厂，重庆万盛，400803）摘要：根据南桐选煤厂入洗原煤质量变化大的特点，探索旋流器在不同煤质下如何调控处理量，确保其最佳分选效果经验进行了介绍。关键词：探索旋流器处理量一、概述南桐选煤厂是一座隶属于南桐矿公司的群矿型选煤厂，采用不脱泥重介浮选联合工艺流程，处理能力为120万吨/年。主要入洗该公司所属的南桐煤矿、新田湾煤矿所生产的原煤及附近周边小煤窑所生产的部分低硫焦煤。产品主要有精煤、矸煤、硫精砂等产品。由于近两年矿井开采方式、煤层等因素的变化，其入洗煤质与设计时情况相比不太一致，对该厂旋流器的分选效果及处理量带来了较大影响。为此该厂广大工程技术人员针对这一问题进行了探索，根据旋流器分选原理并结合该厂实际，总结出了一套在不同入洗煤质情况下，如何调控旋流器处理量，确保旋流器最佳分选效果。二、旋流器处理量的相关影响因素旋流器的最佳处理量的前提是较好的分选精度或者Ep值。1、 旋流器分选的影响因素根据前苏联和我国前期的大量探索实验结果得知，旋流器分选好坏取决于以下因素：1）、介质粒度介质粒度组成越细，悬浮液就越稳定；入料中细粒度含量越多，要求介质越细，保证对细颗粒的分选。2）、煤泥含量适量的煤泥含量有助于提高悬浮液的稳定性。a、 一般低密度分选时悬浮液中煤泥含量控制为30%40%；b、 高密度分选时，由于煤泥含量增加会导致悬浮液粘度的上升，影响到细粒煤的分选，因此高密度下悬浮液中的煤泥控制为1020%。c、为了满足悬浮液流变特性和稳定性的双重要求，在选煤厂设计手册中有规定，即要求重介悬浮液的固体体积浓度一般应在15%35%之间。以此为依据计算出不同密度悬浮液的煤泥含量最大允许值，见表一。表一：不同密度悬浮液的煤泥含量最大允许值悬浮液密度KG.L-11.41.51.61.71.81.92.0煤泥含量%6050403020105从上表可看出，在低密度分选条件下，悬浮液允许的煤泥含量比较高，一般可以不进行选前脱泥。3）、旋流器的锥比锥比是旋流器底流口和溢流口的比值。一般在工业条件下，锥比在0.60.8时，分选效果较好。a、锥比与分选密度有着密切关系，锥比越小，分选密度越高。前苏联的库尔巴托夫总结有如下经验：du/do p=f(i) g/cm30.66 p=1.42i-0.510.50 p=1.48i-0.480.38 p=1.56i-0.540.33 p=1.91i-0.83p-分选密度i-悬浮液密度b、锥比还影响到悬浮液及固体物料在底流和溢流中的分配，其经验公式为：K（du/do)3=QU/QO 一般K取1.1。QU代表底流口悬浮液及固体物料量；Qo代表溢流口悬浮液及固体物料量；4）、安装倾角的影响不同结构类型的重介质旋流器的安装倾角有不同的要求。苏联的试验经验表明，安装角度从090度时，第一段旋流器的分选密度降低0.13g/cm3,第二段旋流器的分选密度降低0.2g/cm3 。这是分选旋流器的倾角对悬浮液的浓缩度产生影响的结果。见图8-9 5）、液固比对分选效果的影响a、一般入料煤粒度较细时，要求离心系数大一些，即加大循环量，随着液固比增大。但是循环量加大会使加重介质的浓缩作用加强，所以在介质较粗时，加大液固比反而会使分选效果变坏。b、在悬浮液稳定性较好时，分选效果随液固比的加大而变好，因为减少了分选物料的体积浓度，加大了干扰沉降速度。c、通常介质细、浓度小、液固比大时分选好。6）、入料压力的影响 入料压力加大，会提高处理量，也会适度提高分选密度，改善对-0.5mm的细颗粒的分选。 a、入料压力与离心系数有关，一般要保证离心系数V2/r=3040。而离心系数与颗粒的三次方成正比，当粒度变化时，矿粒所受离心力的变化就会非常大。据计算，当矿粒直径从3mm减小到1mm或从1mm减小到0.5mm时，在其它条件不变的情况下，矿粒所受离心力将会减小到27倍或8倍。这充分说明要改善细颗粒的分选，就必须保持足够大的离心力。离心力与旋流器的直径成反比。对一定粒度的矿粒而言，旋流器直径越大，在同样压头条件下，对矿粒产生的离心力越小，所以大直径旋流器的有效分选下限必然粗。而要弥补这一缺点，就必须按相同比例加大入料压头，以获得必要的离心力。见下图 综上所述，改善细颗粒分选的有效途径有二：一是减小旋流器直径；二是适度加大入料压头。目的都是为了提高细颗粒所受的离心力。b、 压力与矿浆处理量的关系式：，当压力增大2倍时，矿浆量增大1.414倍。但在磁铁矿粉粒度不够细时，提高入料压头将影响悬浮液的稳定性，造成底、溢流介质密度差别大，对分选不利。试验表明，500mm旋流器分选0.51mm煤时，Ep值是分选-4mm煤的2倍，分选效率降低一半。见下图 上图显示了旋流器直接变大后，精煤中带矸石的变化，说明分选效率下降后带来的混杂现象增加。2、 旋流器处理量影响因素旋流器处理量与旋流器自身大小、结构及所处理原煤密度组成有着一定的关系。1）、旋流器额定处理量的规定 a、 选煤设计规范规定，旋流器在最佳分选效果下，处理能力为： 干煤处理能力t/h.m2 200320 吨煤介质循环量 m3 2.54.5b、戴少康在论工艺设备选型在选煤厂设计中的重要性一文中对旋流器在最佳分选效果下的处理能力总结了一个经验公式。即：干煤处理量=200D2 t/h；悬浮液量=700800D2.5c、 前苏联曾对500mm旋流器作过处理量与分选Ep值的测试，见下图：从图中可以看出，在3050t/h的处理量下，500mm旋流器Ep值为0.04，超过50t/h后，分选效果就变坏。而采用戴少康经验公式计算，500mm旋流器的最佳处理量就是0.5*0.5*200=50t/h，证明了此公式的可用性，可以作为选煤厂设计对旋流器选型的计算依据。2） 处理量与原煤密度组成的关系a、旋流器的最佳分配比例为旋流器的一段底流量正好为1/3，此时旋流器的分选效果最有保证。但从大量的实践案例表明，当煤质变坏，从锥比为0.60.8的旋流器底流口中排出的物料量超过1/3时，旋流器的处理量将下降。而维持原处理量时分选效果将变差。b、当底流物料量达到2/3时，要保持较好分选效果，其处理量为底流量是1/3时的一半。下面我以南桐选煤厂在入洗原煤煤质变化与旋流器处理量探索实践前后为例一一进行介绍。3、 南桐选煤厂对旋流器处理量的探索实践南桐选煤厂在2009年以前，由于矿井开采方式变化不是很大，入洗煤质较为稳定，为此该厂基本按照生产习惯组织生产，未过多关注入洗原煤煤质对旋流器处理量的影响。然而由于09年矿井开始扩能，大量实行采掘机械化，煤层工作面发生变化后，原煤煤质也随之有了较大变化，按照以往的生产方式组织生产，生产中就表现出精煤含矸率较高、中煤带精煤量较大、数量效率偏低的现象，为此该厂针对此现状进行了探索，总结出了一套根据旋流器最佳分选效果应是其底流占三分之一的情况下，并结合悬浮液密度对旋流器底、溢流量分配的经验公式对旋流器的旋流器底流通过强度进行了计算，以此调节在不同煤质下旋流器处理量。1、 南桐选煤厂旋流器结构 南桐选煤厂根据生产实际需要选用的是860mm旋流器。该旋流器的有关参数如下：（见下图）圆柱直径：860 mm； 圆柱长度：650 mm；溢流口直径（D1）：350mm； 底流口直径（D2）：270 mm；圆筒断面积=0.581 m2 ；锥比：D2/D1=270/350=0.7714 2、 南桐选煤厂入洗原煤粒度控制依据据月综合资料可知，原煤粒度组成中， -3mm达59%左右，-6mm为74%左右。见下图由于其粒度较细的煤粒中灰、硫均较低，入洗原煤硫分较高，为了解离脱硫，南桐选煤厂其入洗上限按25mm设计，35mm控制。3、 南桐选煤厂旋流器锥比及底、溢流量比例1）我厂用860mm旋流器锥比为270/344=0.7852）根据悬浮液及固体物料在底流和溢流中的分配经验公式为：K（du/do)3=QU/QO 可求得南洗厂的860mm旋流器QU/QO=1.1（0.785）3=0.532底流量=0.532溢流量 入料量=1.532溢流量 溢流量=0.653入料量 m3/h4、根据以上情况计算该厂在不同入洗原煤质量情况下，旋流器处理量及分选效果情况1）南洗厂的860mm旋流器设计时，提供的原煤资料中，原煤灰分为25.28，在矿井开采方式采用机械化后，原煤灰分不断上升，2008年达到28.59，2009年17月达到32.86，见下表二：表二： 项目设计原煤资料2008年2009.17月1.51.8%13.5211.5912.69+1.8%20.1925.7631.37+1.533.7137.3544.06Ad%25.2828.5932.86处理量t/h130/260112.5/225123.5/247选煤效率/94.08990图一：120万吨时设计时原煤资料、2008年、2009年17月份原煤月综合资料中原煤各密度级组成比较情况柱状图：从以上表和图可看出，在2009年，随着矿井采掘机械化的推广，原煤灰分已比设计时增加7.58%，增长30%；而中煤和矸石增加了10.35%，增长率30.7%。这样的含量已经偏离了旋流器的最佳分选区，即旋流器的最佳分配比例为旋流器一段底流量正好为入料量的1/3的区域，如果要保持原有的入洗量，就难以保证其旋流器最佳分选效果。2）针对以上各种煤质在不同处理量下的情况下进行计算，来分析旋流器内部的流态情况。即设定处理量分别为年规模110万吨和处理量为132万吨时，旋流器内部的流态情况，其中煤质又分两种情况，一种是灰分为25%左右，中煤和矸石含量为33.71%，另一种是灰分32%以上，中煤和矸石含量为44%。表三：860mm旋流器内部流态计算比较表（120t/h) r+1.5=33.71% 项目面积m2固体量t/h体积量m3/h通过速度mm/s矿浆量m3/h矿浆速度mm/s入料断面0.470512078.4346.3420+78.43=498.43294.27溢流断面0.09379.5556.68169.30274.15+56.68=330.83988.14底流断面0.057340.4521.75105.44145.85+21.75=167.6812.49*各处物料真密度取值：入=1.53 溢=1.40 底=1.86 表四：860mm旋流器内部流态计算比较表（120t/h) r+1.5= 44% 项目面积m2固体量t/h体积量m3/h通过速度mm/s矿浆量m3/h矿浆速度mm/s入料断面0.470512075.9744.85420+75.97=495.97292.81溢流断面0.09364.846.29138.26274.15+46.29=320.44957.11底流断面0.057355.229.68143.88145.85+29.68=175.53850.93*各处物料真密度取值：入=1.58 溢=1.40 底=1.86 表五：860mm旋流器内部流态计算比较表（143t/h) r+1.5= 33.71% 项目面积m2固体量t/h体积量m3/h通过速度mm/s矿浆量m3/h矿浆速度mm/s入料断面0.470514393.4655.18500+93.46=593.46350.37溢流断面0.09394.7967.54201.73326+67.54=393.541175.45底流断面0.057348.2125.92125.65174+25.92=199.92969.17*各处物料真密度取值：入=1.53 溢=1.40 底=1.86表六：860mm旋流器内部流态计算比较表（143t/h) r+1.5=44% 项目面积m2固体量t/h体积量m3/h通过速度mm/s矿浆量m3/h矿浆速度mm/s入料断面0.470514391.0353.74500+91.03=591.03348.93溢流断面0.09380.0857.2170.85326+57.2=383.21144.56底流断面0.057362.9233.83164.00174+33.83=207.831007.51*各处物料真密度取值：入=1.57 溢=1.40 底=1.86 从表三六可见在煤质变化后，底流排出物的量上升了30%。必然带来旋流器分选效果变化。究其原因，与旋流器内部的流态有关，在旋流器溢流管口 和底流管口之间，有一个分离场，较轻的物料从分离场上部很快进入溢流，较重的产物则沉积在分离场下部，从底流口排除，而分选密度邻近的物料则在此区域上下沉浮，随概率分配进入溢流或底流，对某个特定的旋流器来讲，稳定的分选效率下，这个场有相对固定的位置和大小，此状态下底流固体物的通过强度（通过强度=通过量/面积）是恒定的。一旦处理量加大或入洗原为煤密度组成变化导致底流物增多，都会使底流通过强度加大，压缩分选场空间，使分选密度附近更大范围的邻近物料的运行状态紊乱，分选效果变差；如果要在原煤密度组成变化后保持同样的分选效果，就得控制底流物料通过强度，那么就只有通过减少旋流器处理量来实现。或者通过改变底流口大小来保持通过强度，以其保持或提高处理量，但这样又会使旋流器锥比发生一定变化，影响内部分选场位置，同样难以保证旋流器最佳分选效果。3） 不同入洗煤质在不同处理量下旋流器通过强度的变化。我们仍以前面列举的几种煤为例，分A、B、C三种方案来计算它们在不同处理量下底流通过强度情况。见表七表七：不同底流量下860mm旋流器底流固体物通过强度比较表：项目面积m2r+1.5=33%,Q=148t/h,137万吨/年 Ar+1.5=44%,Q=120t/h, 111万吨/年 Br+1.5=44%,Q=148t/h,137万吨/年 C固体量t/h强度t/h.m2 固体量t/h强度t/h.m2 固体量t/h强度t/h.m2 入料断面0.4705148314.6120255148314.6溢流断面0.09399.16106667.2722.665.12700底流断面0.057348.84852.452.8921.565.121136.5从上表可知： A方案是按旋流器额定处理量进行处理的，其底流物刚好占入料1/3的情况下，计算出的通过强度，即底流通过强度为850t/h.m2左右；B方案在入洗原煤密度组成变差，+1.5上升以后，旋流器处理量降低到120 t/h的情况下，计算出底流通过强度为920t/h.m2，超过了正常值。C方案以B方案煤质为基准，但旋流器处理量保证为额定处理量的情况下，计算出底流通过强度高达达到1136 t/h.m2，超A方案正常值33.65%，分选必将变坏。 综上可以看出，在入洗煤质变差的情况下，如果仍要保持入洗量不变，必然会增大底流通过强度，扰乱旋流器分选场，影响旋流器分选效果。5、南桐选煤厂对旋流器处理量探索前后生产实际情况1）探索前该厂在旋流器处理量上基本是按日常生产习惯，未过多关注入洗原煤煤质的变化对旋流器分选效果的影响，其生产情况见下表。表七：2009年812月份生产情况（探索前）月份原煤(r+1.5)%最佳处理量t/h实际处理量t/h（实际-最佳）t/h（实际-最佳）/最佳精煤(r+1.8)%中煤(r-1.4)%数量效率%840.78240 2477 3.11 %0.442.0294.04944.16221 24827 12.11 % 0.612.2193.501039.80245 2538 3.08 %0.422.0492.201145.22216 26347 21.75 %0.642.1189.351247.23207 28073 35.38 % 0.611.9788.31192）探索后该厂严格按照旋流器的最佳分配比例即旋流器的一段底流量正好为1/3，此时旋流器的分选效果最有保证为标准，并结合悬浮液及固体物料在底流和溢流中的分配经验公式为：K（du/do)3=QU/QO 对旋流器在不同煤质情况下的底流通过强度进行计算，并以此确定不同煤质条件下，旋流器不同处理量，其生产情况见下表。表八：2010年110月份生产情况（探索后）月份原煤(r+1.5)%最佳处理量t/h实际处理量t/h（实际-最佳）t/h（实际-最佳）/最佳精煤(r+1.8)%中煤(r-1.4)%数量效率%146.08212 2219 4.25 % 0.512.6594.02244.35220 2266 2.61 % 0.421.7595.37344.99217 2214 1.78 % 0.481.8594.62442.95227 2314 1.57 % 0.431.3996.23542.19232 2331 0.63 % 0.411.5497.33642.71229 228-1 -0.31 % 0.421.6098.65746.50210 2199 4.25 % 0.341.8496.39843.78223 2263 1.