3GDMC1300／920A型重介质旋流器在炼焦煤选煤厂的工艺效果.pdf

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1、No 6，2 0 08 煤炭加工与综合利用 CO A1 P R OC E S S I N G C O MP R E HE N S I VE U F I L I Z AT 1 0 N 3 G D MC 1 3 O O 9 2 O A型重介质旋流器在 炼焦煤选煤厂 的工艺效果 宋晓艳，朱艳芬，邹玲玲，漆景源 ，苑剑清，史涛涛(1 临涣选煤厂，安徽 淮北2 3 5 1 4 1；2 唐山国华科技有限公司，河北 唐山0 6 3 0 2 0)摘 要：临涣选煤厂在 8 O O Mt a的新 区西厂采用 3 G D M C 1 3 0 0 9 2 0 A型无压给料三产 品重 介质旋流器作为主选设备，分选高含矸

2、、高灰分炼焦煤时，能有效分选 出质量合格 的优质炼焦 精煤和纯净的中煤、矸石，精煤损失少，数量效率高，工艺效果好。关键词：选煤厂；无压三产品重介质旋流器；可能偏差；数量效率；效果 中图分类号：T D 9 4 2 7 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 5 8 3 9 7(2 0 0 8)0 6-0 0 1 1-06 淮北矿业集 团临涣选煤厂为矿 区型选煤厂，在原有 5 0 0 M t a规模 的基础上，又兴建 了总设 计能力为 8 O O M t a的西区新厂。新 厂共设 有三 条平行生产线，分别按三期工程施工。西区新厂 的每条生产线配置了二台由唐山国华科技有限公 司研究制造 的大型 3 G

3、 D MC 1 3 0 0 9 2 0 A型无 压给 料三产品重介质旋流器。现就 3 1 0 3 重介质旋流 器单机检查报告进行简要分析与评述。1 生产 工序 临涣选煤厂入选周边 5个煤矿的焦煤、肥煤 和瘦煤，其中孙疃矿、临涣矿为灰分大于 5 0 的 高灰分高含矸原料煤。(1)原料煤经准备车间的分级、破碎、手选 除杂工序，保证入选粒度 0 5 m m 粒 级 综 合 灰 分 达 4 6 6 1，属高灰分煤。其中 1 3 ra m粒级灰分高 达 7 5 以上，约占原料煤 的 1 5，集 中了大量 的 矸石。随粒级的减小，灰分有 明显降低，但 3 0 5 ra m粒级的灰分仍接近 3 0，该粒级产

4、率约 4 0，是分选的主导粒级。孙疃矿原料煤的粒度 组成类似这种情况。表 1 入选原料煤粒 度组成 粒级 mm 1 3 1 3 6 63 30 5 计 产率 2 1 6 9 1 4 6 4 2 4 0 8 3 9 6 0 1 0 0 0 0 灰分 7 6 9 0 5 8 6 0 4 0 0 9 2 9 5 6 4 6 6 1 2 2可 选 性 计算原料煤可选性见表 2，依此绘制的可选 性 曲线分别见图 1、图2。从表 2及图 1、2可知 这两种原料煤的共同特性是：(1)2 0 0 k g L密度级 的产率多达 4 3 0 7 一5 5 5 2 ，属高含矸煤。2 0 0 k g L密度级 的 含

5、碳量非常少，灰分高达 8 6 1 3 8 9 4 5。表 明原料煤中存在大量单体解离的矸石。l 2 煤炭加工与综合利用 2 0 0 8年第6期 一1 3 O 1 3 01 4 0 1 4 01 5 O 1 5 O 1 6 0 1 6 o 1 8 O 1 8 O 2 1 3 0 +2 0 o 合计 l 3 4 1 21 9 4 5 1 0 1 6 o 1 5 l 0 9 2 5 5 5 2 l o 0 0 o 5 2l l 0 2 6 1 9 5 6 3 0 1 9 4 0 3 8 5 6 0 8 8 6 1 3 5 3 3 8 1 o 0 o o 3 5 3 5 4 0 4 5 4 2 O 5

6、 4 3 5 6 4 4 4 8 1 o o 0 o 5 3 3 8 8 3 4 9 7 6 1 0 5 4 1 1 5 6 1 2 4 8 5 3 3 8 8 6 5 9 6 4 6 5 5 9 5 5 5 7 9 5 5 6 4 4 5 5 5 2 6 0 8 3 7 8 0 0 8 3 0 0 8 4 4 6 8 5 6 4 8 6 1 3 1 4 0 1 5 O 1 6 o 1 7 0 1 8 O 2 7 0 4 6 7 0 3 2 3 1 5 1 O 9 2 密度 6 k g L 灰分 a 图1 孙疃矿计算原料煤可选性曲线 3 分选效果 2次单机试验分选产物的密度组成和分配率 见表

7、3，0 5 mm粒级煤炭综合分选效果见表 4。3 1 第一段 分选效 果(1)对于第一段旋流器而言，用可能偏差 E (k g L)作为工艺性能指标，用数量效率 叼()作 密 度，k g L 灰tT J A d 图2 临涣：海孜(5：1)计算原料煤可选性曲线 为工艺效果指标。根据表 3的分配率数据绘制的 第一段旋流器的分配曲线见 图 3。由此可得 1、2 次单机试验的可能偏差 E值分别为 0 0 3 4 k g L和 0 0 4 3 k g L。两者是较接近 的。试验平均 E值为 0 0 3 9 k g L。这表明在旋 流器 的轻 产物 中携带大 于分选密度 的物料 以及重产物中混有小于分选密

8、度的物料都很少，分选精度是 良好的。2 0 0 8年第6期 宋晓艳，等：3 G D Mc l 3 0 o 9 2 0 A型重介质旋流器在炼焦煤选煤厂的工艺效果 1 3 表 3 分选产物密度组成及分配率 试验 日期 2 0 0 8年 3月 1 3日 2 0 0 8年 8月 l 4日 密度级 精煤 中煤 矸石 分配率 精煤 中煤 矸石 k 分配率 k g L 产率灰分 产率灰分 产率灰分 第一段第二段 产率灰分 产率灰分 产率灰分 第一段第二段 一1 3 0 3 2 4 2 5 2 0 2 1 6 7 0 8 0 O 0 0 O 0 0 4 5 0 O 0 2 0 4 2 4 7 4 0 O 0

9、0 O 0 0 O 0 0 O 0 0 0 o 0 0 0 1 3 01 4 0 5 3 1 5 1 0 2 5 2 1 7 1 3 8 6 0 o o O 0 0 0 2 7 O 0 o 5 9 9 3 8 7 5 2 1 5 1 0 1 2 0 0 0 O 0 o 0 7 2 0 0 0 1 4 0一1 5 O l 2 1 0 l 9 3 9 4 7 5 2 6 5 8 0 O 0 0 O 0 2 3 6 0 O 0 1 6 5 6 l 5 9 9 1 2 9 6 1 9 0 l 0 0 o 0 0 o l 3 4 9 0 0 0 1 5 O1 6 0 I 6 9 2 8 2 8 3 5

10、0 5 3 1 6 7 0 O 0 0 O 0 5 6 2 5 0 O 0 2 5 3 2 3 7 9 2 4 0 o 2 6 4 0 0 0 0 0 o 0 6 5，2 4 O 0 0 1 6 o1 8 0 O 4 5 3 6 6 4 4 8 8 3 4 0 9 1 0 I】4 1 1 9 8 7 4 2 4 5 5 0+4 3 2 9 5 7 3 2，2 7 3 8 3 3 n O 0 0 O 0 9 3 6 4 n O 0 1 8 02 0 o 0 1 9 4 9 9 1 5 7 2 5 0 3 7 1 2 3 5 8 0 4 9 1 3 0 8 2 1 4 0 1 4 5 3 7 6

11、2 1 0 0 5 3 4 5 0 1 6 4 5 4 8 9 6 7 4 3 3 7 +2 O 0 0 O 0 0 o o 1 3 2 6 9 5 4 9 8 6 6 8 6 1 4 l 0 0 O 0 9 9 9 5 0 0 0 0 0 0 7 6 2 6 4 I 4 9 9 8 4 8 9 8 9 l 0 o 0 0 9 8 3 l 合计 1 0 0 0 0 l 0 2 2 1 0 0 O 0 3 6 5 9 1 0 0 o o 8 5 7 4 1 0 0 o 0 9 6 6 l 0 0 0 o 3 7 5 0 1 0 o 0 0 8 9 8 2 表 4 0$m m粒级 煤炭综合分选效果

12、 试验 日期 2 0 0 8篮 3月 2 0 08钲 8月 设备编 号 3 1 0 3 睥号 肥煤 焦煤 原料煤 矿井 孙疃煤 灰分 5 3 3 8 4 6 3 2 计算 0 1 含量 (扣除 2 O O k g L沉矸)入料 可选性等级 中等 中等 理论分选 密度 k g L 1 5 5 1 5 2 精 煤 ：萼 分选 中煤 ，产物，产率 5 6 2 4 4 2 4 1 计白 灰分 8 57 4 8 9 8 2 分选(分配)密度 k g L 1 5 5 1 5 2 第一段 可能偏)k g L0 0 3 4 0，0 4 3 旋流器 理论精煤产率 4 1 4 8 4 8 9 8 数量效率 9 9

13、 3 1 9 8 1 5 第：=段 矸石带煤率 (2 O O k g L)0 0 6 1 7 0 数据检验均方差(2)两 次 单 机 试 验 的 数 量 效 率 分 别 为 9 9 3 1 和9 8 1 5 ，平均为 9 8 7 3，具有国际 领先水 平。这表 明混杂 在 中煤 里 的精煤 仅 有 1 2 7 ，工艺效果是很好的。(3)前者数量效率近乎 1 0 0 的原 因是精煤 灰分为 1 0 2 2 ，比后者高了0 5 6百分点。分选(分配)密度相应提高了0。0 3 k g L。3 2第二段 分选效果 该厂的重介质旋流器第二段分选密度高于 1 9 0 k g I ，所计算的分配率 只有 2

14、个数据点，无 婚 裔 1】芷 1j 密度 6 k g L。_ 9 _ e 峙2 0 0 8 3 1 3 i式验一2 0 0 8 3 1 4 试验 图3 第一段旋流器的分配率曲线 法按照 G B T 1 5 7 1 51 9 9 5 煤用重选设备工艺性 能评定方法 的要求绘制分配曲线，也无法查得 分选(分配)密度和可能偏差。可以采用矸石带煤 率和中煤带矸率这两项指标来评定第二段旋流器 的工艺效果。矸石带煤率 17 ,是小于界定 密度的煤炭在矸 石中的错配量(占入料)：m ：(1)m 一 ，y1 一 占 式中：矸石产率(占人料)，；y 一 矸石中小于界定密度级的煤炭产 率，；y 计算人料中小于界定

15、密度级的煤 炭产率，；界定密度，k g I ，设 6：2 k g L。中煤带矸率 m 是大于界定 密度 的矸石在中 煤中的错配量(占入料)：l 4 煤炭加工与综合利用 2 0 0 8年第6期 m：(2)m L z 1+6 式中：。中煤产率(占入料)，；+中煤中大于界定密度级的矸石产 率，；计算人料 中大于界定密度级 的矸 石产率，。两次单机试验的矸石带煤率和中煤带矸率见表 4。矸石带煤率平均值为 0 9 1，即 0 5 m m粒级 的原料煤中 0 5 m m粒级的原料煤中 2 0 0 k g L密度级 的矸 石混入到中煤的概率也不到 1 ，即象这样 的 1 t (试验 日期：2 0 0 8年

16、8月)中煤 中掺 杂 的矸 石 只有 8 8 k g(平 均 灰 分 为 6 6 8 4 )。这两个数据表明第二段旋流器分选精度是相 当好的，能够分选出纯净的中煤和矸石。根据试 验数据分析，3 G D MC 1 3 0 0 9 2 0 A型无压给料三产 品重介质旋流器在没有变动任何部位尺寸的条件 下，就非常适用于高灰分、高含矸劣质原料煤的 分选，可以得到质量合格的优质炼焦煤和纯净的 中煤和矸石。4 分选情况 在大型无压给料三产品重介质旋流器中各粒 级的分选效果值得关注。表 5列出各粒级的分选 效果，表 6列 出各粒级精煤的密度组成及第一段 旋流器的分配率，各粒级分配曲线见图 4。表 5 3 G

17、 D MC 1 3 0 0 9 2 0 A型 重介质旋流器各粒级煤炭分选效 果 粒级 mm 1 3 1 3 6 6 3 3 0 5 灰分 7 8 2 2 5 8 3 3 4 0 0 2 2 8 8 0 -+0 1含量(扣除 2 O k g L沉矸)1 7 4 7 1 8 5 2 2 3 4 2 l 5 5 O 计算人料 可选性等级 中等 中等 难选 中等 理论分选密度 k g L 1 5 3 0 1 5 1 0 1 5 0 0 1 5 4 0 产率(占本粒级)1 4 9 5 3 5 7 3 5 2 7 7 6 5 4 3 精煤 灰分 1 1 5 1 1 0 1 0 9 5 7 9 2 8 产率

18、(占木粒级)3 0 8 5 7 8 1 2 5 0 1 4 9 6 分选产物 中煤 灰分 4 5 6 2 3 7 8 2 3 5 5 0 3 7 5 3 产率(本粒级)8 1 9 7 5 8 4 9 3 4 7 3 1 9 6 1 氍 灰分 9 1 6 1 8 9 8 2 8 7 9 l 8 7 2 5 分选(分配)密度 k g L 1 5 2 8 1 5 0 5 1 4 9 5 1 5 3 0 可能偏差 k g L0 0 3 0 0 4 0 04 0 0 5 第一段旋流器 理论精煤产率(本级)l 5o 3 3 5 9 7 5 2 7 7 6 7 3 2 数量效率 9 9 4 5 9 9 3

19、2 9 8 1 1 9 7 1 9 矸石带煤率(2 O O k g L)数据检验均方差 0 7 O O 5 9 1 3 0 O 6 8 O 4 _4 0 8 5 O o o 1 2 8 1 2 4 0 O 0 6 8 8 0 8 O 从表 5、6及图 4可看出：(1)在第一段旋流器 中，随煤 炭粒径变小，数量效率有所减少，与此同时，随粒径变小可能 偏差值有所增大。这两项指标 的变化规律趋势是 相吻合的。(2)在第二段旋流器 中 1 3 ra m和 1 36 ram 两粒级的矸石带煤率仅为千分之七，6 3 m m和 3 0 5 ram两个细粒级矸石带煤率为零。而中煤 带煤率情况正相反，63 mm

20、和 30 5 m m两个 细粒级高于粗颗粒，尤其是 3 0 5 mm粒级，此 值近乎 7。(3)从各粒级精煤的密度组成看，在 1 3 m m 和 l 36 ra m两粒级 中不存在 1 6 0 k g L的产 物，而在 63 ra m和 30 5 mm两粒级中混有极 少量 1 6 01 8 0 k g L及 1 8 02 O O k g L的 产 物。这 就 表 现 在 0 5 ram 综 合 精 煤 中 混 有 0 1 4 的灰分为 5 3 7 6 的细粒矸石。由于这些 矸石的掺杂，使精煤灰分增加 了0 0 6百分点。2 0 0 8年第6期 宋晓艳，等：3 G D MC 1 3 0 0 9

21、2 0 A型重介质旋流器在炼焦煤选煤厂的工艺效果 1 5 1 将 l】玉 l】密度 6 k g L 。B e 争 1 3 mm_ 6-3 mm _ 卜 -I 3-6 mm_ 一 3 0 5 m m 图 4各粒级分配曲线 5 颗粒的切向速度对分选效果的影响 5 1 细粒 受力小 的分析(1)颗粒在重介质旋流器内的流动，在密度 场中受离心力和重力作用，由于离心力 比重力大 得多，在分析过程中重力作用可忽略不计。(2)当量 直径为 d，密度为 6的颗粒在旋转 半径 R处的切 向速度为。时，作用在它上面的 离心力 F 为：F 1=(3)与颗粒同体积密度为 的悬浮液切向速度为，给予颗粒的向心拖力 F 为

22、：F 2=7-d 3 A 1 2(4)颗粒所受的径向合力为：F ：(5)I 2 设 I，代人(5)式中，得 F：i r d3 L d一 )：I r d 3(硒一)=丁 D一 J L 0 设悬浮液临界密度 (7)将(7)式代人(6)式 中得：F：l_7 r d3 KL 6一，)(8)根据(8)式可作 以下分析：(3)同样密度的颗粒，其粒径不 同，则在离 心力场中受的力也有所不同。设 d为 5 0 mm颗粒 的径 向合力为 F。，5 0 ra m各粒径为 d 颗粒的径 向合力为 F ，由式(8)得：=(d (4)随粒径变小，合力变小(见表 7)。由此 可知，在同样的离心力场作用下，细粒受力要小 很

23、多，自然会延缓 它们在径 向按密度分层 的时 间，分选效果受到影响，所有的重介质旋流器都 遵循这一规律。而细粒 级在原料煤 中为主导粒 级，如何 改 善 细粒 级 分 选效 果 是 应该 正 视 的 问题 1 6 煤炭加工与综合利用 2 0 0 8年第 6期 5 2 精煤带矸的分析(1)当颗粒切向速度 和悬浮液的切 向速度 理想地视为等值时，即 V。=，根据(7)式，=A，表明颗粒按悬浮液密度进行分选。实际 上在重介质旋流器内的两相旋转流中，是 由液相 带动固相运 动的，二者 切 向速度不可 能完全相 等，即 V A，说明该颗粒的分选密 度大于悬浮液密度。(2)当颗粒的 6A 时，则 F 时，

24、则 F0，则该颗粒被甩向外旋转 流中成 为 重产物。(3)当：A 时，则 F=0，即颗粒所受径向 合力为零，处于临界状态，此时满足以下关系：6=()，即 舍 l，2 c。上式表 明，当密度为 6的颗粒切 向速度 小于此临界值时，颗粒将受到一个指向旋流器轴 心的合力，于是就穿过内外旋转流的分界面，造 成不应成为精煤的重产物混入，产生了细粒矸石 污染精煤的现象。(4)当悬 浮液 密度 =1 5 0 k#L时，根 据(1 0)式，可计算出不同密度颗粒的临界切向速度，和悬浮液切向速度 的比值(见表 8)，从表 中可直观看 出，虽然某颗粒的 6，但 因其切 向速度滞后，就有可 能改变运 动方 向，混入轻

25、 产物。表 8 在 悬浮 液 A=1 5 0 k g L时的颗粒临界切 向速度百分 比值(5)3 G D MC系列三产品重介质旋流器的原料 煤是依靠 自重无压给入的，初始切 向速度为零，然后随其径向位移，旋转的悬浮液带动物料作 同 向运动，使其切向速度得以增大。(6)原料煤在旋流器 中停 留时间短暂，为避 免少量细粒级矸石颗粒在切向速度未超过临界值 时造成污染，早在数年前，临涣选煤厂的东区老 厂采用 3 G D MC 1 2 0 0 8 5 0 A 型重介 质 旋 流器 时，就在其入口切 向给入部分合格悬浮液(其方 向与 旋流器旋转方向相同)，以促进物料尽快超过其 临界切向速度。在旋流器正常工

26、作时，给料管中间形成一个 与其内部相互贯通的空心柱，少量物料经过 中心 空气柱以极小的(甚至为零)的切向速度进入。针 对这一现象，创造性地设置 了布料锥，使其与给 料管内壁之间形成一个完全充满的旋转二相流，使全部颗粒在进入旋流器之前已得到加速。因选 煤厂设计上的某些原因，在新厂的旋流器入料管 中未设置布料锥，所以就出现了在精煤里混有极 少量 1 8 0 2 0 0 k g L密度颗粒的情况。6 结语 临涣选煤厂西 区新厂采用 3 G D MC 1 3 0 0 9 2 0 A 型无压给料三产品重介质旋流器单机试验证明，具有原创性 自主知识产权的大型高效简化选煤设 备，在分选高含矸、高灰分原料煤 时，能有效分 选出质量合格的优质炼焦精煤和纯净的中煤、矸 石，精煤损失量少，数量效率高，指标先进，充 分利用 了煤炭资源。原料煤 中 3 0 5 ra m粒级是 主导粒级，应采取相应措施，完善其分选条件，这对于提高分选效果具有十分重要的意义。参考文献：1 黄海峰，陈干，宋晓艳，等无 压给料 三产品 重介质旋 流器 内物料切向速度对分选 效果的影 响 J 煤炭加工 与综 合利 用，2 0 0 7(5)：1 3