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一种新型结构的旋流器时间:2020-10-31 汾西矿业集团公司中兴选煤厂是汾西矿业调整产品结构,延伸煤炭产业链,提高综合经济效益,实现“双三千万吨”目标而新建的现代化大型炼焦煤选煤厂;该厂于2009年5月8日投产,年设计入洗能力400万吨,入选的主要煤种有焦煤、瘦煤和贫煤,主要产品为炼焦精煤(灰分≤11%),工艺采用有压脱泥三产品重介旋流器+RC粗煤泥分选+浮选联合工艺流程。 1 原三产品重介旋流器存在的问题及原因分析 1.1 存在的问题 我厂原使用的三产品重介旋流器为3NYX1300-920型一段圆筒二段圆筒圆锥旋流器,其存在的主要问题是: ① 分选精度低、错配物含量高,导致煤炭资源丢失严重,表现在:中煤产品中的精煤损失(-1.4kg/L密度级百分含量)大,平均达39%,最高达50%;矸石中的带煤量(-1.8kg/L密度级百分含量)大,平均在8%,最高达15%。 ② 因原煤含矸石量大,受二段旋流器底流口尺寸限制,矸石难以正常外排,常出现底流口堵塞,严重影响设计入洗能力;而放大底流口尺寸时,又存在二段分选密度降低,矸石中-1.8kg/L密度级百分含量增加的问题。经过各种调节始终无法达到产品指标要求,严重影响了精煤回收率,造成了煤炭资源的极大损失;根据该厂2010年的原煤入洗量及当年的煤炭产品价格,估算一年损失4000多万元。 1.2 原因分析 (1) 设备本身存在的缺陷:3NYX1300-920型重介旋流器为传统的设计结构,一段采用直柱段筒体,二段采用柱锥结构,如图所示: 图1 传统有压给料三产品重介质旋流器 此传统结构对于常规煤质应用较多,可达到部分煤质的有效分选。但对于部分难选煤种,分选指标难以控制;若提高介质密度则造成精煤灰分超标,要保证精煤灰分则出现精煤和中煤的损失增大。 (2) 中兴煤矿4#、5#原煤煤质的特殊性也造成了传统结构旋流器的不适应。从4#、5#原煤50~0.5mm可选性曲线图2及4#、5#原煤综合级浮沉试验表1可以看出:在洗选灰分≤11%的炼焦精煤时,分选密度在1.4~1.5左右原煤可选性为(极)难选。 表1 4#、5#原煤综合级50~0.5 mm浮沉试验表 图2 4#、5#原煤综合级50~0.5 mm可选性曲线 从4#、5#原煤综合级50~0.5mm浮沉试验表可以看出:-1.5密度级浮煤累计产率仅为25.37%,灰分为11.92%;+1.6密度级沉煤累计产率却高达66.35%,灰分为70.09%;说明4#、5#原煤的煤质非常差,精煤产率低、中煤产率低、而矸石产率非常高,对旋流器的分选造成困难。这一情况在生产煤样的分析中也得到了验证:50~0mm原煤+1.8kg/L密度级百分含量达到40~60%,50~0.5mm脱泥后入洗原煤+1.8kg/L密度级百分含量达到55~75%。 2 双锥体有压给料三产品重介质旋流器 2.1 结构特点 双锥体有压给料三产品重介质旋流器是一种新型结构的旋流器。这种旋流器是在传统结构的基础上,将第一段由圆柱体变为柱锥体,如图所示,一段设计成带有锥角10°结构的柱锥体,以提高一段旋流器末端的分选效果。锥角结构能够缩小矿粒的旋转半径,相比传统结构提高了旋流器切向速度,加大了矿粒的受力作用,使矿粒在旋流器末端仍得到有效分选。此结构在保证一段分选效果的基础上,提高了悬浮液浓缩度,为二段旋流器提供较高比重的悬浮液,可有效提高二段分选密度。 图3 双锥体有压给料三产品重介质旋流器 2.2 改造原理 (1) 物料的受力分析 物料的分选,主要由旋流器内物料所受的离心力场和密度场决定。物料在旋转过程中受到的作用力主要为离心力FC和向心浮力FB(忽略重力、介质阻力的影响),当物料质量为m,密度为δ,悬浮液密度为Δ,在旋转半径r处的切向速度为v时,物料所受作用力F为: 式中:设物料切向速度和悬浮液切向速度等值 ①式中,随着旋转半径的减小,物料所受作用力增大。当δ>Δ时,矿粒受力为正值,增大的作用力使矿粒被甩向外旋流成为重产物;当δ<Δ时,矿粒受力为负值,矿粒被甩向内旋流成为轻产物。 新型有压三产品旋流器利用一段旋流器锥角结构,其轴向方向上矿粒旋转半径逐渐缩小,此时矿粒所受的作用力比传统柱体结构的作用力大,此时既保证物料,特别是“中间产物”(近似分选密度的矿粒)有效分选,又延长有效分选的时间和空间,提高整体旋流器的分选精度。 (2) 旋流器内部密度场分布分析 图4 新型旋流器和传统型旋流器密度场分布情况 当悬浮液进入旋流器中,在离心力作用下,产生浓缩而形成密度场。密度分布自上而下,由内向外呈递增变化。在忽略其他因素影响时,由旋流器锥角结构形成内部密度场分布如图所示。从悬浮液浓缩度C和分层度C′分析: 根据公式,则:C1>C2,C1'>C2' 式中: C1、C1'分别为锥形结构旋流器悬浮液浓缩度、分层度; C2、C2'分别为圆柱形结构旋流器悬浮液浓缩度、分层度; ρi、ρo、ρu为旋流器入料、溢流、底流悬浮液密度,g/cm3。 通过旋流器浓缩度C和分层度C′比较可看出,锥形结构旋流器具有更高的浓缩度和分层度,更有利于低密度入料情况下,提高进入二段旋流器的悬浮液密度,保证二段较高的分选密度。 3 改造效果 3.1 生产数据比较 改造后的双锥体有压重介三产品旋流器一段采用新型锥角结构,提高了一段旋流器分选精度,增高了进入二段旋流器悬浮液密度及二段旋流器分选密度,解决了精煤损失和矸石带煤问题。对比新旧系统表明双锥体有压重介三产品旋流器(YTMC1300/920)对指标改善效果显著: ① 双系统处理能力达到757t/h; ② 中煤-1.4kg/L密度级百分含量小于5%; ③ 矸石中-1.8kg/L密度级百分含量小于1%; ④ 双锥体有压重介三产品旋流器使用压力低于旧旋流器0.02Mpa,达到降低重介系统能耗5~10%的优势。综合对比新旧系统,抽样数据如下表。 表2 中兴选煤厂重介快浮数据 (2010年8月) 3.2 经济效益分析 经计算中兴选煤厂精煤产率提高了1.8%,中煤产率提高了2.4%;按年入洗原煤170万吨,精煤、中煤售价分别为每吨1200元、200元计算,每年可增加销售收入3672万元和816万元。170*1.8%*1200=3672万元;170*2.4%*200=816万元。 4 结语 中兴选煤厂通过改造应用新型双锥体有压三产品重介质旋流器,改善了产品指标,提高了经济效益,赢得了社会效益,具有较好的推广价值。 |