有压重介旋流器选煤过程中混料泵对次生煤泥的影响研究

2015-11-04尚爱民方存松鹿忆凡

选煤技术 2015年6期

尚爱民，方存松，2，鹿忆凡

（1.约翰芬雷工程技术集团公司，北京 100083;2.安徽理工大学材料科学与工程学院，安徽淮南 232001）

近年来，重介选煤工艺已在行业内得到了较大范围的推广和应用［1］，但对于重介选煤生产系统中各环节产生的次生煤泥量的研究不多，特别是泵对次生煤泥量的影响鲜有报道。在重介选煤生产过程中，混料泵应用广泛，特别是在有压重介旋流器选煤系统中，常把混料泵作为有压重介旋流器的入料泵，因此对于次生煤泥的影响更甚于无压重介旋流器选煤系统［2］。业内普遍认为，混料泵对次生煤泥的影响比较大，因为混料泵的叶轮会对物料产生强烈撞击，从而会产生大量的次生煤泥，但是对次生煤泥的影响究竟有多大，目前却仅局限于定性的和感性的认识，没有足够的工业试验数据对之加以定量描述。然而，次生煤泥量的大小对选煤厂的建设成本、生产成本和管理难度都有较大影响，因此定量描述有压重介旋流器选煤系统中的次生煤泥量对于重介选煤厂的建设与运营具有非常重要的意义。文章将通过分析约翰芬雷工程技术集团有限公司潘北分公司、阳城分公司、黄陵分公司的半工业性试验数据，来定量描述整个有压两产品重介旋流器系统及混料泵对次生煤泥产生的影响。

1 试验介绍

1.1 选煤厂工艺与试验参数

三个选煤厂主要工艺流程与采样条件如下:

(1)潘北分公司主要工艺流程为:＞30 mm粒级块煤动筛跳汰分选，30～1 mm粒级末煤脱泥有压两产品重介旋流器分选。旋流器采用300ZJ－I－A90型混料泵给料，试验在正常生产条件下进行，悬浮液密度为1.45 kg/L，合介煤泥含量为14.34%，固液比为 1.18∶1。原煤处理量为400 t/h，合介泵流量为850 m3/h。

(2)黄陵分公司采用50～13 mm粒级块煤脱泥浅槽，13～1.5 mm粒级末煤两产品旋流器主再洗，＜1.5 mm粒级粗煤泥分选工艺。旋流器采用350ZJ－I－F100型混料泵给料，耐磨管道内径300 mm，高度23 m。试验在正常生产条件下进行，悬浮液密度为1.51 kg/L，入介压力为120 kPa，末煤入选量为550 t/h。

(3)阳城分公司采用50～13 mm粒级块煤脱泥浅槽分选，13～1.5 mm粒级末煤脱泥两产品旋流器分选，粗煤泥分选工艺。旋流器采用300ZJ－I－A90型混料泵给料，耐磨管道内径300 mm，高度11 m。试验在正常生产条件下进行，悬浮液密度1.70 kg/L，入介压力为200 kPa，末煤入选量为100 t/h。

1.2 试验对象及说明

试验研究的对象有混料泵入料管物料与出料管物料、有压两产品重介旋流器入料与产品以及合格介质。

试验说明:合格介质、重介旋流器的产品、混料泵入料管和出料管物料中＜0.5 mm粒级含量去除磁性物为其煤泥含量。通过测定以上试验对象的煤泥含量，计算出混料泵与整个重介系统各环节产生的次生煤泥量。

1.3 试验方法与步骤

1.3.1 设定采样点

根据试验需要，设定了如下采样点:混料泵入料管物料采样点设在混料泵入料管道放料口 (管径＞100 mm);混料泵出料管采样点设在旋流器压力表处，具体操作是:将压力表撤掉，在此处设一阀门，制作φ 108 mm采样管道进行采样;重介旋流器入料采样设为脱泥筛筛上物;合格介质采自合格介质桶;重介旋流器产品样采自重介旋流器出料口至脱介筛的管道。

1.3.2 采样

按照国标GB/T 477—2008《煤炭筛分试验方法》要求，煤样中最大粒度为13 mm时，做粒度分析最小的总样质量为7.5 kg，并采取一定量有代表性的子样组成总样。根据旋流器的底流和溢流比例，采取精煤和矸石样，并保证各个采样点采样同时进行，以确保所采煤样的统一性和代表性。

1.3.3 制样与化验

对于采取的试样，分别按如下方法制样与化验:

(1)混料泵入料管物料。由于煤样烘干后易结团，但进行筛分做粒度分析不能再将结团的煤样粉碎，因此先将所采煤样进行0.5 mm湿法筛分，筛上物用清水冲洗后，收集筛上物料烘干称重(M1);筛下物料进行沉淀，滤除上层清水后烘干称重(m1);将烘干后的筛下物料破碎松散，缩分出5个具有代表性的子样，做磁性物含量试验;最后，通过试验数据分析，排除缩分制样过程的偶然误差，得到试验煤样中非磁性物含量(c1)及其煤泥含量(A)。

(2)混料泵出料管物料。同上方法，将所采煤样进行0.5 mm湿法筛分，筛上物用清水冲洗后，收集筛上物料烘干称重(M2);筛下物料进行沉淀，滤除上层清水后烘干称重(m2);将烘干后的筛下物料破碎松散，缩分出5个具有代表性的子样，做磁性物含量试验;通过试验数据分析，排除缩分制样过程的偶然误差，得到试样非磁性物含量(c2)及其煤泥含量(B)。

(3)重介旋流器产物样。重介旋流器系统的产物中都含有磁铁矿粉，而且都含有大量煤泥水，为了缩短试验周期，减小对煤泥性质的影响，把所有产物先分别过3 mm的筛子，并用清水冲洗，＞3 mm粒级筛上物烘干后取样做筛分和浮沉试验;＜3 mm粒级筛下物则先过0.5 mm的筛子，并用清水冲洗，＞0.5 mm粒级筛上物烘干后取样做浮沉试验;＜0.5 mm粒级筛下物则先过磁选管去除磁铁矿粉，然后缩分取样做小筛分;将其余部分烘干称重，进而得到＜0.5 mm粒级煤泥的磁性物含量及煤泥含量。

(4)合格介质样。合格介质是由磁铁矿粉和煤泥、水组成的悬浮液。试验时，先将合格介质过磁选管，将选出的磁铁矿粉烘干称重;煤泥水取出一部分做小筛分试验;余下的烘干称重，进而得到合格介质的磁性物含量与煤泥含量。

1.4 计算方法

相同试验得出的数据，可计算如下数据:

(1)混料泵入料管煤泥含量(A)。计算公式为:A=m1c1/(M1+m1c1)。

(2)混料泵出料管煤泥含量(B)。计算公式为:B=m2c2/(M2+m2c2)。

(3)混料泵所产生的次生煤泥含量。根据以上结果，可计算出两产品旋流器物料通过混料泵所产生的次生煤泥含量为m2c2/(M2+m2c2)－m1c1/(M1+m1c1)。

(4)重介旋流器系统产生次生煤泥量。重介旋流器产品中煤泥量之和减去合介带入煤泥量即为重介旋流器系统产生次生煤泥量。

根据计算得到的数据，通过进一步换算，即可知管道、重介旋流器、混料桶对次生煤泥量的影响及煤泥量占原煤的比例。

2 试验数据及分析

2.1 重介旋流器系统对次生煤泥的影响

重介旋流器系统对次生煤泥的影响研究是在潘北选煤厂的MA1150型有压两产品重介旋流器系统生产时进行的。MA1150型有压两产品重介旋流器系统对煤泥性质影响包括两部分:一部分是有压给料所用的泵对煤泥性质的影响;另一部分是MA1150型有压两产品重介旋流器对煤泥性质的影响。

由潘北原煤筛分试验结果 (表1)可知，＞13 mm粒级的产率为68.21%，说明煤的硬度大，煤质较硬;各粒级的灰分与原煤灰分比较接近，说明煤质均匀。

潘北重介生产数据如表2—4所示。

表1 潘北分公司原煤筛分试验表Table 1 Size analysis of raw coal from Panbei branch

表2 潘北分公司重介旋流器产品粒度组成计算表［4］Table 2 Size composition of products from dense medium cyclone of Panbei branch

表3 潘北分公司合格介质的磁选试验Table 3 Magnetic separation test of qualified medium from Panbei branch

表4 潘北分公司煤泥含量筛分试验结果表Table 4 The analysis of coal slime content from Panbei branch

(1)对MA1150型有压两产品重介旋流器系统进行次生煤泥计算。计算结果如下:合介量为1235.05 t/h，合介固体中煤泥含量为14.34%，合介煤泥量为96.06 t/h，合介中煤泥占全样19.36%;次生煤泥占全样3.37%，次生煤泥量为16.68 t/h，次生煤泥占原煤比例为4.17%。即原煤经过有压两产品旋流器系统产生了4.17%的次生煤泥量。

(2)有压给料所用的混料泵对次生煤泥量的影响。由表4知，泵入料中含有煤泥21.27%，泵出料中含有煤泥21.96%，经过泵产生次生煤泥量0.69%。那么，次生煤泥量为3.42 t/h，则次生煤泥占原煤比例为0.86%。

(3)管道和旋流器对次生煤泥量的影响。由泵出口煤泥含量21.96%与旋流器产品煤泥含量22.73%得出管道与旋流器产生的次生煤泥量为0.77%，其质量为3.81 t/h，故次生煤泥占原煤比例为0.95%。

(4)混料桶对次生煤泥量的影响。在整个有压两产品重介旋流器系统中，共产生了4.17%的次生煤泥量，其中:从混料泵入口到泵出口产生了0.86%的次生煤泥量，从混料泵出口到重介旋流器出口产生了0.95%的次生煤泥量，那么原煤从脱泥筛到混料桶出口产生了为2.36%的次生煤泥量。

从有压两产品重介旋流器系统各部分产生的次生煤泥量可以看出，重介旋流器系统对次生煤泥量的影响主要集中在混料桶环节，这与物料在混料桶中碰撞和浸泡有关，而泵产生的次生煤泥量只占原煤的 0.86%［3］。

2.2 混料泵对次生煤泥的影响

为进一步研究泵对次生煤泥的影响，又对约翰芬雷工程技术集团公司黄陵分公司和阳城分公司有压重介选煤生产工艺系统数据进行了分析。

表5所示为黄陵分公司末煤粒度组成，第一组混料泵入料管和出料管采样见表6—9。

表5 黄陵分公司末煤粒度组成Table 5 Size composition of small coal from Huangling branch %

表6 黄陵分公司混料泵入料管采样Table 6 Feed tube sampling of mixing pump from Huangling branch

表7 混料泵入料管物料中＜0.5 mm粒级磁性物含量Table 7 The content of magnetic material minus 0.5 mm in feed tube of mixing pump %

表8 黄陵分公司混料泵出料管采样Table 8 Discharge tube sampling of mixing pump from Huangling branch

表9 黄陵分公司混料泵出料管物料中＜0.5 mm粒级磁性物含量Table 9 The content of magnetic material minus 0.5 mm in discharge tube of mixing pump %

首先对磁选试验结果进行迪克逊检验，显著性水平为0.05，以排除错误和误差较大的数据，提高数据的准确性和可靠性。

(1)混料泵入料管物料0.5 mm筛下物料磁选试验结果检验。检验34.53:f0= (35.71－34.53)/(41.24 － 34.53)=0.176 ＜ f(0.05，5)=0.710，有95% 的几率认为这个数据为真值，应保留;检验41.24:f0=(41.24－39.68)/(41.24－34.53)=0.233 ＜ f(0.05，5)=0.710，有95%的概率认为这个数据为真值，应保留。故可计算出混料泵入料管物料0.5 mm筛下物料非磁性物含量为(35.71+41.24+39.68+34.52+36.51)/5=37.534%。

(2)混料泵出料管物料0.5 mm筛下物料磁选试验结果检验。检验36.85:f0= (38.94－36.85)/(44.86 － 36.85)=0.261 ＜ f(0.05，5)=0.710，有95% 的概率认为这个数据为真值，应保留;检验44.86:f0=(44.86－42.79)/(44.86－36.85)=0.258 ＜ f(0.05，5)=0.710，有 95% 的几率认为这个数据为真值，应保留。故可计算出混料泵出料管物料0.5 mm筛下物料非磁性物含量为(38.94+44.86+42.79+36.85+42.41)/5=41.17% 。［5］

因此，混料泵产生的次生煤泥含量为 (37.78×41.17%)/(62.22+37.78×41.17%)－(34.14×37.534%)/(65.86+34.14×37.534%)=3.71%。

用同样数据处理方法对另外四组数据进行处理，结果见表10。结果表明，黄陵分公司末煤入料混料泵产生的次生煤泥含量平均为3.03%，折算成占原煤比例平均为1.72%。

表11与表12所示为阳城分公司生产试验数据。由表中数据可知，阳城分公司混料泵产生的次生煤泥含量为3.39%，折算成占原煤比例平均为1.64%。

表10 黄陵分公司混料泵产生的次生煤泥量Table 10 The amount of secondary coal slime produced by mixing pump from Huangling branch

表11 阳城分公司末煤粒度组成Table 11 Size composition of small coal from Yangcheng branch %

表12 阳城分公司混料泵产生的次生煤泥量Table 12 The amount of secondary coal slime produced by mixing pump from Yangcheng branch

3 结果分析

由约翰芬雷工程技术集团公司潘北分公司、黄陵分公司、阳城子公司三厂的工业性试验数据可以得到重介旋流器系统与混料泵对次生煤泥量的影响。由表13、表14可知，潘北分公司原煤经过有压两产品旋流器系统产生4.17%的次生煤泥量，经过泵产生的次生煤泥量仅为0.86%;黄陵分公司、阳城分公司经混料泵产生的次生煤泥量分别为1.72%与1.64%，产生的次生煤泥量并不是很大。

在重介选煤生产过程中，混料泵输送物料虽然会产生一个紊流的流道，但是其对物料的破坏力很小，特别是经根据生产实际需求而改进的泵，在泵的材料、叶轮的包角、表面型线的设计、叶片安装角度等方面均有了较大优化，从而使得混料泵对次生煤泥的影响大大降低，上述试验即对此做了很好的验证。在生产实践中，对次生煤泥产生影响的主要因素是煤的泥化特性，因此应根据煤的泥化特性来确定适宜的生产工艺［6－10］。