涡北选煤厂3NWZXΦ1300/920型旋流器结构与工艺参数优化与实践

孙小路，匡亚莉，王传真，陈 伟

(1.中国矿业大学化工学院，江苏 徐州 221008；2.淮北矿业集团涡北选煤厂，安徽 淮北，235000)

涡北选煤厂3NWZXΦ1300/920型旋流器结构与工艺参数优化与实践

孙小路1，匡亚莉1，王传真1，陈 伟2

(1.中国矿业大学化工学院，江苏 徐州 221008；2.淮北矿业集团涡北选煤厂，安徽 淮北，235000)

涡北炼焦煤选煤厂采用3NWZXΦ1300/920旋流器进行原煤不脱泥入选，其生产调试的效果直接关系到选煤的正常生产。本文采用多因素一元定量实验的方法，对旋流器的影响因素：原煤处理量、分选密度、入料压力、分流比(煤泥含量)、介质粒度进行了实验分析，确定了其最佳的分选条件。将确定后的工艺参数带入实际生产，混精煤产品数质量一直保持在较好的水平。同时，针对实际生产过程中存在的中煤发热量过剩问题，本文提出了采用二段溢流管大深度插入的解决方案，在保证精煤灰分的前提下，提高中煤灰分。溢流管调试安装使用后，中煤发热量控制在3500k～3700kJ之间，产率从3.27%提高到了4.55%，实现了经济效益的最大化。

3NWZXΦ1300/920旋流器；三产品旋流器；应用与结构优化

涡北选煤厂是矿区型炼焦煤选煤厂，现年处理能力600万t，采用我国应用较广泛的3NWZXΦ1300/920无压三产品重介质旋流器不脱泥分选工艺。作为核心主选设备，无压三产品重介质旋流器具有自动化程度高、分选精度好等优点[1-3]，同时也存在影响因素复杂，旋流器二段生产过程不易调整、中煤产品质量不稳定的缺点[4-5]。因此，其生产调试的效果好坏，直接关系到选煤的正常生产[6-7]。

现阶段煤炭经济形势不断下滑，为提高企业竞争力，争取经济效益最大化，该选煤厂在煤炭洗选生产过程控制上加大了技术投入，通过多因素设计一元定量实验，对生产过程中的各项指标进行合理的选择，确定了最佳分选条件，并针对生产过程中存在的中煤发热量过剩问题，对生产过程工艺参数及设备结构参数展开了深入研究与分析[8-10]，提出采用二段溢流管大插入深度的解决方案，对旋流器进行结构参数优化，解决了中煤发热量过剩问题。

1 重选工艺及主要设备

该选煤厂工艺流程为：原煤不脱泥经润湿后进入3NWZXΦ1300/920无压给料三产品重介质旋流器分选，以单一低密度悬浮液系统一次分选出质量合格的精煤、中煤和矸石，用“弧形筛-高频筛-煤泥离心机”组合回收优质粗精煤泥，大大减少进入生产费用相对较高的浮选作业的煤泥量，用机械搅拌式浮选机分选-0.3mm粒级的煤泥，经济合理地实现煤泥全部厂内回收、洗水闭路循环、清水选煤。

该选煤厂目前有独立生产系统2套，每套系统有3NWZXΦ1300/920三产品旋流器2台，主要入洗焦煤、肥煤两种煤种，表1为洗选系统主要设备统计表。3NWZXΦ1300/920无压三产品旋流器单台设计处理能力为330～400t/h，入料压力为0.25M～0.35MPa。本文以焦原煤为重点进行系统调节与优化。

表1 主要设备统计表

2 最佳工艺参数确定

通过对焦原煤性质进行深入研究和分析，结合设备性能参数，确定3NWZXΦ1300/920三产品旋流器在原煤处理量、分选密度(旋流器入料密度仪显示密度)、入料压力、合介煤泥含量、介质粒度等方面的工艺参数范围。

2.1 原煤性质分析

表2为2015年1月焦原煤筛分实验统计表。通过该表可以得到以下分析结果。

1)原煤中25～50mm粒级含量相对较大，且多为高灰，这就说明在实际生产过程中要注意控制原煤处理量。

2)原煤中主导粒级为3～0.5mm，为提高该粒度级产品分选精度，要求分选过程尽可能提高入料压力。

3)-0.5mm含量相对较高，但小于3～0.5mm粒级含量。两粒级合计超过50%，且灰分不高，说明原煤组成中，煤的脆性大于矸石，矸石不易泥化。

原煤可选性曲线如图1所示，可以看出，当精煤灰分在10%时，理论分选密度在1.45g/cm3附近，±0.1含量约为29.00%，为较难选煤。

表2 原煤筛分实验统计表(自然级+破碎级)(单位：%)

图1 原煤可选性曲线(2015年1月)

2.2 工艺参数单因素实验

生产控制过程中，主要考虑原煤处理量、分选密度、入料压力、合介煤泥含量、介质粒度五个方面的影响因素，分别进行了实验研究。

2.2.1 原煤处理量单因素实验

在生产实验过程中，保持入料压力0.290MPa、分流比80%(煤泥含量通过合介分流比进行控制)、分选密度1.430g/cm3，介质粒度-0.074mm含量大于90%，原煤处理量从330～370t/h，每次提高10t/h，待稳定后取精煤样进行化验。具体结果如表3所示。

从表3可看出：当原煤处理量在330～350t/h之间时，精煤灰分保持稳定变化，当超过360t/h时，精煤灰分明显上升，在370t/h精煤灰分达到最大值，随着处理量增大，分选不充分，精煤夹带细矸石现象严重，虽然这一部分细矸整体量不多(1%左右)，但其灰分很高(80%以上)，造成介精背灰现象。

2.2.2 分选密度单因素实验

实验过程中，保持焦原煤处理量340t/h、介质粒度-0.074mm含量大于90%、分流比在80%，旋流器的入料压力在0.29MPa，分选密度从1.400～1.450g/cm3，每次提高0.01g/cm3，待稳定后取精煤样进行化验。具体结果如表4所示。

表3 原煤处理量实验统计表(单位：%)

表4 分选密度实验统计表(单位：%)

从表4可以看出，分选密度在1.430～1.450g/cm3时，精煤产品质量相对较好。在实际分选过程中，最佳分选密度是随着生产过程变化而波动的，要根据具体情况而定，该数值作为参考密度范围。

2.2.3 入料压力单因素实验

实验过程中，保持焦原煤处理量在340t/h、分流比在80%，介质粒度-0.074mm含量大于90%，分选密度1.430g/cm3，旋流器入料压力在0.25M～0.33MPa之间每隔0.2MPa进行一次分选(入料压力超过0.32MPa，系统自动跳车)，待稳定后取精煤样进行化验，具体结果见表5。

通过表5可以看出，压力保持在0.29M～0.31MPa之间时，精煤灰分较好，且可以控制介精+1.8含量在1%以内。

2.2.4 分流比单因素实验

实验过程中，保持焦原煤处理量在340t/h、入料压力0.290MPa，分选密度1.430 g/cm3，分流比从40%开始，每天生产过程中保持该分流比稳定变，每次增长20%，待生产稳定后采集精煤灰分化验，取当天精煤灰分平均值，并计算精煤合格率(考核范围，介精煤9.80%～10.30%)作为精煤灰分稳定性的评价范围，具体结果见表6。

表5 入料压力实验统计表(单位：%)

表6 分流比实验统计表(单位：%)

通过表6可看出，分流比过小系统煤泥含量会变大，当分流比在60%～80%时，煤泥含量会在10%，且当分流比在80%～100%时，精煤合格率相对较高，生产系统相对稳定。

2.2.5 介质粒度单因素实验

该选煤厂介质有两种，其中A介质粒度为-0.074mm含量约82%，B介质粒度-0.074mm含量约为90%，生产实验中分别使用A、B介质进行，取当天精煤灰分平均值，并计算精煤合格率，具体结果见表7。

精煤合格灰分的标准为9.8%～10.3%，通过表7可以看出，虽然两种不同规格介质粒度其精煤平均灰分接近，但介质粒度-0.074mm含量大于90%时，精煤合格率较高，这对于生产过程控制是十分有利的。

2.3 实际分选效果

通过上述实验基本可以确定3NWZX1300/920旋流器入洗焦精煤时的最佳工艺条件为：原煤处理量330～350t/h，分选压力0.29M～0.31MPa，分流比(煤泥含量)控制在80%，分选密度通常为1.400～1.450g/cm3，介质粒度-0.074mm含量大于90%，其中分选密度需要结合煤质及产品质量要求进行调节。在确定了3NWZXΦ1300/920三产品旋流器相关工艺参数后，混精煤产品数质量，一直保持在较好的水平。结合该月实际生产情况，对全月生产过程进行分析，分析结果如表8所示。

表7 介质粒度实验统计表(单位；%)

表8 焦原煤全月生产情况分析(2015年2月)(单位：%)

从表8可以看出，2015年2月全月焦精煤数量效率为95.72%，质量效率为95.81%，均为一个较高的水平。

3 3NWZXΦ1300/920三产品旋流器结构优化研究

在3NWZXΦ1300/92三产品旋流器实际应用过程中，通过对生产过程进行跟踪分析发现，在精煤产品指标保持在较好的水平时，重介中煤灰分偏低，混中发热量过剩，不利于选煤厂经济效益最大化。表9为对2015年3月全月焦原煤中煤产品进行统计的结果。

从表9可以看出，介中煤灰分相对较低，且混中发热量偏高(用户对发热量需求仅为3500～3700kJ)，存在一定的提升空间。

3.1 旋流器二段压降分析

3NWZXΦ1300/920三产品旋流器存在二段分选过程难以控制等方面问题，这其中包括二段入料压力、分选密度等，通过在二段入料端开口安装压力表对二段入料压力进行测量，测量结果显示保持在0.160M～0.200MPa之间。该压力值可以满足分选过程需求。

3.2 调整旋流器二段底流口

从理论分析可知，缩小旋流器二段底流口可以有效提升中煤灰分，但是底流口过小会严重制约旋流器处理能力，尤其是对矸石量较大的煤种。3NWZXΦ1300/920三产品旋流器提供二段底流口从280～320mm之间可调。经过多次调整实验后确定底流口直径为300mm，既满足设备处理能力，又可提高中煤灰分。

3.3 优化旋流器二段溢流管插入深度

3NWZX1300/920旋流器二段中煤溢流管设计总长为1100mm，插入深度为500mm，可调长度390mm。优化过程中，采取单因素法对优化前后生产情况进行比对。表10为旋流器二段溢流管改造情况统计表。

表9 中煤质量情况统计(2015年3月)

表10 中煤溢流管结构参数改造对比表

通过表10可以看出，通过适当增加二段旋流器溢流管长度可以提高中煤灰分。通过多次实验摸索后，逐步确定二段溢流管长度参数。在对二段溢流管进行优化时，首先采用厚皮钢管与原溢流管直接焊接，在优化条件基本成熟后，采用整体溢流管制造，图2为中煤二段溢流管设计图。

图2 旋流器二段溢流管设计图

表11所示为2015年焦煤中煤质量统计，与表10对比可知，自溢流管安装使用后，在不影响精煤数质量的同时，介中煤灰分稳步提升至大于30%，发热量在3500k～3700kJ之间，同时中煤产率从3.27%提高到了4.55%，按年入洗原煤600万t，中煤价按每吨300元计算中煤产率增加所创经济效益初步估算为600万t/a×(4.55%～3.27%)×300元/t=2304万元/a。

表11 中煤质量情况统计(2015年4～7月)

4 小结

1)通过采用多因素一元定量实验方法确定了3NWZX1300/920旋流器在入洗焦精煤时的最佳工艺条件：分选压力0.29M～0.31MPa，分流比(煤泥含量)控制在80%，分选密度通常为1.400～1.450g/cm3，其中分选密度需要结合煤质及产品质量要求进行调节。

2)通过对洗选过程进行深入研究和分析，探讨了介中煤灰分偏低的原因，并提出合理的解决方案，同时结合生产实际，对中煤溢流管进行了优化，获得了较好的效果。

[1] 闫锐敏, 丁光耀, 王兴兴, 等. 3GHMC1500/1100型无压给料三产品重介质旋流器的工艺指标分析[J]. 煤炭加工与综合利用, 2015(7): 3-7.

[2] 杨海宁. 浅析三产品重介质旋流器原理及影响参数[J]. 能源与节能, 2015(9):170-171.

[3] 苏伟鑫. 三产品重介质旋流器选煤中损的分析与控制[J]. 洁净煤技术, 2015,21(6):34-36.

[4] 霍延新. 浅析重介质旋流器选煤工艺调试的要点[J]. 煤质技术, 2010(3):54-55.

[5] 匡亚莉. 选煤工艺设计与管理[M]. 徐州：中国矿业大学出版社, 2012.

[6] 李晓军, 杨文鹏, 井东升, 等. Φ1400/1050无压三产品重介旋流器的应用与分析[J]. 煤炭工程, 2010(8):60-61.

[7] 王生义. 无压三产品重介旋流器精煤产品带矸原因分析及对策[J]. 选煤技术, 2009(3):40-41.

[8] 于强, 马秀荣, 朱红军. 合理改变重介旋流器工艺参数提高洗选效果[J]. 煤炭技术, 2003(6):81-82.

[9] 高玉琪, 祝强, 王晓华. 三产品重介质旋流器损坏原因分析[J]. 煤炭加工与综合利用, 2015(7):8-10.

[10] 纪宗山. 无压三产品重介旋流器大型化问题探讨[J]. 煤炭加工与综合利用, 2006(1):16-17.

Structure and process parameters optimization of 3NWZXΦ1300/920 type cyclone using in Guobei coal preparation plant

SUN Xiaolu1, KUANG Yali1, WANG Chuanzhen1, CHEN Wei2

(1.School of Chemical Engineering and Technology, China University of Mining and Technology,Xuzhou 221008, China; 2.Huaibei Mining Industry Group, Huaibei 235000, China)

3NWZXΦ1300/920 type cyclone was used to sort raw coal with mud in Guobei coking coal preparation plant, and the effect of its production debugging is directly related to the normal production of coal preparation. The multivariate-one variable quantitative experiment was used to determine the optimum separation conditions, such as raw coal processing capacity, sorting density, feeding pressure, split ratio (slime content) and particle size. The quantity and quality of mixed clean coal maintains at a good level with the determined process parameters in actual production process. And at the same time, according to the problem of middling quantity of heat is excessive, the solution of using Sec overflow pipe inserted into great depth was proposed in this paper to increase middling ash under the premise of ensuring the clean coal ash. With the installation and commissioning of the overflow pipe, the calorific value of coal was controlled between 3500～3700kJ, and the yield was improved from 3.27% to 4.55%, which achieves the maximum economic efficiency.

3NWZXΦ1300/920 type cyclone; three-product cyclone; application and structure optimization

2016-06-15

孙小路(1988-)，男，内蒙古赤峰人，博士研究生，研究方向为选煤过程模拟与优化，E-mail：sunpath@126.com。

TD94

A

1004-4051(2016)12-0101-05