常用粗煤泥分选设备及其在动力煤选煤厂中的应用对比

李宝新

（大唐呼伦贝尔能源开发有限公司，内蒙古呼伦贝尔 021012）

1 前 言

随着矿井采煤机械化程度的提高及煤质的变化，动力煤选煤厂入选原煤中细粒级煤的含量越来越高。其中0.25～1.5 mm粒级范围内的粗煤泥比例达到8%～10%。一般情况下动力煤选煤厂的粗煤泥经分选、脱水后直接掺混到精煤产品中作为商品煤出售。由于这部分粗煤泥灰分偏高，如果得不到有效分选，直接掺入精煤会造成混精煤灰分增高，选煤厂不得不降低重选精煤灰分为其 “背灰”，导致混精煤产率降低［1]；如若掺入中煤或随矸石排弃，则会造成粗煤泥中的低灰精煤损失，精煤回收率变低。因此，对粗煤泥的有效分选越来越受到动力煤选煤厂的重视。

2 常见的粗煤泥分选设备

动力煤选煤厂常见的粗煤泥分选设备主要有螺旋分选机、TBS粗煤泥分选机及TCS智能粗煤泥分选机。

2.1 螺旋分选机

2.1.1 结构特点

螺旋分选机主要由矿浆分配器、入料管、螺旋槽、中心柱、产品截取器、产品排料管和机架等组成。

图1 螺旋分选机结构示意

2.1.2 工作原理

螺旋分选机是一种依靠液流特性，在重力和离心力的作用下实现不同密度矿物分离的分选设备。入料自螺旋分选机上端给入，沿螺旋槽向下作回转运动。料流在螺旋槽内运动的过程中，沿槽的内侧至外侧，水层的厚度逐渐增大，矸石等重矿物颗粒逐渐移入下层，煤等轻矿物浮于料流上层，形成了以重产物为主的下部流动层和以轻产物为主的上部流动层［2]。颗粒群实现分层后，由于重产物位于下层，与槽体接触，又受到上层液流的压力，所以运动阻力加大，与轻产物形成一个速度差。轻产物受螺旋料流的作用向槽的外缘运动，重产物在重力、流体动压力、摩擦力和惯性离心力的作用下向槽的内缘运动，中间密度物料则占据槽的中间带，即轻、重颗粒在横断面上实现了基本按密度分带。在螺旋分选机底部，用产品溜槽分别收集这些物料，从而实现轻、重产物的分离［3]。

2.1.3 性能特点

螺旋分选机属无动力设备，生产运行费用低；分选粒级在3～0.05 mm范围内，最佳分选粒级2～0.1 mm；机械误差Ep值一般为0.10～0.15 kg／L；常用于易选煤的排矸和粗煤泥的分选，一般要求分选密度大于1.70 g／cm3，适用于高密度排矸。

2.2 TBS煤泥分选机

2.2.1 结构特点

TBS粗煤泥分选机主要由入料缓冲筒、执行器、探测器、锥形阀门及锥形阀座、扰动板、控制系统构成。

图2 TBS粗煤泥分选机结构示意

2.2.2 工作原理

TBS粗煤泥分选机经过不断完善，在国内已有比较成熟的应用。矿浆切向给入设备的入料井，按预定的压力和流速由泵将水打入分选机底部的分配器，通过扰动板均匀分布到干扰床分选机底部，形成向上的扰动水流，下降的物料与上升水流相遇而形成干扰层或称沸腾床层。入料中的颗粒在分选机中作干扰沉降运动，由于颗粒之间密度和粒度的不同，其干扰沉降速度存在差异，从而为分选提供了依据。当达到稳定状态时，密度低于干扰床层平均密度的颗粒流向槽体上部，密度高于干扰床层平均密度的颗粒离开床层进入沉物流，并通过底部的排料口排出。排料阀门由干扰床层内的密度传感器发出的信号控制。

2.2.3 性能特点

该设备处理能力大、分选效率高，分选粒级宽，下限可达0.15 mm，上限可达3 mm；TBS粗煤泥分选机的不完善度I值为0.1～0.2。设备自带一套密度控制系统，保证分选密度的精确性，分选密度范围 1.4～1.9 g／cm3［4]， 分选密度调节方便，可实现低密度分选，对入料煤质变化的适应性强，在分选密度范围内，精煤灰分稳定。

由于TBS粗煤泥分选机采用间断性的排料机制，尾矿通过由PID控制器控制的排料阀门间断性排出，无法实现尾矿连续稳定排料，不能保证排出较纯的矸石。

2.3 TCS智能粗煤泥分选机

2.3.1 结构特点

TCS智能粗煤泥分选机主要由智能干扰装置、入料井、分选槽、顶水喷嘴、底流泵和底流箱等构成。

图3 TCS粗煤泥分选机结构示意

2.3.2 工作原理

物料经入料管给入入料井再进入分选槽，物料与上升水流顶水混合，形成 “干扰床层”，低于分选密度的物料（即精煤）向上运动，高于分选密度的物料（即尾矿）向下运动并进行二次干扰，精煤从分选槽顶部溢流排出，尾矿通过尾矿排料箱由底流泵排出［5]。

2.3.3 性能特点

该设备利用底流泵连续排料，分选床层更加稳定，分选密度稳定可调；动力干扰，减少错配，提高分选精度；可以对入料量、精矿量、尾矿量进行在线监测，可控可调，且自动控制系统稳定可靠，可以实现无人值守。

TCS智能粗煤泥分选机适用于粒度范围在3～0.15 mm［6]的粗煤泥分选，Ep值为 0.08～0.09 kg／L， 分选密度可在 1.4～1.8 kg／L自动调整，精矿产品合格，尾矿灰分达到60%～75%以上，可随矸石直接排弃或综合利用。

3 粗煤泥分选设备工艺特点对比

3.1 TCS智能煤泥分选机与螺旋分选机工艺特点对比

随着煤质的变差，例如在山西大同地区，随着矿井煤炭资源由侏罗系向石炭二叠系过渡，原煤及粗煤泥的煤质越来越差，部分矿井粗煤泥灰分高达38%左右，粗煤泥高密度排矸后再掺混到精煤，已经无法满足精煤质量要求，需要根据煤质情况灵活调整粗煤泥分选密度，从而实现粗煤泥的精选。

螺旋分选机虽然具有分选粒度范围宽、无能耗、运营成本低等诸多优点，但缺点是对煤质变化适应能力差、工艺参数不易调节，当分选密度较低时，分选精度低、效果差，使粗煤泥不能得到有效分选，导致混精煤的回收率降低，质量指标变差。而TCS智能粗煤泥分选机具有分选密度可调，对入料煤质变化适应性强，分选精度高等优点，使粗煤泥得到较好的分选效果，能保证混精煤的回收率和质量指标。

3.2 TCS智能粗煤泥分选机与TBS粗煤泥分选机工艺特点对比

这两种粗煤泥分选设备均适用于低密度分选精煤，也适用于高密度排矸。但与TBS粗煤泥分选机相比较，TCS粗煤泥分选机为有动力干扰分选设备，排料方式由阀门间歇排料改为底流泵连续稳定排料，分选床层更加稳定；生产过程全部实现了智能化，无人值守。由于TCS的分选精度更高，精煤灰分更加稳定、回收率更高。与传统TBS相比，具有如下特点：

（1）TBS粗煤泥分选机尾矿排料是根据密度计的反馈值间歇排料，而TCS粗煤泥分选机通过底流泵实现连续稳定排料。

（2）TCS智能粗煤泥分选机新增加了稀释水系统，避免了TBS粗煤泥分选机由于排料间隙时间长或遇到跑粗时排料口的堵塞问题。

（3）当尾矿排量大时，由于TBS粗煤泥分选机采用间歇排料方式，导致分选床层上下攒动，分选效率降低。而TCS粗煤泥分选机增设了多台流量计对排料量进行在线控制、调整，保证了分选床层的稳定，分选效果更佳。

4 煤泥分选机应用案例

螺旋分选机具有分选粒度范围宽、无能耗、运营成本低等诸多优点，但其在煤质变化时工艺参数不易调节，分选密度较低时，分选效果较差。例如：根据山西大同矿区燕子山选煤厂2016年8月数据显示，1.5～0.2 mm粒级粗煤泥灰分稳定在38%左右，粗煤泥经螺旋分选机分选后（分选密度1.72 g／cm3），螺旋精矿产品中带矸严重，精矿产品灰分达到36.5%～37.5%，发热量Qnet，ar为 12976.1 kJ／kg， 粗煤泥基本没有分选，达不到掺入混精煤的要求。

TBS粗煤泥分选机和TCS智能粗煤泥分选机有着相同的分选原理和相似的构造，但TCS智能分选机采用底流泵排料，不仅克服了TBS粗煤泥分选机尾矿阀门间歇排料时易堵塞、不连续等技术难题，而且使TCS智能粗煤泥分选机的分选精度、设备可靠性得到了进一步提高。2015年12月，天津美腾科技有限公司生产的TCS智能粗煤泥分选机在斜沟选煤厂成功投运。斜沟选煤厂粗煤泥灰分在25%～28%之间波动，平均灰分26.50%左右，从2016年2月份为期一周的化验数据显示，TCS智能粗煤泥分选机的选后粗精煤及尾矿灰分非常稳定，粗精煤灰分为15.62%～17.82%，平均 17.03%；尾矿灰分 61.38%～68.76%，平均65.41%，证明TCS智能粗煤泥分选机设备性能稳定可靠。

天津美腾科技有限公司与斜沟选煤厂共同对TCS智能粗煤泥分选机进行了单机检查试验，具体情况详见表1。

表1 各粒级物料分选Ep值汇总

由表1可见，TCS智能粗煤泥分选机对于1.5～0.2 mm粒级的粗煤泥具有良好的分选效果，除大于1.5 mm粗煤泥Ep=0.14 kg／L外，其它粒级Ep值均小于0.09 kg／L，分选精度高于传统的TBS粗煤泥分选机（Ep值一般为0.12 kg／L）。

除此之外，在晋煤集团赵庄选煤厂、西山煤电屯兰选煤厂及同煤集团燕子山选煤厂都有TCS智能粗煤泥分选机的成功应用实例。

5 结 论

螺旋分选机仅适用于粗煤泥的高密度排矸，分选密度较高，当煤质变差或商品煤质量要求较高时，螺旋分选机无法保证分选效果。TBS粗煤泥分选机在粗煤泥低密度分选上有良好的效果，但是由于其排料结构特性使得排料口磨损快、易堵塞，导致分选密度波动较大，尾矿排放不连续且灰分比较低。TCS智能粗煤泥分选机既能高密度排矸，又可实现低密度分选，可根据实际煤质变化和生产情况及时调整分选密度，选后粗精煤产品质量稳定，保证了掺混后的混精煤产品的质量和回收率，实现粗煤泥的灵活掺混，同时TCS智能粗煤泥分选机可以实现高尾矿灰分连续稳定排料，性能更优于传统TBS粗煤泥分选机。