原料煤选前润湿方式的选择与设计

汪春笋

(江苏省第一工业设计院有限责任公司，江苏 徐州 221000)

重介质选煤分选精度高，特别是低密度分选优质低灰精煤时，其优越性更是远远超过跳汰选煤。我国煤炭具有中间密度产物高，可选性偏难的特点，这一国情对分选精度提出了更高的要求[1-2]。自20世纪80年代，我国选煤科研工作者开始致力于研究重介质旋流器分选技术，在前苏联有压三产品重介质旋流器分选技术的基础上，不断进行引进、仿制、改进工作，研制出具有自主知识产权的无压给料三产品重介质旋流器，走出了一条具有中国特色的选煤技术路线。煤炭行业的黄金十年为这项技术的推广奠定了基础，目前多数炼焦煤选煤厂都已采用原料煤不脱泥、不分级的分选工艺，该工艺核心是无压给料三产品重介质旋流器[3]。无压给料与有压给料相比，具有工艺较简单，依靠物料自重给入，无脱泥和混料过程的优势。随着重介质旋流器大型化的发展，原料煤处理量大幅增加，提升了原料煤选前润湿环节的重要性，因此，配套相应的高效选前润湿方式十分重要，为了保障较高的分选精度，无压给料工艺中引入原料煤选前润湿环节，为无压给料三产品重介质旋流器高精度分选提供了必不可少的保障作用。

1 原料煤选前润湿的重要性

原料煤选前润湿包括润湿混合和预先旋流两部分。对于不脱泥、不分级入选的选煤厂而言，当水分低、粉煤多的原料煤直接进入旋流器时，易出现“结团”现象，即因润湿张力作用使得密度不等的颗粒相互包裹在一起，不利于物料分离[4-5]。润湿混合作用有助于原料煤与润湿液充分接触、混合分散，有效避免原料煤的“结团”现象，特别是原料煤处理量大时，效果更为明显。另一方面，增加选前预先旋流装置，使得原料煤在进入旋流器前，已经具有足够的离心切向力，为高效率分选创造条件。若原料煤选前润湿不充分，则易出现“结团”现象，生产过程中也易出现精煤带矸石，严重影响精煤质量。

2 润湿液的选择

为了实现不脱泥、不分级无压给料三产品重介质旋流器的高效分选，高质量的选前润湿是实现的前提和基础。原料煤选前润湿有多种方式，需要结合工程设计经验加以区别和选择。因此，在选煤厂工程设计时选择合适的选前润湿方式尤为重要，也是精煤产品质量能否稳定的关键因素。

循环水是常见的一种润湿液，一般多见于20世纪建造的选煤厂，这是由时代的技术局限性造成的。无压给料重介质旋流器推广及大型化初期，鲜有与之配套的合格介质泵在保障重介质旋流器入料压力的前提下提供多余的合格悬浮液用于原料煤选前润湿，只能采用循环水来进行原料煤的选前润湿，该方式虽然能够解决原料煤“结团”问题，但大量的水从入料漏斗进入旋流器中，影响重介质旋流器的分选密度，不利于分选；另一方面，为了稳定合格悬浮液密度，只能通过增大分流量将这部分循环水排出合格介质循环系统，排出的悬浮液进入稀介系统后增加了磁选机的入料量，若磁选机处理量不足，将会增加介耗[6]。

随着技术的进步，目前合格介质泵已能够提供足够的密度稳定的合格悬浮液对原料煤进行选前润湿，不仅不会引起旋流器内密度场的变化，而且为原料煤的分选创造稳定的分选条件。当原料煤采用合格悬浮液润湿时，可保证原料煤与悬浮液充分接触。从实际生产效果来看，润湿液采用合格悬浮液效果更好。

3 常用的原料煤选前润湿方式

三种常用的原料煤选前润湿方式为：刮板输送机润湿、旋流喷射式润湿、跌落式润湿。

3.1 刮板输送机润湿方式

刮板输送机润湿方式示意图如图1所示。喷水装置喷出一定量润湿液，将合格悬浮液和原料煤在刮板输送机中间槽体内进行混合润湿。在实际生产过程中，刮板输送机易发生跳链、断链事故，不仅原料煤润湿效果差，链条磨损严重，更换频繁，材料成本高，同时存在安全隐患等问题，严重影响了选煤厂的正常生产。因此，目前该润湿方式应用已不多见。

1—喷水装置；2—刮板输送机中间槽；3—刮板输送机机头；4—圆锥入料漏斗；5—重介质旋流器

3.2 旋流喷射式润湿方式

旋流喷射式润湿方式示意图如图2所示。旋流喷射管设有可调节流量的阀门，可将一定压力的润湿液沿入料漏斗切向给入旋流喷射管，将合格悬浮液和入料原料煤进行混合，从而达到润湿和预分选的目的[7]。该方式使原料煤在进入旋流器之前，就已获得离心切向力，起到预先分选的作用，该润湿方式操作相对简单，应用也较为广泛。但也存在润湿液与原料煤接触、混合时间较短，难以充分混合的问题，同时旋流喷射管切向位置对润湿装置结构设计要求较高。

1—入料漏斗；2—旋流喷射管；3—重介质旋流器

3.3 跌落式润湿方式

跌落装置润湿方式示意图如图3所示。喷水装置设有可调节流量的阀门，喷出一定量的润湿液，通过原料煤和合格悬浮液在跌落装置内部反复跌落，进而达到润湿原料煤的目的。该润湿方式结构简单，易于观察润湿状况，同时可实现原料煤全断面润湿[8]。

1—喷水装置；2—跌落装置；3—圆锥入料漏斗；4—重介质旋流器

4 润湿方式的设计优化

随着选煤设备大型化的发展，大直径无压给料三产品重介质旋流器的应用越来越广泛，因此对原料煤进行充分润湿十分重要[9-11]。

(1)对刮板输送机润湿方式而言，当原料煤入选量增大时，需要提高刮板机宽度和速度来增大运量，但易导致中间槽内煤层增厚，原料煤与润湿液接触不充分、润湿时间短。

(2)对旋流喷射润湿方式而言，除润湿混合时间较短外，当入料漏斗的煤量增大时，势必要加大入料漏斗结构尺寸，提高旋流喷射的压力，才能保证原料煤与合格悬浮液充分润湿。

(3)对跌落装置润湿方式而言，入选量增大同样会发生煤层增厚且在跌落装置里接触不彻底、润湿不充分的问题。

通过上述对比分析，当入选量大时，这三种润湿方式均存在一定的缺点，为此，针对原料煤选前润湿提出了锯齿混合板+旋流喷射润湿的优化方案(图4)。

由图4可知，喷水装置设有可调节流量的阀门，将一定压力的润湿液喷到原料煤后，两者一起落到锯齿混合板上，合格悬浮液和原料煤在凹凸不平的锯齿板和竖向切割板的作用下上下翻转、左右分割，不断混合，然后进入圆锥入料漏斗，利用旋流喷射管获得较强的切向力，在圆锥入料漏斗中将合格悬浮液和预润湿原料煤充分混合，以达到充分润湿和预分选效果。设计时，预润湿装置上方设置有观察孔，以便观察圆锥入料漏斗内旋流喷射的润湿程度，及时调整旋流喷射管流量，同时将圆锥入料漏斗设计成法兰连接的两部分，以便于安装和替换[12]。

1—喷水装置；2—预润湿装置；3—圆锥入料漏斗；4—旋流喷射管；5—重介质旋流器

在预润湿装置中，锯齿板增加合格悬浮液与原料煤的接触次数，竖向切割板强制使合格悬浮液与原料煤混合。在圆锥入料漏斗中，预润湿的原料煤从旋流喷射管获得较强的切向力。该润湿方式不仅具有操作简单，易于观察，维护方便等特点，而且克服了三种常用的原料煤选前润湿方式的缺点，实现原料煤与合格悬浮液充分混合，提供稳定的密度场及离心力场，为原料煤的高精度分选创造有利条件。

5 结语

随着我国选煤厂智能化进程的不断推进，对适合智能生产的高效原料煤选前润湿方式提出了更高的要求。在选煤厂工程设计中，常常忽略原料煤选前润湿环节的重要性，造成精煤带矸石等常见指标问题。为此，在对润湿液选择和润湿方式比选的基础上，结合选煤工程实践经验，设计出一种更为高效的原料煤选前润湿方式，即锯齿混合板+旋流喷射润湿，从而为大型无压给料三产品重介质旋流器高精度分选提供前提条件，有利于保障精煤产品质量，提高选煤厂经济效益。