重介质旋流器选煤.pdf

第五章重介质旋流器选煤 第一节概述 一、重介质旋流器选煤的发展 重介质旋流器选煤是目前重力选煤方法中效率最高的一种。它是用重悬浮液或 重液作为介质，在外加压力产生的离心场和密度场中，把煤和矸石进行分离的一种 特定结构的设备。它是从分级浓缩旋流器演变而来的。 美国于 “ 年公布了分级浓缩旋流器专利；荷兰国家矿山局（,83）旋流器；“6 年代初意大利学者研制成用两台圆筒形旋流器轴线串联组成 （34）三产品重介质旋流器；“6 年代中期英国煤炭局在吸收 25 和沃赛尔两 种旋流器的特点，推出直径为 66 的中心给料圆筒形重介质旋流器（8A* B43 / 第五篇重介质选煤 ““ “ 为 2-1，如 “ 第五篇重介质选煤 果换能器至被测悬浮液深底的高度为 ，液位为 “，声波经一定时间 可达液面。 由液面反射的回波义经过同样的距离和时间回收换能器的安装处，即声波往返路程 为换能器到液面距离的 倍。所以液位 “ 为 “ “ 随着电子技术和微型计算机技术的发展，可以把换能器和感温元件胶封在一起 并和电子部件一体化，体积很小，很适于介质桶悬浮液液位的检测。 七、介质桶液位自动调节系统 介质桶液位自动调节，主要指合格介质桶的液位调节。悬浮液在循环使用中， 由于不断的选煤、不断的分流、加水、加介质等而造成介质桶的液位不断变化。液 位过高会造成跑溢流。液位过低，可能把悬浮液抽空，无法选煤。同时液位不稳 定，也会影响悬浮液工艺参数的调整（如密度、粘度等） ，影响分选效果。 合格介质桶的液位调节主要采用打分流和补加高密度介质与水的办法。超声波 液位计测得液位信号，将液位信号送给调节器，自动控制分流箱，调节分流量，使 液位稳定。当液位过低时，发生报警信号，自动补加水。高密度介质的补加由密度 控制系统进行调节。 第三节悬浮液流变特性自动检测及自动控制 悬浮液的流变特性是表征悬浮液的流动与变形之间的关系的一种特性。流变粘 度是悬浮液流变特性的主要特性参数。在实验室条件下，测定悬浮液流变粘度的方 法主要是用毛细管粘度计以测定悬浮液从毛细管中流出的速度，或者用旋转粘度计 以测定作用在转子上的力或扭矩。但是在生产中，用以在线测量并指导生产的就不 能使用这些方法，而是采用间接测量方法。即通过测量悬浮液密度和测量悬浮液磁 性物含量，然后推算出悬浮液煤泥含量的办法。因为在用磁铁矿悬浮液选煤过程 中，当磁性加重质的特性稳定时，随着煤泥含量的增大，其粘度也随之增大。悬浮 液的流变粘度主要就取决于煤泥的含量与特性。 洗选煤技术实用手册 一、磁性物含量测量仪 目前，重介质选煤采用的加重质主要是磁铁矿粉。磁铁矿粉的密度范围为 “ ’“，用它配制的悬浮液密度范围在 *“ ’“。 磁铁矿粉属于强磁性物质，其导磁率比较高。如果磁铁矿粉均匀分布在悬浮 液中，则悬浮液通过螺管线圈时，单位体积内的磁铁矿粉含量与螺管线圈的电感变 化量成正比。 从电磁学中知道，含有铁磁物质的螺管线圈的磁场（用恒流源激励螺管线圈 时）由两部分组成。一部份是线圈激励电源 ，建立的空芯线圈磁场 “；另一部分 是由铁磁物质进入线圈后，铁磁物质被磁化所产生的附加磁场 “ ，由于铁磁物质 所产生的附加磁场与激励磁场同相，所以总磁场为两部分的矢量和。 因此，空芯螺管线圈的电感量 为 ,“ 式中 “ 真空磁导率； 线圈匝数； 线圈横截面积； 线圈长度。 铁磁物质进入线圈后，由于附加磁场而产生的电感量 为 ,“ “ ’ 式中 “ 铁磁物质的磁导率； ’ 铁磁物质的体积。 总电感量 为 , - ,“ -““ ’ 所以，铁磁物质进入螺管线圈的电感变化量 与铁磁物质的体积 ’ 成正比。 如果设定“、“、、 为常数，并且铁磁物质的密度一定时，则线圈的电感变化 量 与铁磁物质含量成正比。 电感式磁性物含量测量仪就是根据这一原理制成的。 第五篇重介质选煤 应当指出，磁铁矿粉的导磁率与磁铁矿粉的品种有关。另外，磁铁矿粉的 导磁率随温度的升高而下降。但是，如果选用的磁铁矿粉固定时，利用磁铁矿 粉对仪表进行初始标定，一般这些变化不会影响被测变量的实际变化。必须指出的 是，这种测量方式仅仅是测量悬浮液通过线圈时的电感量变化。如果悬浮液是由几 种物质组成，它仅对磁铁矿粉的含量有关，与其它非磁性物质无关。若要测出其它 非磁性物质的含量，只能借助于其它测量仪表推导而出。 电感式磁性物含量测量仪主要由螺管线圈和转换器两部分构成。螺管线圈的长 度与断面之比应大一些，这样在线圈内的磁场分布比较均匀。螺管线圈内的导管应 采用不导磁的材料制成。为使导管增加耐磨性和耐蚀性，导管内可采用聚乙烯、耐 磨橡胶或耐磨铸石制成。转换器是为螺管线圈提供恒定的三角波励磁电流，三角波 作用在螺管线圈之后，由于线圈的等效电路中有电感、电阻和电容。如果把三角波 分解为傅立叶级数函数，按各种不同频率的正弦谐波分量进行分频计算与合成，则 三角波信号通过电感时的电压为方波；三角波通过电阻时的电压波形仍为三角波； 通过电容时的电压波形为抛物线波形，将它们的混合波信号分别送到相位差 “的 两个检测器。其中一个检测器检出电感造成的方波信号，另一个检测器检出电阻造 成的三角波信号。方波信号是与磁性物含量有关的信号。而电阻三角波是因线圈的 电阻值造成的，一般变化量很小，它仅与温度有关，此信号可以用来进行温度补 偿。所以，转换器的功能如下 （）为螺管线圈提供一个恒定的三角波励磁电流； （）将通过线圈的电压信号进行放大，相敏检测； （）将空载信号减去，对仪表调零； （’）采取温度补偿措施，使温度变化的影响减少到最小程度； （）采用 “ 变换和 “ 变换电路，提高电路的抗干扰能力。 电感式磁性物含量仪的灵敏度比较高，悬浮液中磁性物含量为 * 时，仪表 即能显示读数，并且仪表的读数随磁性物含量的增高而成线性地增大。它不仅可以 用来测量重介质悬浮液的流变性质，还可以测量磁选机尾矿的磁铁矿损失量，作为 损失过大的报警信号。 二、悬浮液流变特性自动调节系统 重介质悬浮液的主要组成是磁铁矿粉、煤泥和水。悬浮液流变特性的自动调 ,“ 洗选煤技术实用手册 节，主要是调节悬浮液的煤泥含量。据煤炭科学院唐山分院提供的““ 重介质 旋流器工业性试验说明，在分选密度较低，磁铁矿粉粒度较粗时，增加工作悬浮液 中的煤泥含量可以改善分选效果。该表还列出了以细粒度磁铁矿粉（小于 ““ 级占 ’）作加重质时，可以在煤泥含量较低时取得很好的分选效果。但是，也 有资料说明，当煤泥含量过高（达 ’ *’）时， “ 粒级原煤的分选 效果变坏。这说明不同悬浮液中的煤泥含量有一个适当范围。 重介质悬浮液中煤泥含量很难使用仪表测量，但可以借助于密度计和磁性物含 量计分别测量出悬浮液的密度和磁性物含量，然后通过公式，由计算机计算出煤泥 含量。 经数学推导可得如下计算公式 , “（ - “““） - 式中 煤泥（非磁性物）含量，./01； 磁性物含量，./01； 悬浮液密度，./0 1； “ 与煤泥有关的系数； 与煤泥和磁性物有关的系数。 其中“ , “煤泥 “煤泥- “““， ,“ 煤泥（“磁- “““） “磁（“煤泥- “““） 式中 “煤泥 煤泥密度，./01； “磁 磁铁矿粉密度，./01； 所以，煤泥百分含量 , 2 3 ““ 在重介质旋流器选煤中，低密度分选悬浮液的煤泥百分含量一般控制在 “’ “’为宜，超过此值时，应将精煤弧形筛下的合格悬浮液分流支精煤稀介桶，经 磁选机脱泥，使分选悬浮液的煤泥含量稳定在规定范围。 第四节旋流器入口压力自动检测及自动控制 重介质旋流器的入口压力是旋流器内产生离心力的动力，是促使煤与矸石得到 有效分离的重要因素。随着旋流器入口压力的增大，矿粒在旋流器内的离心因素和 4“ 第五篇重介质选煤 加速度也增加，所受的离心力倍增，使选煤效果得到改善，还可提高旋流器的处理 能力。但压力到一定值后，再增大压力，对改善分选效果就不明显，反而会增加机 械磨损和能耗。但低于最低值时，分选效果将显著下降。所以，应把旋流器入口压 力控制在合理值上。 一般是 “ 式中 旋流器入口压力； “ 旋流器直径。 旋流器的入口压力可用压力表进行检测。 一、压力测量仪表 压力测量仪表的种类很多，用于测量作用在容器单位面积上的全部压力的仪表 称为绝对压力表。用于测量大气压力的仪表称为气压表。但是大气压力随地理纬 度、海拔高度和气象的影响而变化。通常压力测量仪表测得的压力值等于绝对压力 值与大气压力值之差，称为表压力。当绝对压力值小于大气压力值时，表压力为负 值。此负压的绝对值，称为真空度。用来测量真空度的仪表称为真空表（或称负压 表） 。既能测量压力值又能测量真空度的仪表称为压力真空表。 选煤厂所采用的压力计，按其作用原理可分为液柱式压力计和弹性式压力计两 种基本类型。 液柱式压力计的结构简单，制造容易，是精度较高的压力测量仪表。但其测量 范围较窄，只能测量你压和微压。 弹性式压力计的工作原理，是利用弹性敏感元件，如单圈弹簧管、多圈螺旋弹 簧管、膜片、膜盒、波纹管或板簧等。在被测介质的压力作用下，产生相应的位 移，此位移经传动放大机构将被测压力值（或真空度）在刻度盘上指示出来。若增 设附加装置（如记录机构、电气转换装置、控制元件等）则可进行记录、远传或控 制报警。 二、旋流器入口压力自动调节系统 旋流器入口压力是指旋流器进料口处的压力。如果是采用定压箱给料方式，只 要保证定压箱有溢流即中保持旋流器入口压力稳定。自动控制的重点是检测定压箱 “ ““ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ 洗选煤技术实用手册 的液位。定压箱的液位应保持稳定。如果液位偏低，应发出报警信号。 为了保持定压箱的液位稳定，进入定压箱的悬浮液量应略大于旋流器的处理 量，使多余的悬浮液跑进溢流，并返回合格介质桶。溢流堰上部装有液位开关，在 正常工作时，应保持液位开关的接通。 如果采用泵有压或无压给料选煤时，旋流器的入口压力主要是用控制泵的转速 来进行调节的。调节泵电机的旋转速度，可以采用调节皮带输变速比的办法。也可 采用可控硅变频调速器，或者采用电磁滑差离合器。以可控硅变频调速器的效果为 好。其优点是控制灵活，还可降低能耗。缺点是初期投资较大。 第五节产品灰分自动检测及自动控制 选煤厂的精煤产品灰分测量一般使用国家规定的化学分析方法烧灰。快灰用 于指导生产。由于操作复杂，一般快灰结果传到司机岗位，已经滞后一个小时左 右。用于指导生产的科学方法是用测灰仪，在线测量。目前主要使用射线灰 分仪。 一、射线灰分仪 射线灰分仪是利用放射性同位素镅 “（“）发出的射线与物质相互作 用，产生光电效应和康普顿效应。而光电效应随物质的原子序数增加而增加。当煤 的灰分高时，其平均原子序数也增加。因此，根据低能射线强度的变化，就可 判断煤炭灰分含量的多少。射线与物质的相互作用可分为反散射式和透射式两 种。而射线灰分仪也分为反散射式和透射式两种。在国内，利用射线反散射 原理制成的灰分仪，最有代表性的是煤炭科学院唐山煤研分院制造的射线灰分 仪。它的工作原理是灰分 与射线反散射强度“ 有如下线性关系 ’ “ “ ’ “ 其中 ’ “ ， ’ 式中 待测煤样的灰分； “ 灰分为 时的散射射线强度； * 第五篇重介质选煤 入射射线的初始强度； “ 与煤样的性质、探射器安装几何条件有关的常数。 图 “ “ 为反散射式射线灰分仪测量灰分流程示意图。给料装置将被测煤样 连续装入测量箱。当煤样高度接触煤位继电器时，电振排料机开始排料。当测量箱 内煤位高度下降，脱离煤位继电器时，电振排料机停车，保持测量箱有足够的煤样 供灰分仪测量。 图 “ “反散射式射线灰分仪示意图 采用双射源射线透射原理制成的灰分仪有清华大学、北京百龙电子技术研 究所及西安核仪器厂等单位生产的产品。它是采用低能和中能射线透射吸收法， 通过测量透射过煤层的低能和中能射线强度来实现测灰的。由于煤对低能射 线的透射吸收，既取决于煤的灰分含量，同时还取决于被测煤层的质量厚度。而中 能射线的吸收只取决于透射煤层的质量和厚度。将这两个透射强度公式进行联 列并经若干变换，就可得到与煤层厚度无关的灰分含量公式。 “’（ （ ） “* 式中， 低能射线束内无煤和有煤时的通量密度； ， 中能射线束内无煤和有煤时的通量密度； “’ ， “ * 校准常数， 由标定煤样求得。 ’“ 洗选煤技术实用手册 由公式可以看出，只要测得双射源射线的 和 “，就可通过微型计算机计算 出煤的灰分含量。 低能放射源采用镅 “（“） ，’’。中能放射源采用铯 *（*） ， ’。探测器为闪烁计数器。 二、产品灰分自动调节系统 重介质选煤产品灰分自动调节系统的技术关键在于使用射线灰分仪进行灰 分测量及克服精煤产品粘附磁铁矿粉对测灰仪精度的影响。在选煤过程中，常因精 煤脱介效果不好而造成精煤表面粘附的磁铁矿粉数量较多。它对射线灰分仪的 影响极大。经试验表明，精煤表面粘附的磁铁矿粉量对射线灰分仪的影响呈线 性关系。精煤表面粘附的磁铁矿粉量不超过 ,-. / 煤时，它对射线灰分仪的测量 精度影响约在 0 ’12以内。在一般的重介质选煤厂，只要加强管理，提高工人操 作水平，精煤表面粘附的磁铁矿粉变化量都可以控制在 ,-. / 煤以下。如果精煤表 面粘附的磁铁矿粉变化量超过 ,-. / 煤时，它对射线灰分仪的测量精度影响较 高。这种情况往往发生在管理和操作不当，脱介筛喷水量不足时，或筛子负荷大或 细粒煤多、脱介效果差时，将会造成磁铁矿粉损失严重，使精煤表面粘附的磁铁矿 粉量波动大，影响射线灰分仪的正常测量结果。目前，磁铁矿粉的变化对射 线测灰仪带来的不良影响还没有找到一种妥善的办法加以克服。 试验表明，将射线灰分仪的探测器安装在离心脱水机的排料口处较为适宜。 在离心机排料口的精煤表面粘附的磁铁矿粉量较小。这是因为精煤经过离心脱水机 后，不仅脱去大量水分，而且也脱去一部分细颗粒物料。其中包括一部分磁铁矿 粉。这样就给射线灰分仪测量灰分带来很大的好处。 在重介质旋流器选煤过程中，影响产品质量的主要因素是悬浮液密度及其它工 艺参数（如悬浮液流变参数、原煤入选量、旋流器入口压力、介质桶液位等）的波 动。因此，重介质旋流器选煤的产品灰分自动调节系统是在稳定原煤入选量、稳定 悬浮液煤泥含量、稳定介质桶液位、稳定旋流器入口压力的前提下，根据产品灰分 变化，自动调整密度给定值，自动调节悬浮液密度，达到稳定产品质量，提高回收 率的目的。 3 第五篇重介质选煤 第六节重介质旋流器选煤自动化实例 重介质旋流器选煤自动化应根据选煤工艺流程所采用的加重质及调节方式进行 设计。简单的自动控制系统只调节悬浮液密度。比较完善的自动控制系统应该能够 对悬浮液的密度、流变特性及其它工艺参数进行自动调节，能够根据产品灰分信 号，自动稳定产品质量。下面介绍一个典型的单一低密度双段自控三产品重介质旋 流器自动控制系统。工艺流程采用两台““ 主选（一段）重介质旋流器，再选 （二段）悬浮液进入“ 重介质旋流器。入选粒度为 “。选前不脱泥， 直接进入煤介混合桶。煤泥部分由’“ 重介质旋流器进行分选。自动控制系统 包括 （’）主选重介质旋流器的悬浮液密度和流变特性自动测控； （）再选重介质旋流器的悬浮液密度自动测控； （）重介质旋流器分选煤泥的自动测控。 一、主选重介质旋流器的悬浮液的密度和流变特性自动测控 由于采用不脱泥直接入选方式，重介质循环悬浮液常被煤泥污染，即煤泥含量 不断增加。为解决这一问题，采用了不断分流的办法，即分流一定量的悬浮液到煤 泥桶，对煤泥进行分选，并把煤泥从悬浮液循环系统中排掉。 主选重介质旋流器的悬浮液流变参数测量，采用一台“射线密度计和一台磁性 物含量计，借助于这两种测量仪表的测量值，通过计算机可以计算出各密度级的煤 泥百分含量。一般情况下，主选重介质悬浮液的煤泥含量控制在 “* “*为宜。 高于这个值时，应将弧形筛下的合格悬浮液分流到煤泥桶，进入煤泥分选系统，再 进入磁选机把磁性介质与煤泥分离回收。 为了提高测量的准确度，简化测量方式，可以将“射线密度计直接安装在重介 质旋流器的入料管路上，使密度计的测量值全面代表给入重介质旋流器的悬浮液密 度值。它与循环悬浮液的密度值之差很小，并且更直接、更确切。 一般情况下，在控制悬浮液流变参数的同时，悬浮液的密度呈升高的趋势，自 动补加一定量的清水即可降低密度，而煤介混合桶的液位趋于下降，当煤介混料桶 的液位低于给定值时，自动补加一定量的浓介质和水，以提高液位。为了保证产品 ’ 洗选煤技术实用手册 灰分稳定，系统中设有精煤灰分自动测量装置，根据灰分信号的变化，自动调整密 度给定值。在入洗原煤皮带上装有电子皮带秤，随时监测原煤入洗量，超载时发出 警报。在产品皮带上装有核子秤，随时计算出精煤产量和回收率。 二、再选重介质旋流器的悬浮液密度自动测控 由于采用单一低密度介质双段自控三产品重介质旋流器的选煤工艺，这就使再 选旋流器的悬浮液密度有可能实现自动测控，从而大大提高再选旋流器的分选效果 和应变能力。该系统的射线密度计直接安装在再选旋流器的入口端管道上。当进 入再选旋流器的悬浮液密度降低时，可以自动补加部分磁精矿，提高悬浮液密度。 反之，当进入再选旋流器的悬浮液密度增加时，可以自动补加清水，降低悬浮液的 密度。 三、重介质旋流器分选煤泥时的自动测控 该系统包括煤泥悬浮液的密度测量与控制、煤泥缓冲桶的液位自动测量与控 制、““ 重介质旋流器组的入口压力自动测量与控制。 煤泥悬浮液的密度测量与控制 “ 重介质旋流器组的入选煤泥悬浮液密度测量采用安装在入料管道上的 射线密度计来实现。一般控制在（’ ）*。它主要决定于主选系统的悬 浮液密度值。如果需要调整，可以采用补加清水和补加再选合格悬浮液的办法。 , 煤泥缓冲桶的液位自动测量与控制 煤泥缓冲桶的液位取决于主选系统煤泥分流量。同时，也随““ 重介质旋 流器的投入台数多少而变化。所以煤泥缓冲桶的液位控制采用控制旋流器组的台数 来进行。当主选系统的煤泥分流量增大，煤泥缓冲桶的液位升高时，自动投入一台 备用““ 重介质旋流器。反之，当液位降低时，自动减少一台。这样，可以保 证煤泥缓冲桶的液位及““ 旋流器的分选条件稳定在一定范围内。煤泥缓冲桶 的液位测量是采用超声波液位计或者采用电容绳式液位计。 “ 重介质旋流器组的入口压力自动测量与控制 “ 重介质旋流器组的入口压力稳定是确保煤泥中细粒级物料得到有效分 离的主要条件。当压力偏离给定值时，自动控制煤介泵的转速以满足“ 旋流 器的入口压力稳定。煤介泵的转速由变频调速器进行控制。 “ 第五篇重介质选煤