脱介弧形筛的工艺效果分析

吴朝荡，苑金朝，魏松阳，杨 曌，张旭磊，段程鹏

(1.北京国华科技集团有限公司，北京 101300； 2.唐山国华科技国际工程有限公司，河北 唐山 063020)

1 概 述

弧形筛是一种固定弧形条缝筛，其筛面在纵向呈圆弧形，筛条横向排列。料浆以一定的速度沿切线方向给入筛面，离心力的作用使料浆层紧贴筛面运动。被切割的这部分含有细粒的料浆，在离心力的作用下，经筛缝排出，成为筛下产物，未被切割的部分含有粗粒的料浆，越过筛条成为筛上产物。该筛具有处理量大，结构简单，维护工作量较小，投资费用少等优点。在选煤厂，弧形筛广泛用于液固比相对较大的物料预先脱水、脱泥和脱介。21世纪以来，重介质选煤工艺技术在我国得到大面积的推广，脱介弧形筛已普遍采用，但有关其工艺效果的介绍，在公开刊物上少有刊载。为此本文专门对脱介弧形筛在梗阳选煤厂的工业性试验作一分析。

山西梗阳选煤厂是由北京国华科技集团有限公司(以下简称国华科技)设计的炼焦煤选煤厂，年处理能力3.0 Mt，采用的是原料煤不脱泥、不分级，以无压给料三产品重介质旋流器为核心的工艺及设备。2016年8月山西梗阳选煤厂对新更换筛面的精煤、中煤脱介弧形筛进行了工业性检测，全厂共采用4台OSB362060型精煤脱介弧形筛和2台OSB362060型中煤脱介弧形筛，其结构见图1。该筛筛面宽3.60 m，长2.13 m，面积7.67 m2，筛缝宽度1.00 mm，开孔率为40.00%。

图1 OSB362060型脱介弧形筛结构示意

2 检测数据

2.1 物料性质

脱介弧形筛的物料性质见表1。由表1可知：精煤脱介弧形筛入料磁性物含量为29.60%，而中煤脱介弧形筛入料磁性物含量为76.10%。两者差别甚大，原因之一是磁性物在一段旋流器中亦受到离心力场的作用，随轻产物携带而出的悬浮液中水量大、磁性物少，随重产物携带出的悬浮液水量少、磁性物多；另一个原因可能是梗阳选煤厂购入的磁性物粒度组成偏粗。精煤、中煤脱介弧形筛入料浓度分别为36.16%和66.26%，也是前述原因造成的。

表1 脱介弧形筛物料性质

精煤、中煤脱介弧形筛单位长度泄介量分别为162 m3/(m·h)和59 m3/(m·h)，这两个数值与国华科技公司常规设计取值相比偏低，这从侧面反映出梗阳选煤厂脱介弧形筛在设计选型时留有足够的富余量，也是梗阳选煤厂介耗达到0.5 kg/t的有力保障。

2.2 粒度组成

脱除磁性物后的弧形筛入料及产物的粒度组成(小于2 mm)见表2。

据表2数据分析如下：

(1)入料粒度组成。0.075 mm以下细粒均是精煤和中煤弧形筛入料的主导粒级，其产率分别为57.80%和80.15%。从二者的粒度特性曲线看(见图2)，都呈凹形，直观定性地表明它们都是以细粒级为主，而中煤弧形筛入料粒度组成更为细化。从二者的平均粒径看，后者是前者的0.53倍，定量地表征它们的差别。入料粒度组成粗细必然影响弧形筛的工艺效果。

表2 脱介弧形筛粒度组成

图2 弧形筛入料粒度特性曲线

(2)筛上物粒度组成。由于精煤弧形筛入料粒度组成较粗，所以筛上物粒度组成也相应较粗，两者的平均粒径分别为0.653 mm和0.493 mm。

(3)筛下物粒度组成。由于弧形筛筛面是新更换的，所以两者筛下物中几乎没有大于1.0 mm的粒级。因为筛面为条缝形，所以也可以断定该选煤厂煤泥的微观形态是粒状的，扁长状几乎没有。两种弧形筛入料中小于0.075 mm细粒产率差别较大，所以筛下物中细粒的产率也存在较大的差别。两者的平均粒径分别为0.118 mm和0.069 mm，后者是前者的0.58倍。

3 工艺效果分析

选煤厂脱介弧形筛应该具备如下3个功能：一是脱介；二是脱水；三是脱泥并回收质量合格的粗煤泥。经计算，梗阳选煤厂脱介弧形筛的工艺效果见表3。

表3 梗阳选煤厂脱介弧形筛工艺效果

由表3可知：

(1)精煤、中煤脱介弧形筛入料中(小于2 mm)的磁性物脱除率分别为96.81%和96.57%，这两个数值是相当高的，表明弧形筛是介质脱除系统的主要环节，良好的脱介性能保障了介质高效回收，绝大部分磁性物被弧形筛脱除至筛下物里。弧形筛入料中(小于2 mm)的磁性物仅有3.19%和3.42%跟随筛上物进入脱介振动筛，大大降低了脱介振动筛的工作负荷。

煤炭粒径的大小与其携带磁性物多少有关，粒度越大者其混杂的磁性物就越少。如果弧形筛磁性物含量测试包含了大于2 mm粒级，则磁性物脱除率还要高一些。

(2)精煤、中煤脱介弧形筛脱水率分别为95.47%和96.00%，选煤厂生产中在振动脱介筛上还要喷水脱介，所以对于脱介弧形筛泄水能力要求并不太严格，只需保障筛面不大量串水。实际上，弧形筛的脱水、脱介作用是同时发生的，大部分介质粉是以水为流动载体实现透筛过程的，因此较高的脱水性能必然同步形成较好的脱介效果。

虽然中煤弧形筛的实际处理量比精煤弧形筛小得多，但以上二项指标相差甚小，这可能是中煤弧形筛入料粒度组成细、浓度高所造成的。所以影响脱介弧形筛工艺效果的因素除了单位处理量外，入料粒度组成和浓度也是不可忽视的。

(3)弧形筛属于固定筛分设备范畴，伴随着脱水脱介过程，物料同时进行筛分分级，因此可用分配曲线来表征其工艺效果。

分配曲线是通过各个粒度级的分配率绘制的一条光滑曲线，理想的分配曲线是一条垂直于横坐标的直线，即粒度小于分级粒度的物料全部进入筛下物，而粒度大于分级粒度的物料全部进入筛上物。但是实际的分级不可避免地存在误差，有一部分细物料混杂到筛上物中，也有一部分粗物料透筛进入筛下物中，使得分配曲线成为S形。显而易见，曲线越平缓，错配物越多，分级效果越差。由分配曲线求得的可能偏差表征的是筛分设备分级的精确程度。

本次试验，精煤、中煤脱介弧形筛可能偏差分别为0.233 mm和0.181 mm，精煤的效果不如中煤，这主要是由于精煤弧形筛处理量远远大于中煤弧形筛造成的。两种弧形筛的分配率见表4，分配曲线见图3。

表4 脱介弧形筛分配率

图3 脱介弧形筛筛上物分配曲线

(4)在弧形筛圆弧包角的范围内，因离心力作用，煤浆以切向速度越过筛板筛条，传统上认为被切割进入筛下物的颗粒直径约为筛缝宽度的1/2，即筛缝宽度决定了分级粒度的大小。梗阳选煤厂精煤、中煤脱介弧形筛筛缝宽度为1 mm，因此其分级粒度约为0.5 mm。由表4可知，精煤、中煤脱介弧形筛分级粒度分别为0.66 mm和0.58 mm，这两个数值与习惯值基本吻合。

(5)众所周知，无压给料三产品重介质旋流器分选下限已达0.25 mm，这可以理解为无论是低密度的精煤，还是中间密度的中煤、高密度的矸石，分选下限均已达0.25 mm，所以大于0.25 mm的粗粒尽量在筛上回收，避免进入重介质系统重复分选，该粒级物料在系统中过度积聚还会产生次生煤泥，影响分选及脱介效果。

精煤脱介弧形筛筛下小于0.25 mm细粒级正配效率达到95.77%，筛上大于0.25 mm粗粒级正配效率为68.76%，筛分效率64.53%；中煤脱介弧形筛筛下小于0.25 mm细粒级正配效率达到95.87%，筛上大于0.25 mm粗粒级正配效率为80.54%，筛分效率76.41%。作为筛分设备，筛下小于0.25 mm细粒级正配效率达到95.77%和95.87%，佐证了细粒透筛效率高，脱泥效果好。

该厂的精煤弧形筛和中煤弧形筛实际分级粒度为0.66 mm和0.58 mm，大量的0.5～0.25 mm粒级物料透筛进入筛下物，因此梗阳选煤厂0.25 mm粗粒级正配效率仅为68.76%和80.54%。该值制约了综合筛分效率没有突破80%，有待进一步提升，并且两者差距较大，分析认为这是由于中煤弧形筛入料浓度大，接近分级粒度的颗粒其透筛量有所降低而导致。从20世纪至今选煤工程设计中脱介弧形筛的筛缝宽度一直为1 mm，无压给料三产品重介质旋流器分选下限已经达到0.25 mm，这必然造成大量质量已经合格的0.5～0.25 mm粒级物料进入合格介质中，在旋流器内重复分选。

弧形筛的处理能力与筛面的开孔率有关，筛面的开孔率计算式：

式中：d为筛缝宽度；b为筛背宽度。

增加筛缝宽度d或减小筛背宽度b，均有利于提高筛面的开孔率与处理能力。对筛缝宽度、筛背宽度的选择既要考虑弧形筛的处理能力，也要考虑分级粒度。可以在保证筛面开孔率的同时，将目前的筛缝宽度1.00 mm和筛背宽度1.50 mm适当减小。

4 结 语

梗阳选煤厂工业性试验数据表明：脱介弧形筛脱介能力强，磁性物脱除率高达96.81%和96.57%；脱水性能优异，脱水率高达95.47%和96.00%；考核该设备的分级性能时，小于0.25 mm的细粒脱泥率良好，分别达到95.77%和95.87%，但对已经得到有效分选的0.5～0.25 mm粒级煤泥的回收不尽人意，有待进一步提升。

工业性试验数据表明，脱介弧形筛是重介系统脱介的主要环节，提高弧形筛的工艺性能，对于选煤厂有以下3个方面的好处：一是有助于进一步提高脱介筛的脱介效率，降低全厂的介质消耗；二是在保证脱介指标的前提下，现场的脱介筛振幅或振次可适当降低，随之设备的噪声和机械维修量亦可降低，同时筛面喷水可相应减小，磁选机入料量也可降低；三是在保证弧形筛处理能力的前提下减小分级粒度，尽可能多回收0.5～0.25 mm粒级物料，避免重复分选和不必要的粗煤泥循环。对于待建厂，脱介弧形筛能力提高后，配套的振动脱介筛和磁选机台数就可以减少，基建费用和生产费用皆可降低。以梗阳选煤厂的精煤脱介筛为例，若将磁性物脱除率提高一个百分点，即由96.81%提高到97.81%时，精煤脱介筛的脱介量将相应减少31.34%，这个数值是非常可观的。

期望对脱介弧形筛进行更多的工业性检测试验，以积累大量翔实、可靠的数据；对脱介弧形筛(包括筛面)的结构进行创新性改进，以促进选煤事业的进步与发展。