婁德安，楊 康

(1.中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心，河北 唐山 063012)

跳汰選煤工藝以其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性高、投資少、生產(chǎn)成本低，且對原煤煤質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，一直是我國廣泛應(yīng)用的選煤工藝之一。在所有跳汰選煤設(shè)備中，尤以SKT跳汰機(jī)市場占有率最高。

近年來，中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司(以下簡稱“唐山研究院”)對SKT跳汰機(jī)進(jìn)行了多項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)和創(chuàng)新，先后研發(fā)了無背壓雙蓋板閥、復(fù)振風(fēng)閥、新型機(jī)體、200 mm大粒級排料裝置、跳汰機(jī)智能集中控制系統(tǒng)等多項(xiàng)專利技術(shù)，使該SKT跳汰機(jī)的節(jié)能降耗性能更突出，適用性更強(qiáng)，分選效果進(jìn)一步提高。此外，隨著SKT技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新，SKT跳汰機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域也得到進(jìn)一步拓寬，近年來在煤礦井下排矸、高密度無煙煤分選、寬粒級分選、末煤分選、大塊煤預(yù)排矸、城市垃圾分選等方面有了突破性進(jìn)展。

1 SKT跳汰機(jī)技術(shù)發(fā)展

1.1 風(fēng)閥

風(fēng)閥性能對跳汰機(jī)分選效果起著決定性的作用。物料實(shí)現(xiàn)良好分層，首先要求脈動水流有足夠的上沖加速度，將床層整體托起，且維持較長的松散時間，使物料換位分層；其次是針對不同煤質(zhì)采用有利于其分選的跳汰制度。為此，風(fēng)閥應(yīng)能快速開啟，并靈活調(diào)整分選脈動波形，以獲得良好的分選效果[1]。

SKT跳汰機(jī)風(fēng)閥有錐形滑閥、無背壓單蓋板閥、無背壓雙蓋板閥三種：①錐形滑閥。普通的立式滑閥閥套與閥芯之間有一定的間隙，實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)閥芯或閥套上有煤泥水等雜物附著時，容易造成風(fēng)閥卡住不動的問題。采用變徑錐形風(fēng)閥后，當(dāng)風(fēng)閥關(guān)閉時，閥芯與閥套抱緊，間隙為零，可避免漏風(fēng)現(xiàn)象；當(dāng)風(fēng)閥開啟時，需要有足夠的沖力克服摩擦力，因此有短暫的能量儲備階段，一旦壓力達(dá)到要求，閥芯就會高速運(yùn)動，爆發(fā)力將床層托起，有利于物料的洗選；②無背壓單蓋板風(fēng)閥。通過改變風(fēng)箱進(jìn)氣結(jié)構(gòu)，將常規(guī)單蓋板閥的背壓轉(zhuǎn)為打開風(fēng)閥的動力，增加了床層的爆發(fā)力，風(fēng)閥結(jié)構(gòu)簡單，維修方便；③無背壓雙蓋板風(fēng)閥。通過改變風(fēng)箱及風(fēng)閥結(jié)構(gòu)，采用雙蓋板代替單蓋板，克服單蓋板閥單側(cè)受力的缺點(diǎn)。雙蓋板閥在工作狀態(tài)下，均無背壓、無正壓，除閥蓋的自身重力外(其值較小)，所受阻力無突變且基本為零。因此，雙蓋板閥開關(guān)省力，動作靈活，配用小氣缸即可實(shí)現(xiàn)風(fēng)閥快速開關(guān)和正常工作。

從現(xiàn)場應(yīng)用的效果來看，雙蓋板閥開關(guān)省力，進(jìn)風(fēng)速度快，進(jìn)風(fēng)量充足，床層起振迅速，使膨脹期得以有效延長，對分選更加有利。雙蓋板閥的動力消耗是其他風(fēng)閥的50%左右，在高壓風(fēng)風(fēng)壓僅為0.2 MPa的狀態(tài)下可正常工作，節(jié)能效果好。

1.2 機(jī)體結(jié)構(gòu)

SKT跳汰機(jī)采用單格室漏斗型組合裝配式機(jī)體，使單個部件體積大幅減少，整機(jī)載荷減少30%左右，降低了廠房負(fù)載和用水量，便于運(yùn)輸和安裝，同時采用U型振蕩的篩下空氣室，使洗水脈動更流暢、平穩(wěn)、均勻，能耗降低，篩下頂水沿機(jī)體全寬度均勻給入，床層脈動平穩(wěn)，分層精度提高，且減少了機(jī)體容水量和各風(fēng)室之間串風(fēng)、串水現(xiàn)象，洗水脈動特性更加合理，保證了跳汰機(jī)的洗選效果。

1.3 排料裝置

SKT跳汰機(jī)采用無溢流堰倉式排料輪排料，增設(shè)了具備防卡矸功效的活動護(hù)板，排料量連續(xù)、穩(wěn)定、準(zhǔn)確，保障了產(chǎn)品質(zhì)量。溢流堤可根據(jù)煤質(zhì)變化調(diào)節(jié)，床層厚度、松散度和分選狀態(tài)易于穩(wěn)定。

寬度超過5 m的大型跳汰機(jī)受到入料方式的影響，沿跳汰機(jī)寬度方向容易出現(xiàn)床層不均勻現(xiàn)象，大型SKT跳汰機(jī)在一、二段沿寬度各設(shè)計(jì)了2個浮標(biāo)，分別并排安裝在相應(yīng)排料道前部，可增加浮標(biāo)檢測的準(zhǔn)確性和代表性，浮標(biāo)采用四連桿角位移式傳感器，床層水平運(yùn)動對浮標(biāo)影響小，浮標(biāo)運(yùn)動靈活，傳感器測量精度高，可準(zhǔn)確檢測床層厚度，為自動排料控制系統(tǒng)提供可靠的參數(shù)。同時在排料道內(nèi)加裝了分割板，使得排料道內(nèi)物料向下移動速度比較均一，并加大了排料輪直徑，增大了過料斷面，通過粒度可以達(dá)到300 mm[2]。

1.4 控制系統(tǒng)

跳汰機(jī)采用PLC和觸摸屏組成的智能控制系統(tǒng)，使調(diào)節(jié)和顯示跳汰機(jī)的工作參數(shù)便捷，操作簡單，同時可以根據(jù)要求生成多頻、復(fù)振等適合煤炭分選的復(fù)合跳汰波形，適用洗選加工范圍廣。

目前國內(nèi)跳汰機(jī)控制多采用比例控制和PID控制。比例控制屬于開環(huán)控制，控制原理簡單，即床層厚多排、床層薄少排，但床層厚度波動較大且需要人為不斷對參數(shù)進(jìn)行修正。PID控制屬于閉環(huán)控制，但參數(shù)很難設(shè)置準(zhǔn)確，經(jīng)常出現(xiàn)超調(diào)震蕩，導(dǎo)致排料時多時少，床層不易穩(wěn)定。結(jié)合比例控制與PID控制的優(yōu)勢，SKT跳汰機(jī)采用創(chuàng)新的比例閉環(huán)控制，只需簡單設(shè)置參數(shù)，跳汰司機(jī)根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果增加或減小浮標(biāo)配重即可調(diào)整產(chǎn)品質(zhì)量，配合SKT跳汰機(jī)穩(wěn)靜排料結(jié)構(gòu)，可使床層控制精度達(dá)到±15 mm，調(diào)整產(chǎn)品質(zhì)量簡單、準(zhǔn)確、穩(wěn)定。

1.5 復(fù)振跳汰機(jī)

隨著煤炭機(jī)械化開采程度的提高，6 mm以下的末煤入選含量大幅度提升，給普通跳汰機(jī)操作造成了一定的困難，如分選指標(biāo)波動大，不易穩(wěn)定，透篩嚴(yán)重或精煤灰分不合格。基于此，唐山研究院研制出了SKT復(fù)振跳汰機(jī)，在主振基礎(chǔ)上疊加了一個復(fù)振(輔助振動)，以延長有效分選時間，減少透篩量，節(jié)約頂水，提高處理量。

SKT復(fù)振跳汰機(jī)可降低跳汰機(jī)分選的粒度下限，使細(xì)粒物料得到更充分的分選，簡化了粗煤泥分選工藝，節(jié)省了投資[3-4]。設(shè)備采用的復(fù)振風(fēng)閥由主振閥和輔振閥兩部分組成。初期復(fù)振跳汰機(jī)主振閥采用立式數(shù)控滑動風(fēng)閥，輔振閥采用電動旋轉(zhuǎn)風(fēng)閥，但由于輔振閥調(diào)節(jié)不便，目前新型復(fù)振跳汰機(jī)輔振閥采用新式數(shù)控滑閥，輔振閥也可根據(jù)需要靈活調(diào)整，實(shí)現(xiàn)一個周期內(nèi)一次、兩次、三次進(jìn)氣。當(dāng)主振閥工作時輔振閥脈沖進(jìn)風(fēng)疊加在主脈沖上，以此延長床層的松散時間以強(qiáng)化分層效果。實(shí)踐表明，復(fù)振跳汰機(jī)不僅可以提高分選效果和處理能力，還能減少頂水用量[5]。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 大型跳汰機(jī)的應(yīng)用

目前我國動力煤分選技術(shù)與裝備在大型化和可靠性方面相對薄弱，難以適應(yīng)生產(chǎn)形勢發(fā)展的需求，存在自動化水平較低，單機(jī)處理能力較小，對原煤粒度適應(yīng)性較差等問題。通過對風(fēng)閥、風(fēng)箱、機(jī)體、排料系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)的優(yōu)化研究，以及對跳汰機(jī)的氣動元件優(yōu)化，唐山研究院開發(fā)出了SKT-30、SKT-35、SKT-36等大型跳汰機(jī)，滿足了入選原煤粒度大、范圍寬的要求，同時降低了能耗，提高了設(shè)備可靠性?，F(xiàn)場使用表明：當(dāng)入選原煤粒級為0～120 mm時，單臺SKT-35跳汰機(jī)生產(chǎn)能力可達(dá)600 t/h，不完善度I1=0.09、I2=0.12，數(shù)量效率η=95.15%，單臺就可以滿足年處理能力300萬t的動力煤選煤廠需要。在陜西、內(nèi)蒙古、山西等地，大型智能跳汰機(jī)已成功投入工業(yè)應(yīng)用，為選煤企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 井下排矸跳汰機(jī)的應(yīng)用

對煤礦企業(yè)而言，大量矸石的無效提升、無效運(yùn)輸以及地面洗選造成資源的巨大浪費(fèi)和環(huán)境污染，井下排矸工藝成為解決以上問題的首選方法。

冀中能源邢東煤礦采用唐山研究院研制的井下SKT-5跳汰機(jī)，實(shí)現(xiàn)了30～200 mm粒級原煤直接進(jìn)入排矸跳汰機(jī)進(jìn)行洗選的目標(biāo)。跳汰機(jī)分選出合格的精煤產(chǎn)品和矸石，塊精煤與矸石經(jīng)由異型斗式提升機(jī)脫水后，所得精煤產(chǎn)品落入精煤皮帶運(yùn)至煤倉，矸石經(jīng)由矸石轉(zhuǎn)載皮帶運(yùn)至矸石倉進(jìn)入充填系統(tǒng)。

井下跳汰排矸可以從采煤的源頭上實(shí)現(xiàn)煤與矸石的有效分離，井下毛煤排出的矸石不需升井，分離后的矸石充填到采空區(qū)，既防止了地面采空區(qū)域的沉陷，又不需要預(yù)留煤柱，可達(dá)到以矸換煤的目的。矸石留在井下為減少地面矸石山創(chuàng)造了先決條件，同時避免了井下矸石的無效運(yùn)輸，最大限度地提高了礦井生產(chǎn)效率及企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。對于煤礦綠色開采，合理利用資源，減少環(huán)境污染，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2.3 在原煤預(yù)排矸中的應(yīng)用

在一定風(fēng)水制度下，排料粒度的限制決定了跳汰機(jī)的處理粒度的上限。通過提高跳汰機(jī)風(fēng)壓和水壓，優(yōu)化SKT跳汰機(jī)排料輪以及護(hù)板的結(jié)構(gòu)，可保證0～200 mm有效分選。

2014年5月陜西禾草溝礦選煤廠使用唐山研究院研發(fā)的SKT-2.4單段預(yù)排矸跳汰機(jī)代替人工篩選來分選30～200 mm粒級原煤。單段跳汰機(jī)處理量可達(dá)80～100 t/h，矸石中<1.4 g/cm3密度級精煤含量平均為0.23%，1.4～1.8 g/cm3密度級中煤含量平均為1.99%，精煤中>1.80 g/cm3密度級矸石含量平均為3.80%，分選效果優(yōu)于動篩跳汰機(jī)，生產(chǎn)成本遠(yuǎn)低于重介淺槽分選機(jī)。

2.4 在高密度無煙煤分選中的應(yīng)用

山西陽煤集團(tuán)普遍采用13～120mm跳汰洗選工藝，最初使用液壓托板排料裝置的X系列跳汰機(jī)，其裝置與德國Batac末煤跳汰機(jī)的排料裝置相似，但排料結(jié)構(gòu)不能適應(yīng)生產(chǎn)要求，近幾年先后采用SKT跳汰機(jī)對原用10余臺跳汰機(jī)進(jìn)行了替換，目前產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，滿足了生產(chǎn)要求。

木城澗煤礦是北京昊華能源股份有限公司最大生產(chǎn)礦井，年產(chǎn)無煙煤250萬t，該礦原煤屬于老年無煙煤，主導(dǎo)密度級為1.70～1.99 g/cm3,與矸石密度(2.09 g/cm3)的差距遠(yuǎn)小于一般煤炭,采用常規(guī)重力分選方法難度很大。2013年11月，唐山研究院設(shè)計(jì)并建設(shè)的木城澗選煤廠正式投入運(yùn)行，該廠主選設(shè)備采用新研制的SKT復(fù)振跳汰機(jī)，跳汰面積6 m2，處理能力為60～100 t/h。生產(chǎn)實(shí)踐表明：SKT復(fù)振跳汰機(jī)在分選老年無煙煤中實(shí)現(xiàn)了分選精度高，精煤灰分低，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)的目標(biāo)，取得了高密度無煙煤分選的成功。

2.5 在城市垃圾處理領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新，SKT跳汰機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展。2014年，廈門瑞科技采用了唐山研究院開發(fā)的專門用于城市垃圾分選的SKT跳汰機(jī)，并取得了試驗(yàn)的成功。該設(shè)備將重產(chǎn)物中的有機(jī)物與無機(jī)物做到了有效分離，后期又針對垃圾中存在纏繞物的問題，在跳汰機(jī)結(jié)構(gòu)上做了進(jìn)一步改進(jìn)。最終，SKT跳汰機(jī)于2014年8月投入運(yùn)行，達(dá)到了預(yù)期的目的。

3 結(jié)語

近年來，唐山院研制的SKT跳汰機(jī)在風(fēng)閥、機(jī)體結(jié)構(gòu)、排料裝置以及控制系統(tǒng)等方面技術(shù)水平不斷發(fā)展與完善，并在多個領(lǐng)域和行業(yè)得到了推廣應(yīng)用。煤炭洗選工藝的選擇受到其煤種、可選性和用途等因素的影響，選擇經(jīng)濟(jì)合理的工藝及設(shè)備是選煤工作者需要優(yōu)先考慮的問題。在煉焦煤洗選和動力煤洗選方面，跳汰機(jī)使用效果理想，工藝簡單，可操作性強(qiáng)。同時，SKT跳汰機(jī)也可以根據(jù)要求在線調(diào)節(jié)分選密度，對于高密度無煙煤分選有著重介選無法替代的優(yōu)勢。隨著SKT跳汰選煤技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，其應(yīng)用前景廣闊。

[1] 楊 康.SKT跳汰選煤技術(shù)[J].選煤技術(shù)，2006 (S1):15-19.

[2] 婁德安.SKT-35跳汰機(jī)在寺家莊礦選煤廠的應(yīng)用[J].選煤技術(shù)，2010(2)：32.

[3] 楊 康，魯 杰.我國跳汰選煤及其設(shè)備的技術(shù)發(fā)展[J].中國煤炭，2005，31(8)：11-13.

[4] 楊 康，劉 旌，楊大海，等.SKTFZ型復(fù)振跳汰機(jī)的研制[J].潔凈煤技術(shù)，1998,4(1).

[5] 潘東明，劉曉軍.復(fù)振跳汰機(jī)主振頻率與復(fù)振頻率關(guān)系的研究[J].選煤技術(shù)，2013(4).