２０１３年第１１期 ｄｏｉ：１０．１ １７９９／ｃｅ２０１３１ １００５ 煤炭工程 有压大直径两产品重介旋流器的 应用探讨 张新民 ，李振涛 （１．晋城无烟煤矿业集团有限责任公司成庄矿，山西晋城２．煤炭科学研究总院，北京１０００１３） ０４８￣１； 摘要：针对当前国内在有压大直径两产品重介质旋流器应用方面存在问题，文章分析了其 结构特点和分选效果影响因素，提出了应用有压大直径两产品重介旋流器分级入洗的新思路，总 结了应用相关注意事项，为今后更好地推广应用大直径重介旋流器提供了新思路和借鉴。 关键词：大直径重介旋流器；结构特点；分选效果；介质特性；分级入洗 中图分类号：ＴＤ９４２．７ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７１—０９５９（２０１３）ｌｌ－Ｉ）０１３－（）３ 在２５—３６ｒａｍ的特种耐磨陶瓷，各片陶瓷事先均根据所粘 位置设计成梯形或其它形状，确保粘贴快速且连接平滑， 并有效延长重介旋流器的工作寿命。 ４）为了适应大煤量洗选，大直径重介旋流器的入料口、 溢流口、底流口同旋流器直径的比例关系相比原ＤＳＭ设计 标准有了进一步的延伸和改变，其结构参数对比见表１。 表１重介旋流器结构参数对比 有压大直径两产品重介质旋流器（直径１ｍ及以上）在 选煤领域以其处理能力大、相关工艺简单、基建投入和运 行费用低等优势，近年来在国内外得到广泛应用。近年来 国外不断进行大直径重介旋流器分选性能改进研究，相比 之下国内相关研究还不够深入，在设计选型及现场应用过 程中经常遇到分选不稳定、产品质量波动等情况，在一定 程度上影响了大直径重介旋流器的推广及应用。本文结合 现场实践通过理论分析，就如何应用好大直径重介旋流器 进行了论述。 １结构特点分析 有压大直径两产品重介旋流器结构形式总体上仍属 ＤＳＭ重介旋流器范畴，但在局部方面有了新的发展。 １）在入料口设计上，渐开线和涡旋渐屈线的形式以通 表１中现有设计标准为国内外多数生产厂家常用取值 范围，国外有些厂家的某些指标甚至还要高于表中数据。 目前，国外大直径重介旋流器按处理能力高低通常可分为 注：表中Ｄ指重介旋流器直径。 过能力大、人料紊流小、产生磨损相对低等优势逐渐代替 原有的切线入料方式。艾法史密斯旗下的Ｃｒｅｂｓ公司还研制 出陶瓷楔形装置嵌装于入料口，小型楔子可获得更大的处 理能力，大型楔子则用于产生更大的离心力来实现细粒物 料的有效分选。 标准型和高流量型两种，标准型各指标值要接近或符合 ＤＳＭ设计标准，高流量型一般则大于ＤＳＭ设计标准。一般 来讲，当原煤可选性差、细粒含量高时，各口径大小取值 偏向标准型，反之则偏向高流量型。Ｌ Ｍａｃｋ￣等…指出， 对于采用０．３Ｄ人料口径的高流量型大直径重介旋流器，其 溢流口直径不得超过０．４３Ｄ。 ２）底流口可以根据排矸量多少选择不同大小的沉砂 口，在此基础上有些公司还将中心溢流管设计成可更换的， 使现场人员根据分选状况的不同对相同直径的重介旋流器 可作进一步调整。为避免锥段与沉砂口连接法兰处因有凸 台而导致过磨损和紊流产生，底流口与锥段连接处口径会 做的略大一些，同时各段法兰连接处用环氧树脂密封胶代 替原有的密封胶垫。 ２分选效果影响因素分析 ２．１ 原煤性质 入选原煤数量、可选性及粒度组成对于大直径重介旋 ３）为进一步提升旋流器工作寿命，其内壁均粘贴厚度 收稿日期：２０１３—０６—１９ 流器的选型及运行有重要影响。一般入选煤量越大，重介 作者简介：张新民（１９７１一），男，河北平山人，选矿高级工程师，１９９５年毕业于中国矿业大学选矿工程专业，现任成 庄矿副总工程师主要从事洗选技术管理工作。 １３ 煤炭工程 ２．３介质特性 ２０１３年第１ １期 旋流器直径和进出料口径也应越大。国内，有一些选煤厂 原煤处理环节未设置均质储煤场和煤量稳定的给煤装置， 随着煤矿机械化采煤程度不断提升，人选原煤中含矸量呈 逐渐上升趋势，存在大幅波动情况，此时，若按照理想情 况选型，将可能造成重介旋流器过载运行。因此，在重介 重介悬浮液自身特性对于旋流器分选效果有着重要影 响，主要表现在重介悬浮液稳定性和流变特性（重介悬浮液 对运动颗粒的粘滞阻力系数）两个方面。稳定性主要取决于 磁铁矿粒度粗细，同时也与其密度有一定关系。磁铁矿粉 粒度越粗，介质越不稳定，此时需增加循环量和悬浮液密 度来提升其稳定性。一般介质稳定性对于粗颗粒物料的分 旋流器选型时非常重要的一点是确定底流口排矸能力。Ｌ Ｍａｃｋａｙ等 根据有关运行数据，提出了底流口固体物排放 能力Ｑｕ测算公式。 Ｑｕ＝Ｄｕ Ｋ（１４／９） 式中，Ｄｕ为底流口直径，Ｈ为人料压力，系数Ｋ取值 范嗣０．０６２６～０．１，是根据重介旋流器的类型来选取的，当 选用高流量型重介旋流器时选０．１，当选用标准型重介旋流 器时取０．０６２６。而在标准型和高流量型之间时，要着重考 虑原煤的可选性和粒度组成。如果原煤可选性差，细粒含 量多，相关设计宜偏向标准型重介旋流器，同时，应适当 加大底流口尺寸并延长直段简体长度；反之可选择高流量 型，这样因重介旋流器体积减少而可减少设备购置费用。 ２．２入料压力 按ＤＳＭ标准，重介旋流器入料压力通常应控制在 ９～ｌ１Ｄ范围内。物料在重介旋流器内部受到离心力的大小 与物料的质量、切向速度的平方成正比，和回转半径成反 比。旋流器直径增大意味着物料所受离心力会进一步减小。 一般对于＋４ｍｍ以上的粗粒物料，由于其本身质量较大， 受到的离心作用较大，在人选原煤可选性较好情况下，即 使以低于９Ｄ的人料压力仍可以获得良好的分选效果。对于 一４ｍｍ以下细粒物料，随着粒度的减小和旋流器直径的增 大，其本身受到离心作用力也减小，分选效率相应会降低。 由于重介旋流器对细粒物料分选效率偏低，国外有关 文献提出了分选效率恶化临界粒度（ｂｒｅａｋａｗａｙ ｓｉｚｅ）的概念， 即当入选原煤粒度小于分选效率恶化临界粒度时，Ｅｐ值会 显著上升。而且，随着旋流器直径的增大，临界粒度也进 一步变大。笔者通过分析成庄矿中１１５０ｍｍ重介旋流器及 １３０ｏｍｍ重介旋流器的分选数据，也发现一３ｍｍ粒级中错 配物含量明显高于＋３ｍｍ粒级。各种实验数据均证实细粒 细物料的Ｅｐ值明显要高于粗粒物料。因此，长期以来，人 们在应用大直径重介旋流器方面一直存有争议。但是澳大 利亚Ａｎｄｒｅｗ Ｄ．Ｍｅｙｅ￣ 针对１台直径１４５０ｍｍ的重介旋流 器进行的多组试验数据表明在增加入料压力和介煤体积比 的情况下，直径非常大的重介旋流器也可表现出小直径重 介旋流器的分选性能。因此，应用大直径重介旋流器分选 细粒级物料时，其人料压力应适当增加，一般应大于９Ｄ… （注：此处的Ｄ为按Ｄｉ／Ｏ．２反算所得当量直径，非旋流器 本身直径， 为重介旋流器人料口直径）。同时，我们也 应注意，随着人料压力的增加，介质的偏析效应会增加， 相应会加剧重介悬浮液的不稳定而影响分选效果，故人料 压力也不宜过高，南非大直径重介旋流器选煤过程入料压 力一般不超过１２Ｄ。 １４ 选效果影响较大，介质流变特性对于细粒物料（尤其是一 ０．５ｍｍ粒级）的分选好坏影响更大一些。国内一些大直径重 介旋流器分选效果差于国外指标，很重要的一个原因就是 重介悬浮液的稳定性不好。 成庄矿模块洗末煤系统就曾经就出现过 １１５０ｍｍ重介 旋流器分选不稳定的情况，现场周期性出现底流中大量带 煤的情况。后通过采样分析，发现主要是由重介悬浮液所 用磁铁矿粉粒度偏粗（一４０ ｍ含量不足５０％）及介煤体积 比偏小（约为２．８：１）的原因引起重介旋流器周期性浪涌般分 选恶化，现场检测底流与溢流的密度差高达１．０ ｅｍ ，正 常情况下两者密度差应保持在０．２～０．４ｇ／ｃｍ 之间为宜。 后通过减小磁铁矿粉粒度和加大介质循环量的方式（减小人 洗煤量）消除了分选不稳定的问题。 澳大利亚和美国有关资料均明确指出，要保证重介旋 流器分选稳定（尤其是低密度分选时），必须选用细粒磁铁 矿粉，重介悬浮液密度在１．２～１．５ ｃｍ 之间时一４０ ｍ含 量大于９５％，重介悬浮液密度在１．４一１．９ｇ／ｃｍ 之间时 ５０ ｍ含量大于９５％，尤其是大量一８（１０） ｍ粒级的存 在对于提升重介悬浮液稳定性具有重要意义。而国内一些 选煤厂在磁铁矿粉的采购方面把关不是很严，重介悬浮液 中粗粒级磁铁矿粉偏多，在一定程度上影响了大直径重介 悬流器的分选效果。笔者建议在重介悬浮液密度低于 １．５ ｃｍ 时应选用《选煤用磁铁矿》［３ ３中的特细粒级的磁铁 矿粉（磁性物含量大于９５％，一４５ ｍ含量大于９０％），在 重介悬浮液密度高于１．５ｇ／ｃｍ 且入选粗颗粒物料（如一 ５０ｍｍ混煤）时，可选用细粒级的磁铁矿粉（磁性物含量大 于９５％，一４５ ｍ含量大于８０％）。 国内有一种观点认为，可用加入少量煤泥的方式来增 加重介悬浮液的稳定性。但这样也带来悬浮液粘度增加而 导致一４ｍｍ细粒级物料分选变差的问题。在国外，为了确 保细粒煤在低密度分选时的效果，通常都严格控制煤泥含 量。在澳大利亚，重介悬浮液中非磁性物含量一般要求不 大于６．５％，在美国则要求非磁性物含量一般要求不大于 １０％～２０％。考虑到介质流变特性对于细粒煤的影响较大， 大直径旋流器在分选细粒煤时效果变差的倾向，笔者认为 在使用大直径重介旋流器分选细粒含量较多的煤时，应严 格控制煤泥含量，确保脱泥效果。 ２．４介煤体积比 介质与煤的体积比对于大直径重介旋流器分选性能影 响较大，通常来讲，原煤可选性好，粗粒含量多时，介煤 ２０１３年第１１期 煤炭工程 体积比可在２．５：１～２．８：１范围选取，反之应加大介煤体积 比。澳大利亚Ａｎｄｒｅｗ Ｄ．Ｍｅｙｅｒｓｌ２ 建议大直径重介旋流器 的介煤比应大于４，对于±０．０５含量大于２５％的难选或极 难选煤，其介煤比应大于４．５。从其试验数据来看，大直径 可以适应大型或特大型选煤厂建设的需要，一般只需两台 大直径重介旋流器基本就可满足要求。 ４结论 重介旋流器若要产生良好的分选效果，大的介煤比应是必 备条件之一。成庄矿模块洗末煤车间最初选用２．８：１的介煤 比，仅管所选原煤可选性为易选，但在重介悬浮液密度由 １．５ｇ／ｅｍ。下调到１，４ｇ／ｅｍ 左右时，分选过程出现不稳定现 象，而后把介煤比提高到３以上时，分选效果得到明显改 大直径重介旋流器仅管在分选细粒级物料时，分选效 果差于粗颗粒，但其分选性能仍优于其它分选方法。因此， 总体上讲，应用大直径重介旋流器选煤将是一个必然的趋 势。同时，我们也应注重到，选用大直径重介旋流器不是 简单地根据入选煤量和厂家标定旋流器的能力表就可以完 善。此外，通过分析溢流、底流介煤体积比也有助于判断 重介旋流器分选是否稳定。使用粗介质时，溢流中介煤体 积比应大于３．５，底流应大于２．５；使用细介质时，溢流中 介煤体积比应大于２．５，底流应大于１．５。 ３选型及工艺创新 １）笔者认为大直径重介旋流器选型应遵循以下步骤： ①了解入选原煤的数量、粒度组成（最大入选粒度）及可选 性，为大直径重介旋流器的选型提供依据；②根据人选原 煤特性确定重介旋流器的介质循环量及人料压力范围，建 议入料泵采用变频控制，从而有利于在一定范围内调整人 料压力和介质循环量；③确定大直径重介旋流器的尺寸， 尤其是底流口尺寸，有些厂通常会备用一个更大直径的底 流口来适应煤质变化。此外，如果入选原煤中矸石含量过 高（产率超过４０％），可考虑选用Ｌａｒｃｏｄｅｍｓ圆筒形重介旋 流器。南非有关资料表明，该种旋流器具有与ＤＳＭ旋流器 相似的分选性能，而且入选粒度范围达１００—０．５ｍｍ。 ２）相关新工艺的思考。通过前述分析来看，要保证大 直径重介旋流器达到理想的分选效果，需要有较高的入料 压力和介煤体积比来保证，相应地，配套的介质泵功率会 较大、管道也较粗。而且，重介旋流器分选效果与入料粒 度有一定关系，粗粒煤在大直径重介旋流器内更易得到有 效分选。鉴于有些原煤块、末煤可选性不一致的现状，以 及重介旋流器内细粒物料实际分选密度明显高于粗煤物料 的分选特点，单独使用一台大直径重介旋流器来分选不利 于精煤回收率最大化。 为此，笔者提出了大直径重介旋流器分级人洗的概念， 即１３（２５）一５０ｍｍ物料用一台大直径重介旋流器来分选， 一ｌ３（２５）ｍｍ物料用另一台直径略小的重介旋流器处理。 为实现分级入洗，可采用两种方式，一种是脱泥筛为单层 筛面，出料端分别设置两种不同孔径的筛板，或者采用双 层脱泥筛。两种粒级物料分别进对应混料桶，再泵送到对 应重介旋流器。此种工艺有以下特点：①粗粒级分选可选 用较粗的介质和相对小的介煤比，介质泵的工耗和介耗可 以进一步降低；②细粒级物料可用直径略小的旋流器来分 选，分选性能得到保证，不同粒级物料可选性差异大时， 分开人洗可有效提高精煤回收率。同时，叉避免了以往多 组旋流器平行工作时分配不均，分选性能不一的问题；③ 成的，今后，要发挥大直径重介旋流器优势，并确保洗选 效益最大化，应注意以下几点： １）一定要结合入选原煤性质及粒度组成来选取，人选 难选煤、细粒煤多或在低密度条件下分选时，宜参照ＤＳＭ 相关标准进行选型，反之可按高流量型进行选取。 ２）一定要关注磁铁矿粉的质量，除了满足密度及磁性 物含量方面的要求外，要格外关注一３２５目的含量，尤其是 低密度分选时，更要保证其含量大于９０％。此时，必须考 虑选择高性能磁选机来保证介质回收效果。 ３）一般情况下，使用大直径重介旋流器要选择大于 ９Ｄ（按Ｄ ／０．２反算而来的当量直径）的入料压力和大于４：１ 的介煤体积比，在人选原煤粒度较粗、可选性好、分选密 度高时，可适当降低相关指标。 ４）入选原煤粒度范围大、不同粒级间可选性差异较大 时，可考虑采用分级入洗的方式，令粗细粒级的原煤分别 进入对应重介旋流器人洗，这样可充分根据入料的粒度、 可选性来选择重介旋流器尺寸、介质循环量及工作密度， 一方面可实现洗选回收率最大化，另一方面又能进一步减 小介质循环量和人料压力，相应能耗指标可进一步降低。 ５）随着大直径重介旋流器的不断发展，对配套设备的 大型化提出了新的要求，如果相关筛分、脱水等设备处理 能力能进一步提升，将来大型选煤厂的占地可进一步减小， 相关生产工艺可进一步简化。 参考文献： ［１］ＬＭａｃｋａｙ，ＤＨｏｆｆｍｍｍ，Ｃ Ｃｌａｒｋｓｏｎ，ｅｔ ａ１．ＴＨＥ ＵＳＥ ＯＦ ＬＡＲＧＥ ＤＩＡＭＥＴＥＲ ＣＹＣＬＯＮＥＳ［Ａ］．ＳＡ ＣＯＡＬ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＳＯＣＩＥＴＹ ＣＯＮＦＥＲＥＮＣＥ［Ｃ］．２０Ｏ９． ［２］Ａｎｄｉｅｗ ｎ ，ＧＳｈｅｒｒｉｔｔＤｅｌｉｎｅａｔｉｏｎ ０ｆ Ｌａｒｇｅ Ｄｉａｍｅｔｅｒ Ｄｅｎｓｅ Ｍｅ－ ｄｉｕｍ Ｃｙｃｌｏｎｅ Ｐｅｒｆ￣［Ａ］．ＸＶＩ Ｉｎｔｅｒｎａｉｔｏｎａｌ Ｃｏａｌ Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ［ｃ］．Ｌｅｘｉｎｇｔｏｎ：Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｏｒｇａｎｉｚｉｎｇ Ｃｏｎｍ￣ｔｔｅｅ，２０１０． ［３］ Ｊ．Ａ．Ｅｎｇｅｌｂｒｅｃｈｔ．Ａｕｓｔｒｌａｉａｎ Ｃｏａｌ Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ＤＥＮＳＥ ＭＥＤＩＵＭ ＣＹＣＬＯＮＥ ＷＯＲＫＳＨＯＰ［ＥＢ／ＯＬ］． ｆｔｐ：／／ ｆｔｐ．ｍｕｈｏｔｅｃ．ＣＯ．ｚａ／Ｄｏｗｎｌｏａｄｓ／Ａｕｓｔｒａｌｉａ／ｈＣＰＳ％２０ＤＭＣ％２０ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ／ＡＣＰＳ％２０一％２０ＤＭＣ％２０Ｗｏｒｋｓｈｏｐ％２０一％２０ Ｊｕｎｅ％２０２０１１．ｐｄｆ ［４］ ＭＴ／Ｔ一１０１７—２００７，选煤用磁铁矿［Ｓ］． ［５］ 彭荣任，何青松，杨酷．重介质旋流器选煤理论与实践 ［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，１９９８． （责任编辑杨蛟洋） 】５
