对旋流器选煤的简要分析
日期: 2020/3/19 浏览: 4 来源: 学海网收集整理 作者: 中国矿业大学化工学院 常坤坤
摘要：介绍了旋流器的结构、特点及其应用的流程，对选煤中常用的旋流器（如：重介旋流器、煤泥浓缩分级旋流器、大直径旋流器等）作了简要的分析，并对无压给料三产品重介旋流器作了重点介绍。
关键字：旋流器；结构；特点；应用
Abstract: This paper described the structure ,characteristics and applicational process of the cyclone, made a brief analysis on commonly used cyclone in the coal preparation (such as: dense medium cyclone ,slurry thickening grading cyclone, large diameter cyclone) ,also made highlights on three-product dense medium cyclone with unpressurized feeding.
Keywords: cyclone; structure; characteristics; application
1. 前言
煤炭是我国国民经济发展的重要能源。随着煤炭产量和市场需求量的增加，对煤的质量要求越来越高，对煤的品种要求越来越多样化，这就客观上对我国的选煤产业提出了更高的要求。另一方面，环保问题已成为国内外共同关注的问题，煤炭带来的污染，如粉尘、有害气体、灰渣等在有些地区已经形成了公害。对难选煤、稀有煤种、高硫煤等应该首选重介质选煤方法，以提高分选精度，深度脱硫降灰，减少灰渣和有害气体的排放量。重介质旋流器在我国选煤业中具有重要的地位，我们不仅要掌握它的选煤原理、特点及应用，而且还应熟练运用其选煤工艺流程，服务于选煤生产过程。[1]
2. 旋流器简介
2.1 旋流器的基本结构和工作原理
旋流器结构简单，本身无运转部件，结构示意图见图1。工作时物料沿切线人料口进入筒体，在旋流器内作回转运动，物料处在相当于重力加速度几十倍的离心力场之中，实现按密度分选或按粒度分级以及固液分离等工艺过程。
当循环介质为重液或含有磨细加重质时，循环介质密度大于1，与重力场一样遵循阿基米德原理，低于临界循环介质密度的颗粒向旋流器中心运动，由溢流口排出，而大于临界循环介质密度的颗粒则移向器壁由底流口排出，这就是重介旋流器的选煤过程。 [2]
2.2 重介质旋流器的特点
重介质旋流器是利用离心力场选煤的分选机，其分选过程完全是靠自身的结构参数与外部操作参数的灵活配合来实现最佳分选精度，这是旋流器选煤与其他选煤方法截然不同的突出特征。重介质选煤的特点是：
（1）分选密度调节范围宽。重介质选煤的分选密度一般为1300-2200千克/立方米，而且易于调节，其误差可保持在±0.5%范围之内。
（2）分选效率高。在各种重力选煤方法中重介质旋流器的分选效率是最高的。
（3）生产过程易于实现自动化。重介质选煤利用悬浮液的液位、密度、磁性物含量等工艺参数能实现自动控制。
（4）分选粒度范围宽，适应性强。重介质选煤在入选原煤的粒度数量和质量上允许有较大的波动。[3]
2.3 重介质旋流器的应用
煤种不同和产品结构不同，重介质旋流器选煤工艺可以有很多种，同时可产生多种效果。以下是重介质旋流器成功应用的几种流程。
(1) 跳汰主洗、重介旋流器再选。此流程多见于大型焦气化选煤厂，跳汰机首先排出矸石，使进入重介旋流器的人选量减少，采用两产品旋流器即可，这在一定程度上可降低基建投资，工艺灵活。若再选跳汰中煤，可使精煤年产率提高3.5个百分点。其缺点是跳汰排出纯矸石，人为地加大了再入料的分选密度±O．1含量，使可选性变难，悬浮液密度稍有变化，再选产品质量和产量就有较大波动。
(2) 三产品重介质旋流器一次分选三种产品工艺。该工艺采用有压或无压三产品重介质旋流器作为主流设备，一次分选出精煤、中煤、矸石三种产品，工艺简单，流程简化，操作容易，使基建投资大大降低，分选效率较高，但对于特殊密度组成的煤，有时一、二段分选密度差较难控制。
(3) 块煤跳汰机分选、末煤重介旋流器分选。此流程主要适用于末煤含量大，易泥化的煤种，既可减少重介人选量，又可提高末煤分选效率、煤炭回收率。目前新建选煤厂采用此工艺的不多，原因主要是工艺较复杂，管理相对较难。
(4) 小直径重介旋流器分选-0.15 mm粉煤。在分选高硫、氧化、难选粉煤时，采用小直径重介质旋流器分选可得到良好的效果。小直径重介质旋流器分选可产生较高的离心系数，使粉煤颗粒受到的分选力远远大于其在重力场及大直径重介旋流器中受到的力。这就使粉煤颗粒得到了高效分选，但须采用细粒磁铁矿粉作加重质。
(5) 块煤重介分选机分选、末煤重介旋流器分选。此流程主要适用于难选煤，煤泥含量大、易破碎或对块煤产品有特殊要求的选煤厂。块、末煤分别人重介选，解决了混合入选带来的末煤分选效率低的问题，但工艺较复杂，管理也相对较难。
(6) 重介旋流器分选原煤工艺。它的特点是原煤不经脱泥处理直接入选，不设浮选，工艺简单，投资少。有效分选下限可达0．15mm，特别适用于中小型选煤厂对煤炭的高效分选，但是，当原煤中煤泥含量较大时，采用此工艺应慎重。另外，由于混级入选，煤泥的分选效果较块煤要差。[1]
3 选煤中常用的各类旋流器
3.1 重介质旋流器
目前应用的重介旋流器均采用磨细的磁铁矿粉与煤泥水组成的重悬浮液作为介质，可在重介旋流器内实现1．3～1．8kg／L密度级的分选作业。为使重介旋流器选煤取得最佳效果，至少要考虑如下几点：
(1) 合理应用重介旋流器，重要的是入料、入料压力、介质密度稳定和介质循环量，因此要配备入料稳压装置、给料设备和密度自动控制装置。旋流器安装除按要求的倾角外，还应特别注意其溢流和底流都应首先进入敞开的溢流箱和底流箱，而后通过管道进入脱介设备。
(2) 循环介质既要保持一定的稳定性，粘度又不能太高，一般认为底流与溢流悬浮液密度差为0．3～0．5kg／L为宜。稳定性差的重悬浮液，在旋流器内磁铁矿粉会贴向器壁而不能形成有效的分选密度层，往往不出精煤，或精煤量很少，绝大部分精煤损失到尾煤中。如果重悬浮液粘度过大，导致颗粒沉降阻力加大，也不能实现有效分选。要保持合适的重悬浮液的稳定性，应从两方面人手：一是使用磨细的磁铁矿粉，二是使重悬浮液中有一定量的煤泥。
(3)要根据现场具体情况合理选择重介旋流器。
3.2 水介旋流器
水介旋流器是以水为介质的选煤用旋流器，其特点是锥体角度比较大，普遍使用的为90度，为了强化分选作用，还采用复锥体和圆弧锥体等。水介旋流器的锥比(即溢流口与底流口直径之比)较大，通常为4以上。其溢流管可以上下调节，在一定范围内可改变分选密度。
由于水介旋流器基于水力作用的分选机理，虽然在运转过程中锥体底部积存的高浓度煤泥也起到重介质的分选作用，但其分选效果比重介旋流器要差一些(E值为0．06～0．09)。但水介旋流器却有工艺简单的优点，常用于粗煤泥精选、易选煤的精选和脱除煤泥中黄铁矿的选煤工艺。
3.3 煤泥浓缩(分级)旋流器
水力旋流器用于煤泥水的浓缩或分级。一般规律是旋流器锥体角度越小、直径越小、溢流口与底流口直径比越小、人料压力越大，其分级粒度越小。
在使用水力旋流器进行煤泥水浓缩与分级时应注意如下几点：
(1) 采用旋流器进行煤泥的浓缩和分级，其底流浓度可以达到300～l000g／L，用煤泥筛脱水回收，但溢流中仍有少量极细煤泥，必须与浓缩池配合，并添加絮凝剂才能得到澄清清水。
(2) 靠近旋流器底流口1／3处的锥体磨损较严重，应采用分段设计或另选用高性能耐磨材质。
(3) 要确保稳定的入料压力。人料口处线速度为5～6m／s，入料压力为0．1～0．15MPa，过高会影响旋流器的寿命。
(4) 入料浓度不宜过大，一般情况下不要超过200g／L，否则不仅易堵塞，而且影响分级效果。 [2]
3.4 小直径煤泥重介质旋流器
大直径重介质旋流器扩大入料上限, 而小直径重介质旋流器适用于分选粗煤泥, 为煤泥降灰脱硫开辟了新途径。小直径煤泥重介质旋流器性能参数如下：
( 1) 分选下限低, 直径300mm的小直径重介质旋流器分选下限可达44μm。
( 2) 分选精度高, 平均可能偏差为0.03, 数量效率为90%。
( 3) 应用范围宽, 可广泛应用于高硫煤、难选或极难选煤的分选。
( 4) 耐磨性能好, 内镶刚玉耐磨衬里, 使用寿命长。
( 5)适用于老厂改造, 对粗精煤或中煤进行再选, 可将精煤产率提高3-5个百分点。[4]
3.5 大直径重介旋流器
大直径重介旋流器的主要优点：
(1) 使用大直径重介旋流器，可简化选煤厂工艺流程，取消多余的工艺设备，减少选煤厂的占地面积。
(2) 使用大直径重介旋流器可获得较高的精煤产率、灵活的分选密度和较高的分选效率。
(3) 使用大直径重介旋流器，入料粒度上限可达100mm以上，故可减少洗选流程中原煤不必要的过破碎，大大降低次生煤泥的形成，有利于保护环境。
(4) 在使用大直径重介旋流器后，可利用高效磁介质分选机建立单台设备流程，取消传统的辅助磁介质回收系统，达到减少设备、降低成本之目的。
(5) 使用大直径重介旋流器可大大降低选煤厂土建、机械、洗选系统的运行费用和和电费支出。[5]
4 无压给料三产品重介旋流器
4.1 无压给料三产品旋流器的结构原理
无压给料三产品旋流器是由一台圆筒型旋流器和一台圆锥形旋流器串联而成的设备。原煤由胶带或刮板给人，一段旋流器悬浮液由泵给入。其分选过程是：①重产物在旋流器内壁沿筒壁形成外螺旋，由底流口排出，轻产物在旋流器中心形成内螺旋，由溢流口排出；②一段到二段；③从低密度到高密度。在第一段旋流器中，不但可以把原煤分成2种产品，而且还把进入第二段旋流器的悬浮液浓缩到需要的密度。重产品与浓缩后的悬浮液一起经连接管给入第二段旋流器进行再选，最终获得中煤和矸石。如图2：
4.2 无压给料三产品旋流器的特点
(1) 适用范围广。入洗粒度0-80 mm，可有效分选到0.3mm。
(2) 分选精度高。用三产品重介旋流器洗选，由于采用轴向中心给料，减少了界面上循环用料的干扰，提高了分选效果。一般Ep1≤0.04，Ep2≤0.06，使分选易于控制，可降低矸石损失，提高精煤产率。
(3) 次生煤泥少。由于物料靠自重进入旋流器，介质由泵沿切线给入，减少物料之间的碰撞机率，且重产物运行路线短，从而减少了次生煤泥量，煤泥量可减少3％～5％。分选时间短，水量少，可减少泥化，更有利于易泥化煤的分选，可使浮选系统人料量大幅度减少。
(4) 结构简单。无运动部件，易制造，工艺简化。
(5)有利于实现自动化控制，减少劳动量，降低劳动强度。[6]
4.3 在现场使用的主要优缺点
a.优点
(1) 分选精度和产品回收率高。
(2) 分选上下限宽(80-0.5/0.25mm)， 能有效减少大块矸石及煤的破碎率， 降低能耗和次生煤泥量，提高块煤产率， 降低最终产品水分。
(3) 单台设备通过能力大， 对波动大的煤质适应能力强，能及时排除大量矸石，可大大简化工艺，减少厂房体积，降低基建投资。
(4) 结构简单，易于操作、维护。
(5) 对原煤入选量及粒度组成和可选性波动适应性强。
(6) 有效分选时间短，次生煤泥量低，最大程度地减轻矸石泥化程度。自动化程度高，悬浮液密度可再线调节。
b.不足之处
入料和出料溜槽及运输管路容易磨损，即使使用刚玉衬里的耐磨板或管，弯头和拐角处使用期最长6个月左右。[7]
5 结语
旋流器技术的发展和在选煤中日益广泛的应用，为我国选煤技术的发展作出了贡献。完全可以相信，旋流器选煤技术必将得到快速发展和广泛应用，在我国选煤事业中发挥巨大作用。
参考文献
[1] 周传辉.浅谈重介质旋流器选煤.煤炭技术，2004（11）：81-82.
[2] 申克忠.旋流器选煤.选煤技术，2005（2）：55-57.
[3] 张波. 重介质分选旋流器的研究现状和发展.科技情报开发与经济，2010（34）:172-173.
[4] 黄玉祥，张学坤. 小直径煤泥重介质旋流器分选粗煤泥工艺探讨.煤炭加工与综合利用，2010（2）：12-13.
[5] 白保平. 选煤设备探讨——试论大直径重介旋流器.化工进展，2006（25卷增刊）：634-636.
[6] 王新生. 三产品旋流器在小型选煤厂的应用.中州煤炭，2007（4）：73-74.
[7] 李多艳，唐善华. 3GDMC1200/ 850A型无压给料三产品重介旋流器在新庄孜选煤厂的应用.煤质技术，2009（2）：55-58.
