关于重介质旋流器几个问题的探讨

2010-08-30杜长江

科技传播 2010年22期

杜长江

中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院，北京 100083

0 引言

在各类选煤工艺中，重介质选煤具有分选精度高、对原煤适应性强、可生产超低灰分精煤和易于实现自动化等优点，尤其是是应用离心力场强化矿物分选的重介质旋流器，已成为国内外首选的选煤技术。重介质旋流器对密度差值较小的难选和极难选的原煤可进行精确的分选，该设备结构简单，无动部件，随着设备大型化的发展，入料上限达到100mm，分选下限可达0.10mm，可能偏差EP=0.01～0.06，是一种高效选煤设备。美国使用重介质旋流器的选煤厂比例已超过50%，澳大利亚和中国也广泛采用该技术作为主再选设备。

1 重介质旋流器的分选机理

重介质旋流器选煤遵循阿基米德原理，物料在旋流器中通过径向上的离心力和轴向的阿基米德力来分选的。径向离心力F0为

阿基米德力F为F=G-Ft=V(δ-ρ)g（2）

式中，V为颗粒的体积，m3；δ为颗粒的密度，kg/L；ρ为悬浮液的密度，kg/L；v为颗粒旋转时的切向速度，m/s；r为颗粒旋转半径，m；G为颗粒重力，N；Ft为颗粒所受的浮力，N。

径向方向运动：当δ>ρ时，颗粒向器壁运动，当δ＜ρ时，颗粒向中心运动。

垂直方向运动：当δ>ρ时，颗粒下沉，当δ＜ρ时，颗粒上浮，当δ=ρ时，颗粒处于悬浮状态。

以上两式可定性描述颗粒在旋流器中的分选过程，除密度外，颗粒粒度等对分选都有影响。

2 有压入料与无压入料方式的选择

国外较多采用有压入料方式，而国内广泛采用的无压入料方式。

有压入料方式是将被选物料与重介质悬浮液预先混合后，通过离心泵或定压箱压入旋流器内进行分选。无压入料方式是被选物料与悬浮液分开给入旋流器内，悬浮液用离心泵或者定压箱压入旋流器中形成漩涡，而被选物料靠自重进入，并被卷进漩涡内进行分选。

有压入料的优势是对细粒级物料分选精度高，分选下限可达0.10mm，但有压入料方式易导致过粉碎，产生次生煤泥量大，增加悬浮液内的非磁性物含量。

无压入料方式的优势是旋流器内介质密度可控性好，次生煤泥少，对原煤适应能力强，避免了入料泵对煤的过粉碎和煤对泵的磨损，是泥化程度最轻分选工艺之一，较有压入料对设备磨损和能耗低，但旋流器底部有压给入的悬浮液与物料颗粒存在切向速度差，导致实际分选密度升高和重产物错配等问题，只有通过增加旋流器筒体长度才能解决该问题。

3 选前脱泥与不脱泥的选择

国外多采用选前脱泥，而国内一般选前不脱泥。

选前脱泥的优点是可以提高分选精度和效率，减少煤泥量和脱介筛的面积，降低磁选机负荷和介耗，但会使工艺复杂，还要对原生煤泥单独处理，增加浮选投资，而且适量的煤泥对于保持悬浮液的稳定性是有利的。

选前不脱泥的优点是简化了工艺环节，减少工程投资和管理操作难度，但不脱泥工艺的介质循环量大，增加了介耗，分选密度容易波动，系统稳定性差，尤其是原生煤泥量较大时，大量原生煤泥会直接进入重介质悬浮系统，导致悬浮液粘度的增加，细粒级物料得不到有效分选，影响精煤产率。

4 分级与不分级入选方式的选择

随着采煤机械化程度的提高，原煤中块煤量含量减小，粉末煤增多，是否分级入选就成了设计者需考虑的重要问题

分级入选的优势是其分选效率高于不分级入选，在选煤厂设计中，尤其是大规模选煤厂设计，分级后入选会提高分选能力，但给工艺布置和设备选型带来不便。

不分级入选的优势是工艺流程简单，管理操作方便，而且可以减小厂房体积，但物料不分级，其粒度范围宽，难以实现合理条件下的分选。

5 两产品重介旋流器与三产品重介质旋流器的选择

国外公司往往使用两产品重介质旋流器，如澳大利亚在我国设计的模块化选煤厂，而国内设计常常采用三产品重介质旋流器，尤其是无压三产品重介旋流器。

两产品重介质旋流器的优势是对分选密度小于1.8kg/L的动力煤有较好效果，但对于高于1.8kg/L的分选，其高密度悬浮液较难制备，可能偏差值较大，设备磨损严重，且选前必须脱泥。

三产品重介质旋流器的优势是可以用一套低密度介质系统实现高密度物料分选，简化再选物料运输，入选原煤可不必脱泥，允许煤泥量高达50%以上，并可实现无级调灰，灵活掌握是否出中煤，工艺简单，基建投资少，生产成本低。但第二段旋流器所需的高密度介质是靠第一段旋流器浓缩而来，很难精确测定和控制第二段密度，可将二段固定溢流管改为伸缩管后，通过调插入深度来改善分选效果。

国内研制的多供介无压给料三产品重介质旋流器比单供介无压三产品重介质旋流器具有更高的分选精度，更快的分选速度，更大的处理能力，更低的能耗，且工艺参数调节方便，分选效果理想，已在全国多家选煤厂应用。