无压入料轻产物有压分选三产品重介质旋流器应用效果分析

马富强，李 萌，王引增，杨鹏博，杨鲜玲，张志宏

(唐山实创选煤科技有限责任公司，河北 唐山 063000)

无压入料轻产物有压分选三产品重介质旋流器应用效果分析

马富强，李 萌，王引增，杨鹏博，杨鲜玲，张志宏

(唐山实创选煤科技有限责任公司，河北 唐山 063000)

为解决无压入料三产品重介质旋流器精煤带矸的问题，研制出无压入料轻产物有压分选三产品重介质旋流器。介绍了新型重介质旋流器的结构、工作原理、技术特点、技术参数，并分析了其在现场的应用效果。该旋流器一段可能偏差在0.03～0.04之间，二段可能偏差在0.05～0.07之间，分选精度高，使用效果好，有效解决了精煤带矸的问题，推广应用前景广阔。

无压入料轻产物有压分选；精煤带矸；精煤再选

无压入料三产品重介质旋流器因分选精度高、处理量大、工艺简单、易于实现自动化等优点，在选煤厂应用越来越广泛，是难选煤和极难选煤分选的最佳选择[1]。在实际生产过程中，由于原煤入选量、原煤煤质、入料压力等因素的变化，特别是冬季原煤中存在冻块时，无压入料三产品重介质旋流器分选出的精煤易夹带矸石，进而影响精煤产品质量[1，2]。现阶段还没有解决精煤带矸问题的简单、有效方法，目前只是通过改进入料润湿方式、调整设备结构参数、控制原煤入选量等来减少精煤中的矸石[3]。但这些方法在实际运用中操作起来十分困难，且效果不是十分理想。

为解决无压入料三产品重介质旋流器精煤带矸的问题，进一步提高精煤产品质量，在国家创新基金的资助下自主研发出无压入料轻产物有压分选三产品重介质旋流器(新型重介质旋流器)，新型重介质旋流器已获国家专利(专利公开号为CN201906662U)。该重介质旋流器已在陕西、山西等多个选煤厂投入使用，分选精度高，使用效果好，有效解决了精煤带矸的问题。

1 新型重介质旋流器

1.1 结构

与传统无压入料三产品重介质旋流器相比，新型重介质旋流器增加了精煤再选加速段、精煤再选旋流器、精煤有压再选入介口。工作过程中重介质悬浮液由两个入介口进入旋流器，但重介质悬浮液系统并未增加，而是通过主介质管分流来实现。

新型重介质旋流器主要由原煤入料漏斗、主旋流器一段、主入介管、副入介管、精煤溢流管、精煤再选旋流器、精煤再选溢流管、精煤再选底流管、主选二段连接管、主旋流器二段、主选二段溢流管、主选二段底流管、精煤再选加速段、润湿管组成，结构示意如图1所示。

1—原煤入料漏斗；2—主旋流器一段；3—主入介管；4—副入介管；5—精煤溢流管；6—精煤再选旋流器；7—精煤再选溢流管；8—精煤再选底流管；9—主选一、二段连接管；10—主旋流器二段；11—主选二段溢流管；12—主选二段底流管；13—精煤再选加速段；14—润湿管

1.2 工作原理

合格重介质悬浮液经主入介口3进入主旋流器一段，悬浮液在旋流器内作切向圆周运动，靠近筒壁部分同时沿轴向向上运动。由于主选一、二段连接管的截面只能通过总入介量的40%～50%，其余60%～50%的悬浮液只能折返后向下作切向圆周运动，靠近中心部位的悬浮液同时作向下的轴向运动，并通过一段中心管进入精煤再选加速段13。在此运动过程中，由于离心力的作用，形成了靠近入介口密度低，靠近一、二段连接管密度高，靠近中心部位密度低的密度场[4]。

原煤由入料漏斗1给入一段旋流器2，其进入低密度旋转下降流后，密度低于筒壁附近悬浮液密度的精煤，随中心部位的下降流通过一段中心管进入精煤再选加速段；中煤和矸石密度均大于筒壁附近的悬浮液密度，被离心力甩向筒壁，进入轴向上升流，随悬浮液进入主选二段旋流器；主选二段旋流器的密度场呈现出入口处密度低、底流口处密度高、中心部位密度低的特点，矸石贴内壁旋转向下运动，经底流口排出，中煤被挤向中心溢流口并排出[5]。

原煤在中心下降流中分选时间较短，小颗粒矸石受大颗粒精煤的阻挡，难免不发生精煤带矸的情况[6]。为解决此问题，使主旋流器一段溢流精煤再进入精煤再选加速段13，并由副入介口4引入合格介质，对精煤悬浮液进行加速；拥有充足动能的精煤悬浮液进入精煤再选旋流器，在其中分选出纯净精煤，从溢流口7排出；底流口8排出的产物为细粒中煤和矸石，可直接掺入中煤。

精煤溢流口5的设置是为了使主旋流器的工作状态更好，其直径为一段直径的1/5。新型重介质旋流器分选原理示意图如图2所示。

图2 新型重介质旋流器分选原理示意图Fig.2 Separation principle of new type heavy medium cyclone

1.3 技术特点

新型重介质旋流器具有如下技术特点：

(1)分选精度高，分选效果好。主选一段溢流精煤在加速段再次被加速，此过程分选密度低，小颗粒矸石易被甩向筒壁而进入再选旋流器；再选旋流器的分选为有压分选，矸石易从底流口排出，可有效解决精煤带矸石问题。

(2)分选粒度下限低。一般入厂磁铁矿粉粒度较粗，而磁铁粉粒度越细煤炭分选粒度下限越低。经主选旋流器分选后，粗粒磁铁矿粉进入主选二段旋流器，细粒磁铁矿粉进入精煤加速段，细粒磁铁矿粉形成的悬浮液使煤炭分选粒度下限降低，同时低浓度合格介质的加入有利于提高煤炭分选精度[7]。

(3)由于新型重介质旋流器是在现有无压入料三产品重介质旋流器基础上改进而成的，不需要改变选煤厂原系统，特别易于推广使用。

1.4 技术参数

新型重介质旋流器主要技术参数[8]如下：

主选一段内径/mm

1 200

主选二段内径/mm

850

再选内径/mm

850

入料粒级/mm

<80

处理量/(t·h-1)

280～320

介质循环量/(m3·h-1)

1 100～1 200

安装角度/(°)

15

一段可能偏差

0.03～0.035

二段可能偏差

0.05～0.07

2 模拟分选试验

为进一步查看新型重介质旋流器精煤再选对原旋流器工作的影响和精煤再选效果，采用流体分析软件对其进行模拟试验。

根据旋流器实际尺寸[9]，采用流体分析软件建立模型。先不考虑精煤再选部分，只对主选三产品旋流器进行加载，入介量(泥浆)为1 008 m3/h，入料量为280 t/h，各出口压力设定成环境压力；加载后记录入料压力和各出料口流量。添加精煤再选部分，以不影响主选三产品旋流器各项指标和提高精煤再选旋流器分选效果为目标，调整再选部分的结构参数。模拟分选试验结果如表1所示。

表1 模拟分选试验结果Table 1 Result of simulated separation test (m3/h)

由表1可知：在总入介量不变的情况下，通过调节再选入介量，即可达到精煤再选不影响原旋流器工作和再选效果更好的目标。现场实际生产过程中，可根据精煤灰分要求，结合经济效率最高原则，调节再选入介量，实现企业经济效益最大化。

3 工业应用

3.1 原煤煤质特征

新型重介质旋流器已在陕西韩城浩源选煤厂成功运行，为进一步查看其工业应用效果，结合入选原煤煤质特征对产品指标进行分析。该厂50～0.5 mm粒级原煤浮沉试验综合结果如表2所示。

由表2可知：当要求精煤灰分为10%时，理论分选密度在1.54～1.57 g/cm3之间 ,δ±0.1含量在12%左右，说明原煤为中等可选煤，且矸石含量大。

3.2 分选效果

3.2.1 浮沉试验结果

新型重介质旋流器在浩源选煤厂正常运行后，对其进行单机检查，入选原煤、精煤、中煤、矸石的浮沉试验结果如表3示。

由表3可知：精煤含矸量几乎为0，矸石含煤量很少，说明分选效果很好，实现了重介选煤生产过程中精煤零带矸的目标。

表2 50～0.5 mm粒级原煤浮沉试验综合结果Table 2 Result of 50-0.5 mm raw coal float-and-sink test %

表3 浮沉试验结果Table 3 Result of float-and-sink test %

3.2.2 重产物分配率

根据浮沉试验数据计算各密度级重产物分配率，第一段分配率为ε1i，第二段分配率为ε2i，计算公式为[10]：

式中：Ji、Gi分别为精煤、矸石第i密度级数量占原煤数量的百分数，%；Zi为中煤第i密度级数量占原煤数量的百分数，%。

各密度级重产物分配率计算结果如表4示。

表4 各密度级重产物分配率Table 4 Distribution coefficients of heavy materials with different density %

3.2.3 可能偏差

为了计算新型重介质旋流器各段的可能偏差，根据各密度级重产物分配率绘制出重产物分配曲线，结果如图3所示。

由图3可知：一段分配曲线的δ25=1.519 g/cm3、δ75=1.471 g/cm3，根据公式计算的一段可能偏差为0.024；二段分配曲线的δ25=1.584 g/cm3、δ75=1.709 g/cm3，根据公式计算的二段可能偏差为0.063。这表明轻产物中携带大于分选密度的物料以及重产物中混有小于分选密度的物料均很少，说明新型重介质旋流器分选精度极高，分选效果很好。

新型重介质旋流器已在临县祥通等选煤厂成功运行，快速检测结果显示，精煤中1.80 g/cm3密度级重产物含量为零，也表现出良好的分选效果。

图3 重产物分配曲线Fig.3 Distribution curve of heavy materials

4 结语

新型重介质旋流器在不增加重介质悬浮液系统的情况下，实现了精煤有压再选，提高了分选精度，减少了精煤损失。该重介质旋流器操作简单，产品质量稳定，有效解决了精煤带矸的难题。目前，新型重介质旋流器已在陕西、山西等地多个选煤厂投入使用，并取得了良好的效果。由于生产现场条件限制，目前产品指标检测还不够全面，随着设备的推广和应用将有更多、更全面的数据呈现给读者。

[1] 叶志刚.无压三产品重介质旋流器结构参数探讨和实际应用[J].煤炭工程，2004(12)：16-18.

[2] 王生义.无圧三产品重介旋流器精煤产品带矸石原因分析及对策[J].选煤技术，2009(3)：40-41.

[3] 刘 杰.无压三产品重介质旋流器结构参数对工艺指标的影响研究[J].煤炭工程，2014(6)：64-69.

[4] 王祖瑞.重介质选煤的理论与实践[M].北京：煤炭工业出版社，1988：18-83，174-206，266-298.

[5] 彭荣任，何青松，杨 喆.重介质旋流器选煤理论与实践[M].北京：冶金工业出版社，2012：61-71.

[6] 蔡永乾.3GDMC1300/920A旋流器精煤污染的处理[J].山东煤炭科技，2008(6)：21-22.

[7] 卫中宽.新型有压给料三产品重介旋流器的研究[J].煤炭加工与综合利用，2008(6)：11-18.

[8] 杨建国.重介旋流器结构参数对分选效果的影响[J].中国矿业大学学报，2005(6)：771-773.

[9] 张秀梅.三产品重介质旋流器结构参数的计算[J].选煤技术，2009(2):13-15.

[10] GB/T 16417—2011煤炭可选性评定方法[S].

Analysis of application of new type gravity-fed three-product heavy medium cyclone with the functionality of pressure-separated lower density materials

MA Fu-qiang, LI Meng, WANG Yin-zeng, YANG Peng-bo, YANG Xian-ling, ZHANG Zhi-hong

(Tangshan Shichuang Coal Preparation Co., Ltd., Tangshan, Hebei 063000, China)

In order to solve problem of reject carried into clean coal from gravity-fed three-product heavy medium cyclone, new type gravity-fed three-product heavy medium cyclone with the functionality of pressure-separated lower density materials is developed.Presented the features of this cyclone, such as structure, working principle, technical features and parameters, and then analyzed its application in coal preparation plant.Being features of mean probable error between 0.03 and 0.04 in first separation stage and that between 0.05 and 0.07 in second separation stage, it is valid to solve above problem, with high accuracy.

pressure-separated lower density material with gravity feed; reject carried into clean coal; clean coal recleaning;

1001-3571(2015)03-0035-05

TD942

B

2015-05-22

10.16447/j.cnki.cpt.2015.03.010

科技型中小企业技术创新基金无偿资助项目(09C26211303084)

马富强(1956—)，男，河北省保定市人，研究员，从事选煤技术研究工作。

E-mail: 13903153229@163.com Tel: 0315-2244479