1、基金项目：国家创新基金（09C26211303084）作者简介：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: Tel: 0315-2244479无压入料轻产物有压分选三产品重介质旋流器的分析与应用马富强，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）摘要：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 0.030.04 之间，二段可能偏差在0.0
2、50.07 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。关键词：无压入料轻产物有压分选；精煤带矸；精煤再选中图分类号：TD943 文献标志码：BNo pressure is applied on three product dense medium cycloneMA Fu-qiang, LI Meng, WANG Yin-zeng, YANG Peng-bo, YANG Xian-ling, ZHANG Zhi-hong(Tangshan Shichuang Coal Preparation Co., Ltd, Tangshan, Hebei063000, Ch
3、ina)Abstract: In order to solve the problem of the traditional three product dense medium cyclone coal gangue developed less material pressure separation of three product dense medium cyclone. New heavy medium cyclones structure, working principle, technical features, technical parameters are introd
4、uced in this paper, and analyzes its application effect in the field. The hydrocyclone has a possible deviation was 0.03, second paragraph may bias was 0.0275, high separating accuracy and sorting effect good, to effectively solve the problem of waste coal, it has great value of popularization and a
5、pplication.Key words: no pressure feed pressure separation; coal gangue belt; clean coal washing;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 6。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 3 5。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
6、参数、控制原煤入选量等来减少精煤中的矸石 7。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） ，该重介质旋流器已获国家专利（专利公开号为 CN201906662U） 。新型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
7、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润湿管图 1 新型重介质旋流器结构
8、示意图Fig.1 New type dense medium cyclone structure diagram1.2 工作原理合格重介质悬浮液经主入介口进入主旋流器一段，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。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 1。原煤由入料漏斗给入一段旋流器，其进入低密度旋转下降流后
9、，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 2。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 5。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，并由副入介口引入合格介质，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
10、精煤，从溢流口排出；底流口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 New type dense medium cyclone sorting principle schematic diagram1.3 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，小粒度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
11、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 4。（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 1200主选二段内径/mm 850再选内径/mm 850入料粒度/mm 80处理量/（th -1） 280320介质循环
12、量/（m 3h-1） 1 1001 200安装角度/（） 15一段可能偏差 0.030.035二段可能偏差 0.050.072 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
13、如表 1 所示。表 1 模拟分选试验结果Table 1 Results of simulated separation tests （m 3/h）名称 入介量入料量/（th -1）主选一段溢流量（加速段）主选二段溢流量主选二段底流量再选入介量再选溢流量再选底流量主选三产品旋流器 1 008 280 894 195 143 0 0 0864 280 528 222.5 160 144 180 140新型重介质旋流器828 280 507 206 153 180 206 149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
14、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 500.5 mm 粒级原煤浮沉试验综合结果如表 2所示。表 2 500.5 mm 粒级原煤浮沉试验综合结果Table 2 500.5 mm and grade coal test results 浮物累计 沉物累计 0.1密度/密度级/（gcm -3）产率 灰分 产率 灰分 产率 灰分（gcm -3） 产率1.30 2.97 6.59 2.97 6
15、.59 100.00 39.35 1.30 32.331.301.40 29.36 6.61 32.33 6.61 97.03 40.35 1.40 38.081.401.50 8.72 13.33 41.05 8.04 67.67 54.99 1.50 15.261.501.60 6.54 22.51 47.59 10.03 58.95 61.15 1.60 9.021.601.70 2.48 29.67 50.07 11.00 52.41 65.97 1.70 7.621.701.80 5.14 37.07 55.21 13.43 49.93 67.77 1.80 5.321.802.00
16、 12.21 46.86 67.42 19.48 44.79 71.29 1.90 12.212.00 32.58 80.47 100.00 39.35 32.58 80.47合计 100.00 39.35煤泥 1.01 9.74总计 100.00 39.05由表 1 可知：入选原煤为焦煤, 要求精煤灰分 10%，此时分选密度在 1.541.57 g/cm 3之间 , 0.1 含量在 12 左右，说明原煤为中等可选煤，且矸石量大。3.2 分选效果 103.2.1 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。表 3
17、浮沉试验结果Table 3 Results of sedimentation test %矸石密度组成 中煤密度组成 精煤密度组成密度级/（gcm -3）平均密度/（gcm -3）入料密度组成 占产物 占入料 占产物 占入料 占产物 占入料1.30 1.25 2.97 0.00 0.00 0.00 0.00 0.95 0.361.301.40 1.35 29.36 0.00 0.00 0.84 0.12 84.36 32.011.401.50 1.45 8.72 0.00 0.00 2.79 0.41 8.13 3.081.501.60 1.55 6.54 0.63 0.30 67.10 9.
18、77 6.37 2.421.601.80 1.70 7.62 22.28 10.58 25.96 3.78 0.19 0.071.80 2.20 44.79 77.09 36.62 3.31 0.48 0.00 0.00合计 - 100.00 100.00 47.50 100.00 14.56 100.00 37.94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。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 1i，第二段分配率为 2i，计算公式为：,iiiGZJ1,ii2式中： 、 分别为精
19、煤、矸石第 i 密度级数量占原煤数量的百分数，%； 为中煤第 i 密度级iJG iZ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 rate of heavy products of different density levels %密度级/（gcm -3） 平均密度 入料密度组成计算原煤的密度组成计算中煤、矸石的密度组成 一段分配率 二段分配率1.30 1.25 2.97 0.36 0.00 0.00 0.001.301.40 1.35 29.36 32.13 0.12 0.37 0.001.401
20、.50 1.45 8.72 3.49 0.41 11.73 0.001.501.60 1.55 6.54 12.49 10.07 80.65 2.981.601.80 1.70 7.62 14.43 14.36 99.50 73.681.80 2.20 44.79 37.10 37.10 100.00 98.71合计 - 100.00 100.00 62.063.2.3 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。图 3 重产物分配曲线Fig.3 Distribution curve of heavy products由图
21、3 可知：一段分配曲线中 25=1.519 g/cm3、 75=1.471 g/cm3，根据公式计算的一段可能偏差为 0.024；二段分配曲线中 25=1.584 g/cm3、 75=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。该重介质旋流器（900/650）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密度级沉物含量为零，也表现出良好的分选效果。5 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
22、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。参考文献1 王祖瑞.重介质选煤的理论与实践M.北京：煤炭工业出版社，1988：18-83，174-206，266-298.2 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，2012：61-71.3 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）：
23、40-41.4 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）11-18.5 蔡永乾.3GDMC1300/920A 旋流器精煤污染的处理J.山东煤炭科技，2008（6）：21-22.6 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）：16-18.7 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）：64-69.8 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 选煤技术 2009(2):13-1510 曹学章.煤炭可选性评定方法.中华人民共和国国家标准，GB/T16417-2011.1-6
