重介质旋流器的发展概况

重介质旋流器的发展概况

随着工业现代化的发展, 整个社会对能源的需求越来越大。在煤炭洗选工业中, 采用先进的选煤工艺, 提高精煤回收率是缓解能源压力的一条重要途径。在选煤技术中,重介质选煤工艺是一种效率极高的分选方法,自从其问世以来,便以高效率、高分选精度得到迅速推广,在世界各国被广泛采用。另外,重介质工艺可以以低密度选出超低灰分精煤,这也是其它工艺所无法做到的,大型、高效、简化重介质选煤工艺及设备将成为选煤技术发展的方向。同时,重介质选煤技术的核心设备重介质旋流器,也将成为选煤技术发展的关键所在。到目前为止，两产品重介质旋流器、三产品重介质旋流器都已经系列话，大直径旋流器的出现，使其入料粒度上限可达80～100mm，最大单机处理量达350t/h。与此同时，相关配套用渣浆泵、脱介筛、磁选机以及耐磨材质都已经系列化，并且相当成熟。确定重介质旋流器选煤技术的研究和发展方向，具有十分重要的意义。

1 国外重介质旋流器发展概况

自1945 年荷兰国家矿山局成功研制出第一台重介质旋流器以来,美国、联邦德国、英国、法国和日本相继研制了DSM重介质旋流器,并在工业中推广应用,它们的技术规格几乎都相同。

美国阿桑利那矿物分选公司在20世纪60年代前期研制成功了DWP圆筒型重介质旋流器,初期在美国和南非应用于分选30～0.5 mm 的原煤,该旋流器的特点是原煤和介质分别给入,减小了泵和管道的磨损和煤的粉碎,次生煤泥量较少,并且采用一定方法调整矸石排放口的反压力可以实现在线分选密度的调节。

据不完全统计,到20 世纪80 年代中期已经有超过24 个国家和300 多座选煤厂建立了重介质旋流器分离系统。经过几十年的发展,重介质旋流器的规格不断向大型化发展。目前,澳大利亚约翰芬雷工程有限公司生产的并在木瓜界成功应用的φ1450 mm两产品旋流器为目前世界上最大的两产品旋流器。但是,其结构存在一个弱点:即其主要结构参数—锥比(底流口与溢流口直径之比) 的确定,是与入选原煤的浮沉组成特性和对产品灰分的要求两个因素密切相关的。一旦制造完毕,旋流器锥比即被固定。这样,合理的分选条件如:分选密度;底、溢流量;精煤产品灰分等,也就基本固定了,允许的波动范围不能太大。如果市场对产品的质量要求发生变化,则有压入料二产品重介旋流器的上述分选条件,因锥比已经固定,很难再作相应的变动和调整。在过去50 年,英国的煤炭洗选获得了长足的进展,其大都采用了φ1 200～φ1 350 mm 无压给料大粒重介质旋流器,其分选效果略差于普通重介旋流器。

原苏联研制成功了ΓT–3/80 和ΓT–3/50 型等三产品重介质旋流器,这两种

三产品旋流器的第一段都采用圆筒形结构

,而第二段都采用圆筒圆锥形结构,ΓT –3/80 的第一段是煤介混入方式,用泵或定压箱有压给料,而ΓT –3/50的第一段采用的是DWP 型旋流器,即介质用泵压入而原煤用少量介质经中心给料管送入。另外,大型化方ΓT900/630 型在应用中由于存在一些问题而未被大面积推广。

南非的选煤工业正朝着采用新工艺和实现选煤厂模块化的方向发展,其主洗设备采用φ800～φ1000 mm 的重介质旋流器。南非钢铁公司经营的Groolegelwk 选煤厂有70台重介质旋流器,其入料粒度为15～0.2 m ,Anglovaal 公司于1995年建成一座装配式选煤厂,处理能力285 t/h ,其主洗设备为一台直径φ1000 mm的重介质旋流器,年处理能力200万t ,重介质旋流器入料粒度为65～0.8 mm ,Multotec 公司制造的重介质旋流器材质一般采用铸铁,最大直径φ750 mm。此公司还开发出一种加长筒体的大直径旋流器,其优点是处理能力大,减少了旋流器或旋流器组的数量,结构灵活,扩大了入料粒度上限(直径φ1 000 mm 的旋流器入料上限可达100mm) ,当前,南非引进的主要设备是英国制造的Larcodems 大粒煤重介质旋流器,直径1.2 m ,适于分选临近密度物含量高的物料。这种分选机处理100～0.5 mm 物料的能力为350 t/h ,目前有4 台Larcodems 重介分选机用于分选动力煤。

近两年,美国克莱博斯工程公司生产的两产品重介质旋流器在国际市场发展迅速,其直径已达φ1 400 mm。

2 国内重介质旋流器发展概况

近年来我国重介质选煤技术发展迅速,其中最重要的特点之一是广泛应用以无压三产品重介质旋流器为核心的工艺,用一个密度的悬浮液实现双密度分选,选出三个产品。加上三产品重介质旋流器的大型化,提高入选粒度上限(50～100 mm) 和不脱泥直接入选,使重介质选煤工艺大为简化,建厂投资和运行费用减小,生产效率大幅度提高。

“九五”攻关课题的成功,为选煤设备的大型化发展奠定了坚实的基础。通过“九五”公关的选煤工艺,研制出了4 种大型新设备,其中一项是当时国际上规格最大的3NWX1200/850 型无压给料三产品重介质旋流器,它是“JZJ”工艺的核心分选设备,入料范围为80～0 mm ,处理能力为250～350 t/h·台。3NWX1200/850 型旋流器的入料上限可达85 mm ,分选效率高,二段分选密度在线调节,精煤损失小,次生煤泥量小,与有压给料旋流器相比,次生煤泥能减少3 %～5 % ,分选下限达0.3 mm。

2002 年1 月,由国华科技研制的3GDMC1300/ 920A 型重介质旋流器在火铺矿选煤厂正常投产;3DMC1400/1000A型重介质旋流器也在大同煤矿集团有限公司四台矿选煤厂投产,其单机处理量达450～550 t/h ,取得显著的经济效益。

3SNWX双给介系列无压给料三产品重介质旋流器是唐山研究院针对国家“十五”攻关课题“重介质旋流器选煤新工艺关键技术的研究”而研制的新型选煤设备。其参数是通过CFD 技术对重介质旋流器流场进行研究和优化后确定的。

无压给料三产品重介旋流器的特点可概括为:(1)入料上限高。由于物料采用无压给入旋流器, 入选物料上限不受介质泵流道口径的限制,与有压给料旋流器相比, 能增加物料入选上限。(2)分选效率高。由于采用轴向中心给料,物料中的轻产物在内旋流中分选、排出, 而重产物在分选筒内形成颗粒梯度变化, 大粒度物料迅速进入底流口, 小粒度物料在比较宽松的环境中穿过内旋流移向器壁, 从而减少了界面上的循环干扰, 提高了分选效率。(3)次生煤泥量少。由于物料仅靠自重进入旋流器的分选室, 且重产物运行路线短, 减少了物料之间的碰撞机率, 与有压给料旋流器相比, 次生煤泥能减少3%～5%。(4)二段分选密度在线可调, 单位体积处理量大, 分选粒度下限低, 可适应各种可选性的原煤分选。(5)投资省, 管理方便。厂房体积小, 设备布置紧凑整齐, 便于选煤厂建设实现模块化, 大大缩短选煤厂的建设周期。

3 对我国重介质旋流器研究与发展的建议

我认为对旋流器直径的研究不必投入太大的精力，因为当分选上限达到100mm左右后，现有旋流器已具备洗选各种原煤的条件；同时因直径加大，为提高离心系数，必然要加大入料压力，从而导致介质循环量和动力消耗的增加，加快过流部件的磨损。此外，大直径旋流器还必须配备大型脱介筛。众所周知，一台旋流器配多台产品脱介筛在设备布置上是困难的。同时我认为也不必要在小直径重介旋流器分选煤泥上做过多的工作，因磁性介质不可能磨细到近乎为零，煤泥也不可能选到零。为此，建议在如下几个方面加强研究与发展：（1）应对三产品重介质旋流器的结构参数进行优化研究。目前，尽管三产品重介质旋流器已定型生产，但仍存在旋流器的磨损不均衡、入料压力高、介质循环量大和未能及时分选的原煤误入二段旋流器等问题。这说明旋流器的结构参数还有进一步优化的必要。研究的重点应是入料口、溢流管或入料管的形状，以及一段筒体形状等。

（2）研究的重点应是细磁铁矿粉的获取，改变介质入料方式和底、溢流口尺寸以及在不增加循环量条件下提高离心系数等。

(3) 自动化方面。研制重介质旋流器选煤系统高可靠性自动控制仪表及传感器、计算机软件和自控装置, 实现生产过程悬浮液密度、磁性物含量、液位、产品灰分智能控制和整个系统技术经济指标优化控制。