叶伟
宁夏石炭井炭化实业公司
使用大直径重介旋流器选煤，可获得较高的精煤产率、灵活的分选密度、简单的控制系统和较高的分选效率。目前大口径重介旋流器在国外已得到广泛应用。近年来我国重介质选煤技术和入选量快速发展，其中发展最快的的是重介质旋流器的选煤技术，特别是中心给料圆筒形重介质旋流器以及重介质的大型化与推广应用。
大口径重介旋流器不仅有利于提高精煤产率，提高分选效率，而且可以简化工艺流程，减少选煤厂占地面积，有利于节省生产投资，降低成本。另外，使用大口径重介旋流器，由于可处理入料上限为100mm的煤颗粒，故可减少原煤不必要的过破碎，产生较少的次生煤泥，进而减少了粉煤处理量。
该产品的研制是针对重介质旋流器选煤过程变量、变径、入料压力、液固比等，以实验为依据，研发适合我国煤质特性的、满足不同需求的旋流器，特别是无压大口径重介质旋流器。为我国重介质选煤技术的大规模工业化推广应用，提供适用的专用机械产品。
一、大口径重介旋流器主要研究内容及技术创新点
重介旋流器主要用于选煤企业的重介质选煤工艺。
目前我国在建洗煤厂95％以上，都必须采用重介质选煤工艺。
1、主要研究内容：
（1）直径1.5米、1.6米无压大口径重介旋流器一、二段均采用圆筒型，双供介可以降低旋流器介质入口处的压力，在更低的压力下即可保证旋流器的分选精度；
（2）两段串联，物料给入后经过一段分选，排出高密度产物后进入二段分选；
（3）在损失少量二段入料产率的情况下，提高二段入料纯度，达到等密度分选，从而实现轻产物产率最大；
（4）悬浮液和被选物料分开给入旋流器；
（5）克服圆筒型旋流器轻产物易被污染的缺点。
2、技术创新点：
（1）重点研发直径1.5米、1.6米无压大口径重介旋流器。用在选煤机械设备上可提高产能、降低能耗。
（2）大口径重介旋流器为分选轻产物较低的物料，可以达到分选精度Ep≤0.015g/cm3，起重两段给入的介质密度相同，以实现等密度分选。解决了原料煤±0.1邻近密度物含量大于90%不能进行工业化分选的技术难题。可以简化工艺流程，减少选煤厂占地面积，有利于节省投资、降低资本。
（3）大口径重介旋流器的精煤灰可控制在2%以下，为煤化工企业提供高品质、低成本的原料。
（4）采用大口径重介旋流器可处理入料上限为100mm的煤颗粒，故可减少原煤不必要的过破碎，产生较少的次生煤泥，减少煤粉处理量。
.png)
大口径重介旋流器在试验分选轻产物流程图
二、国内外大口径重介旋流器相关技术的研究、开发现状
国内：
我国从20世纪50年代中期开始试验重介质选煤方法。起初采用黄土和高炉灰之类作为加重质，成效不大。到50年代末60年代初开始研究采用磁铁矿粉作为加重质选煤。1959年煤炭科学研究总院唐山分院在通化铁厂选煤厂建立了用斜轮分选机处理槽洗中煤和6～100 mm块煤的工业性生产系统。1960年北京矿业学院(现今的中国矿业大学)与阜新海州露天矿合作建成斜轮重介质分选系统。1966年唐山分院与采屯选煤厂合作建成了重介质旋流器分选系统。此后重介质选煤的理论研究、设备开发、设计和生产在国内逐步发展起来。到1983年国内先后建立了28座重介质选煤厂(车间)。其中包括4座采用国外引进设备并主要由国外设计的大型选煤厂，即：吕家坨选煤厂(240万吨/年)、大武口选煤厂(300万吨/年)、范各庄选煤厂(400万吨/年)和兴隆庄选煤厂(300万吨/年)。到1986年，我国重介质选煤占各种选煤方法的比重已达到23％左右。
重介质旋流器在我国选煤工艺中获得了特别快的发展和广泛的应用。1989年山西晋阳选煤厂引进原苏联的圆筒-圆锥式有压给料的重介质旋流器F710／500，在生产中展现出了它提高分选质量和简化工艺流程的优越性。1992年煤炭科学研究总院唐山分院与黑龙江鸡西滴道矿选煤厂合作试验成功我国第一台无压给料重介质旋流器。
2004年国华科技公司已生产出国内外最大型的3GDMCl400/1000型无压给料重介质旋流器。这为我国重介质选煤技术的发展、选煤工艺流程的简化和选煤厂大型化奠定了基础，对我国选煤技术水平的提高作出了重要贡献。
我国重介质选煤发展的动力，首先来自于国家的环保政策和国民经济可持续发展的战略，中国政府从实际情况出发，采取措施限制高硫高灰煤的开采和利用，鼓励和支持选煤的发展，提倡采用高效率的重介质选煤方法。激烈的市场竞争也促进了重介质选煤技术的发展。20世纪90年代后期，中国煤炭市场曾出现相对供大于求的情况，低质量煤炭产品的销售受到了更大的制约。在政策和市场的推动下，国内的研究、设计单位和相关院校，在重介设备、工艺流程和厂房结构配置等方面做了许多研究工作，使我国重介质选煤技术取得长足进步。
国外：
英国：LARCODEMS大直径重介旋流器于1986年正式投产以后不久，英国又在4座选煤安装了8套相同设备。最近英国JMC采矿服务有限公司对其进行了改进，其分选效率和其他性能均进一步提高。新型的LARCODEMS重介旋流器的处理能力已由250t/h提高到350t/h，分选粒级100～0.5mm，精煤产率达80%。
澳大利亚：大直径重介旋流器已在其最重要的选煤厂之一——伯顿选煤厂获得应用。在进入选煤厂洗选流程之前，所有入料原煤均破碎至-50mm，然后进行筛分。设备处理能力大约为290t/h。+1.4mm的筛上品进入主洗重介旋流器，主洗旋流器直径为1 250mm，用1.35的相对密度进行分选。每小时可获得195t炼焦精煤。主洗旋流器的底流给入直径为900mm的再洗重介旋流器，以1.50的相对分选密度进行分选，每小时可获得45t的动力煤。伯顿选煤厂的主洗和再洗大直径重介旋流器按程序依次排列布置。大直径重介旋流器的分选效率很高，主、再洗旋流器的EP值分别为0.020和0.013。处理粒级均为50mm～1.4mm。
南非：目前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。近年来大直径重介旋流器在南非许多选煤厂均得到广泛应用。例如格劳特泽吕克(GROOTEEGELUK)选煤综合企业就采用20台大直径重介旋流器。目前其小时处理量可达2 000t。南非弗尔赞德(FORZANDO)选煤厂则使用直径1 000mm的重介旋流器处理65mm～0.8mm的煤。其数量效率高达98.6%，EP值仅为0.013，分选密度范围为1.42～1.50。
美国：目前美国选煤最值得注意的两种动向是：(1)许多具有老生产线的选煤公司或选煤厂均在精心设计和建立新型的选煤厂。这些新建选煤厂的小时处理能力将为2 000t,且效率较高。(2)由于采用大直径重介旋流器以获得较大的产品洗选上限，故普通重介分选机的洗选流程数量最近降低了15.4个百分点。目前美国有一半以上的选煤厂采用重介旋流器洗选流程。
三、大口径重介旋流器的技术原理
重介分选的理论基础主要依据阿基米德原理———物体在介质中所受的介质浮力等于同体积介质的重量。因此，物体在悬浮液中所受的力除自身重力外，还有一个与其重力作用方向相反的悬浮液的浮力。物体在悬浮液中所受合力的大小与物体的体积、物体与悬浮液间的密度差成正比，而与物体的粒度和形状无关。因此，当物体密度大于悬浮液密度时，作用在物体上的合力为正值。物体则在悬浮液中下沉。反之，当物体密度小于悬浮液密度时，作用在物体上的合力为负值，物体则在悬浮液中上浮。通过机械方式使物体在一定密度的介质中上浮和下沉，便可得到不同密度的产物。这就是重介旋流器的技术原理。
四、大口径重介旋流器的技术指标：
1、型号： φ400/500
， 处理物料：洗选精煤 粒度0.5-6mm 。
处理能力：Q=80-100t/h．组（两台一组）。
一段直径500mm、二段直径400mm，筒体及重点部位采用特制耐磨合金铸造给料 异径弯头采用耐磨合金铸造。
分选精度Ep=0.01～0.015 dp=1.32～1.45 kg/l
介质循环量：V=400～450m3/h。
旋流器介质入口压力：P＝0.06～0.085Mpa。
旋流器分选精度EP值在0.025以下：
旋流器最终产品灰分：2%以下
2、型号： φ850/600
用于中煤再洗 入料粒度40～0mm 最大通过粒度60mm
处理能力：Q=100～180t/h． 含压力表
一段直径850mm、二段直径600mm
分选精度Ep1=1.40-1.55 Ep2=1.75-1.80
入料压力P=0.12-0.17MPa
介质循环量Q=450～500m3/h
3、型号：￠ 900/710
用于中煤再洗 入料粒度40～0mm 最大通过粒度60mm，要求二段旋流器干煤通过能力为130t/h
处理能力：Q=160t/h 含压力表
一段直径910mm、二段直径710mm
分选密度 dp1=1.60 dp2=2.0
入料压力 P=0.13～0.18MPa
介质循环量Q=550～650m3/h
四、大口径重介旋流器研制过程中解决的关键技术
1、可能偏差与颗粒粒度的关系：
过去普遍认为重介分选槽对粗粒级煤的可能偏差(EP值)与重介旋流器的相同或优于旋流器。但试验证明，处理粗粒级煤时，重介分选槽的EP值要比旋流器的差。事实上，在重介分选槽中，只是通过重力作用使颗粒运动，穿过介质，产生分选；而在重介旋流器中，则是作用在颗粒上的离心力使颗粒运动。这一离心力是重力的30～40倍。与重介分选槽相比，由于大口径重介旋流器作用在颗粒上的力相当大，故对较粗粒的分选效率要高于重介分选槽。对于细粒级煤，研究结果表明，各类直径的重介旋流器均有一临界分选粒度。低于此粒度，分选效率会迅速恶化，分选密度则发生很大偏移。为解决上述问题，可在大口径重介旋流器上配装一个加长的圆筒体，以提高分选效率。
2、重介旋流器的上限粒度：
以往重介旋流器一直是由耐磨铸铁做成，最大标准直径为750mm，入料口能进入的最大颗粒粒度为50mm。由于标准入料口的最大直径为150mm，故颗粒再大时就会导致堵塞现象发生。后来的研究结果则证实：对于DSM重介旋流器，其入料口直径为旋流器直径的20%，最大入料粒度与方形口一入料粒度加大，则入料口直径可增至旋流器直径的30%,这样就会提高重介旋流器的处理能力，而对分选效率不会产生不利影响。
3、 底流口流量：
传统观点认为，底流口通过量随着旋流器直径的增大而降低，而若设法对底流通过量加以控制，就得增加大口径旋流器的成本和介质需要量。后来的试验结果则表明，大口径重介旋流器的底流口直径不得超过溢流管直径的85%，否则会使分选效率降低。实践证明，在底流口流量保持恒定时，大口径旋流器的底流口直径为溢流管直径的80%比较适宜。由于底流器截面积增大，故底流口流量要比标准底流器的流量大30%。
4、 入料方式：
采用大口径重介旋流器，可根据用户要求，既可用泵实施有压入料，也可靠重力进行无压入料。经过我们仔细研究得出的结论是：采用上述两种入料方式的重介旋流器，在投产和操作费用方面没有明显区别。
5、 旋流器直径：
旋流器直径的大小对所产生的离心加速度有重要影响。试验证实，随着旋流器直径的加大，其处理能力的提高率大致相当于直径的平方，即大约与旋流器直径的平方成正比。
五、大口径重介旋流器使用中的注意事项
1 、 为进一步提高大口径重介旋流器的处理能力，须研究与使用高效、可靠地脱除细粒级煤的设备。例如美国目前提出的解决方案就是采用干扰床分级机。现已考用该分级机在某些细粒煤洗选流程中取代螺旋分选机，因为该设备具有较大处理能力和脱除细粒级煤的良好性能。
2、 大口径重介旋流器特别适用于洗选邻近分选密度物料含量较少的煤。例如美国某选煤厂使用1.67高密度分选处理较少邻近分选密度物料的煤时，其数量效率高达99.82%，这是非常罕见的洗选效果。在分选邻近密度物料含量较大的原煤方面，大口径重介旋流器的分选效率要优于跳汰选，但如何使大口径重介旋流器能更好地处理这种难选煤，还有待于进一步的试验研究。
3、 使用大口径重介旋流器，必须慎重选用洗选流程中的辅助设备，使其处理能力和主洗设备与重介旋流器相适应。这主要是指应配备使用高效能筛机(包括脱水筛和冲洗筛)和离心机。另外，磁选机的选择亦很重要。为避免设备超负荷运转，并能处理大口径重介旋流器所要求的粗颗粒磁铁矿粉，就得使用一种高强度磁选机。
4、 使用大口径重介旋流器，宜采用重力给料系统。其理由主要是这样处理可降低泵的磨损率，可减少煤的碎化，克服粉煤回收率低的问题，能保持压头和其他操作条件稳定。另外，高铬铁和陶瓷这两种材料基本能满足目前大口径重介旋流器处理煤颗粒时的耐磨要求。但应注意大口径高铬铸铁旋流器需要在模型上做大量投资，且还要考虑资金回收问题，这是设计过程中必须慎重对待的问题。
六、结语：
宁夏自治区是全国重点产煤省区之一，煤炭和洗煤机械是宁夏的重点支柱产业。宁夏石炭井炭化实业公司地处宁夏北部，据内蒙东盛鄂尔多斯煤田地理位置很近，公司周边盛产煤炭，具有大小选煤企业上千家。该产品的研发成功，可以为公司周边区内外众多选煤企业提供高质量的大口径重介旋流器，
宁夏石炭井炭化实业公司研制该产品，是用科技的力量推动经济增长方式转变的一次成功的实践，对提升宁夏及全国洗煤机械的技术水平、振兴宁夏装备造业、促进宁夏经济又好又快发展均有积极意义。