无压三产品重介质旋流器分选效果影响因素分析

陈 辉

(太原煤气化选煤分公司，山西 太原030024 )

随着选煤工艺的日臻完善，生产企业对选煤指标的要求越来越高。在无压三产品重介质旋流器广泛应用的今天，有的选煤企业仍然存在不少问题，这势必影响企业的经济效益。无压三产品重介质旋流器分选效果的影响因素主要分为两类[1]：一类是设备自身的结构参数，另一类是生产中的工艺参数。结构参数在设备运行过程中无法改变，通常在安装调试时，一段中心管直径、二段中心管直径和长度、底流口直径等关键结构参数就被确定。如果原煤煤质发生较大变化，则需要停车对这些关键结构参数进行优化。由于设备结构参数是非连续性的，特别容易出现多种产品指标无法同时满足要求的问题，此时就需要对结构参数继续进行优化。工艺参数(包括入料压力、重介悬浮液密度和粘度、介质粒度组成等)是可在线调控的参数，且这种调控方式非常关键。在实际生产过程中，工艺参数和结构参数相辅相成，通常这两种参数的联合调控可使无压三产品重介质旋流器的分选效果更佳。

1 结构参数

结构参数对无压三产品重介质旋流器的分选效果有着显著影响，且各个结构参数之间相互影响。生产实践中常见的、易调节的结构参数包括一段中心管直径、二段中心管直径和长度、底流口直径等，合理选择结构参数对保证设备正常运行和原煤分选效果有着重大意义。

1.1 一段中心管直径

在一段中心管直径由小变大的过程中，主分选区域内相同半径处的轴向速度变大，零速包络面半径变大，轻产物、重产物的实际分离密度也变大，精煤的产率、灰分均增加；反之，在一段中心管直径由大变小的过程中，精煤产率和灰分均降低。在特定生产条件下，当精煤带矸量、中煤带精煤量偏高时，需要考虑一段中心管直径是否合适。如果一段中心管直径过大，则部分矸石未被完全分离即从中心管随精煤一起排出；如果一段中心管直径过小，则精煤无法及时从溢流管排出，就被挤压进入旋流器二段。

在设计与调试过程中，可根据精煤带矸量和中煤带精煤量优化一段中心管直径。此外，一段中心管直径可在(0.32～0.50)D1(D1是旋流器一段的柱体直径)之间选取[2]。当原煤属于易选煤时，溢流口直径可适当放大；当原煤属于难选煤时，溢流口直径可适当缩小。

1.2 一段锥角

传统三产品重介质旋流器一段采用圆柱结构，如果将其改成略带锥角的圆锥结构，则可使重介悬浮液浓缩效果提高[3-4]。采用这种结构的三产品重介质旋流器分选矸石含量较高的原煤时，在矸石大量排放时能够保证旋流器二段的分选密度[5]。对于特殊煤质的原煤(如内灰高的原煤)，当要求旋流器一段的分选密度低，且一段与二段分选密度之差较大时，可以考虑为旋流器一段设置锥角。

1.3 一段安装角度

在物料从入料端进入旋流器时，合格介质从入介端沿切线进入旋流器，轻产物、重产物在离心力场作用下分离；轻产物向下运动，通过一段中心管排出成为精煤；重产物在外螺旋作用下向上运动，通过一二段连接管进入旋流器二段。如果一段安装角度过大，则重产物向上运动所需的动力增大；当其不够充足时，部分重产物落入内螺旋流，并随轻产物通过一段中心管排出，进而污染精煤。因此，设计中应合理选择一段安装角度，其通常在15°～35°之间选取[2]。

1.4 二段中心管直径和长度

当二段中心管直径增大时，实际分选密度变大，溢流数量增加，中煤灰分和产率均增加；反之，当二段中心管直径减小时，中煤灰分和产率均降低。当中心管长度增大时，锥体与中心管末端的距离减小，特别是其长度超过二段柱体时，中心管外部与锥体内部形成的空间急剧变小，导致旋流器二段内物料的切向速度增大，轻产物、重产物的实际分离密度增大，中煤灰分和产率均增加。反之，当中心管长度减小时，中煤灰分和产率均降低。

在设计过程中，可根据所要求产品的指标，结合原煤煤质特性，确定二段中心管直径和长度。通常二段中心管直径在(0.30～0.40)D2(D2是旋流器二段的柱体直径)之间选取[6]。

1.5 二段锥角

在二段锥角由小变大的过程中，零速包络面半径逐渐增大，有效分选区域增大，被选物料能够得到充分分选，有利于提高分选精度；随着锥角的进一步增大，分选密度继续增加，底流中的低密度物减少，溢流中的低密度物增多[7]。由于合理的锥角有助于控制中煤带精煤量、矸石带煤量指标，故应根据实际情况合理设计锥角。一般三产品重介质旋流器的二段锥角为20°，当一段分选密度偏低，且一段与二段的分选密度之差较大时，可以适当增大二段锥角。

1.6 底流口直径

底流口是最常见、最易调节的结构参数之一，调节底流口直径可使旋流器二段的分选密度发生变化，进而改变原煤分选效果。当底流口直径变大时，分离锥面向内缩小，旋流器二段的分离密度变小，矸石灰分降低；反之，当底流口直径减小时，矸石灰分升高，甚至可以得到纯矸。

在现场生产实践中，可根据矸石带煤量指标选择底流口直径。通常底流口直径在(0.24～0.32)D2(D2是旋流器二段的柱体直径)之间选取[8]。

2 工艺参数

2.1 重介悬浮液密度

重介悬浮液密度是重介质选煤过程中最重要的工艺参数，是实现精煤、中煤和矸石有效分离的先决条件。重介悬浮液密度是由原煤灰分和精煤灰分决定的，在重介悬浮液密度确定后，悬浮液的稳定是保证精煤质量合格的关键。如果重介悬浮液密度偏高，就会使重产物混入精煤，进而对其造成污染；如果重介悬浮液密度偏低，就会使轻产物混入中煤，造成精煤损失。在结构参数和其他工艺参数确定后，当重介悬浮液密度波动过大时，对分选效果的不良影响很大，重介悬浮液密度控制是产品质量过程控制的关键。目前，重介悬浮液密度的自动控制技术已经非常成熟，这对实现原煤的高效分选有着重要意义。

2.2 供介压力

供介压力直接影响无压三产品重介质旋流器的分选效果和处理能力，当供介压力增大时，重介悬浮液进入旋流器的切向速度增大，旋流器内部的离心力也增大，这在一定程度能够加快分选过程，强化原煤分选效果，提高设备处理能力。但当供介压力继续增大时，设备浓缩效果增强，导致旋流器内部的重介悬浮液密度梯度分布不均，进而使原煤分选效果变差[9]。因此，在实际生产过程中，应根据现场情况，合理选择供介压力。

2.3 重介悬浮液中的煤泥含量

重介悬浮液是由磁铁矿粉、水、煤泥按一定比例混合成的流体，为了保证重介悬浮液的稳定性，实际生产中需要在其中加入适量煤泥。如果重介悬浮液中的煤泥含量过高，分选密度可以达到要求，但其粘度增加，导致细粒物料的分选效果变差；如果重介悬浮液中的煤泥含量过低，则重介悬浮液的粘度降低，稳定性变差，也会影响原煤的正常分选。通常重介悬浮液的粘度与其中的固体(磁铁矿粉、煤泥)体积浓度成正相关关系，且要求固体体积浓度在20%～25%之间，过高或过低的固体体积浓度都不利于原煤分选[10]。在煤泥含量较高或采用不脱泥入选工艺时，尤其要重视重介悬浮液中煤泥含量的控制。

2.4 磁铁矿粉粒度组成

磁铁矿粉是选煤最常用的加重质，其粒度组成对原煤分选效果有着很大影响。一般说来，当磁铁矿粉的粒度组成偏粗时，需要在重介悬浮液中加入较多煤泥，以保证其稳定性。在一定的供介压力条件下，当磁铁矿粉的粒度组成偏粗时，重介悬浮液的浓缩效果更好，可使旋流器二段的分选密度升高[11]，但较高的煤泥含量给后续的产品脱介、脱水带来不利影响。当磁铁矿粉的粒度组成偏细时，原煤分选效果也能得到保证，但介质净化、回收难度增加。实际生产中宜选用粒度组成较细的磁铁矿粉，具体粒度组成需要根据实际情况确定。

2.5 入料固液比

入料固液比与设备处理能力和原煤分选效果息息相关，当入料固液比增大时，旋流器内的物料层变厚，原煤分层阻力增大，分层速度变慢，轻产物、重产物中的错配物含量均增加，原煤分选效果变差。反之，当入料固液比减小时，原煤分选效果变好。一般情况下，吨原煤所需的悬浮液量为2.50～5.00 m3，一般不低于3.50 m3[12]。因此，选取合理的入料固液比非常重要，实际生产中应根据原煤入选量、设备处理能力等因素综合考虑。

3 结语

无压三产品重介质旋流器分选效果的影响因素较多，主要包括结构参数和工艺参数，这些因素并不是孤立存在的，而是相互作用的。在生产过程中，应根据实际情况优化设备结构参数，并辅以工艺参数的配合，确保原煤分选效果处于最佳水平。