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无压给料三产品重介质旋流器
赵树彦
（唐山国华科技有限公司，河北 唐山  063020）
摘  要：介绍了无压给料三产品重介质旋流器选煤技术在中国的发展过程，阐述了该设备的工作原理、结构、工艺特点以及在
           多座选煤厂（矿区）的应用效果。
关键词：无压给料三产品重介质旋流器；分选工艺；特点；应用效果
中图分类号：TD942.7   文献标识码：A   文章编号：1005-8397（2006）05-0000-00

1 历史回顾
      20世纪70年代末，选煤界的研究者们认识到：重介质选煤，尤其是重介质旋流器选煤具有分选精度高、结构简单、容易实现自动化等优点，是选煤技术的发展方向。但对于难选煤居多数的中国来说，传统重介质选煤工艺系统复杂，需要脱泥、分级，制备高、低密度介质，设置回收系统，并且需要两套分选设备才能分选出精煤、中煤和矸石。因此，研究发展“高效、简化重介质选煤技术”，既保持重介质选煤的高精度，又简化工艺流程，从而减少基建投资、降低生产费用，才是符合中国国情的选煤技术发展方向。1979年在中国煤科总院唐山分院成立了有压给料三产品重介质旋流器课题组。1984年和1989年先后研制成功500/350和710/500型有压给料三产品重介质旋流器并应用于辽宁本溪彩屯选煤厂和黑龙江鸡西市选煤厂。
      1992年中国第一台圆筒+圆筒型无压给料三产品重介质旋流器（NWX700/500型）在黑龙江鸡西市滴道矿选煤厂试验成功，并取得专利。
      1995年，圆筒+圆筒—圆锥型无压给料三产品重介质旋流器（3NWX700/500A型）在四川长寿县西山煤矿选煤厂试验成功，标志着无压给料三产品重介质旋流器基本结构型式的定型。
      1999年，作为国家科技攻关成果的3NWX1200/850A型大型无压给料三产品重介质旋流器在贵州盘江老屋基选煤厂正式投入使用。为我国推广高效简化重介质选煤技术开创了新局面，但它存在一些缺陷，如产品质量不稳定，第二段分选密度不易调节，旋流器不耐磨等。
      1998年12月一个专门从事高效简化重介质选煤技术开发与选煤厂设计和承建的唐山国华科技有限公司成立。
2000年，经过重大技术改进后的3GDMC1200/850A型无压给料三产品重介质旋流器问世，并替代了3NWX1200/850A型应用于老屋基选煤厂，经受了长期生产的考验。
2003年，3GDMC1300/920A型成功应用于贵州盘江火烧铺矿选煤厂，并通过了技术鉴定。
2004年3月，3GDMC1400/1000A型重介质旋流器作为煤炭行业的国家“高技术产业化示范工程”——大型高效简化重介质选煤示范厂的核心设备投入使用，2005年5月进行了技术鉴定。2006年5月该《示范工程》正式通过国家验收，标志着大型三产品重介质旋流器选煤技术全面走向成熟。该技术已经取得六项国家专利，另外三项专利正在申请中。（照片1  国家高技术产业化示范工程——老屋基选煤厂）
      无压给料三产品重介质旋流器选煤技术自诞生之日起就引起了选煤界的关注，特别是在大型化、系列化的2000年以后，中国兴起了建设高效简化重介质选煤厂的高潮。截止到2006年3月的统计数据显示，仅经唐山国华科技有限公司采用3GDMC系列旋流器为核心分选设备设计、建设（包括老厂改造）的高效简化重介质选煤厂就有161座，总能力达1.50亿t/a以上，加上其它设计部门采用三产品重介质旋流器分选工艺设计建造的选煤厂，总设计入选原煤能力已超过2.00亿t/a。高效简化重介质选煤技术已成为21世纪中国建设炼焦煤选煤厂的首选技术。
2  无压给料三产品重介质旋流器工作原理
无压给料三产品重介质旋流器的结构如图1所示。它由圆筒型一段旋流器和圆筒—圆锥型二段旋流器并式串联组成。

其分选原理是:合格重介质悬浮液以一定的工作压力沿切线方向进入第一段旋流器，原料煤则从顶端沿轴向以自重方式进入，在离心力作用下，重物料向旋流器壁移动，在外螺旋流的轴向速度作用下由底流口排出，进入第二段旋流器，轻物料则移向空气柱，并随着中心内螺旋流由位于中心底部的溢流管排出；随同一段重物料进入第二段旋流器的是经过浓缩的较浓和较粗的重悬浮液，这就为一段重物料去二段分选创造了密度条件；进入二段旋流器的物料其分选过程与通用DSM型二产品旋流器相同。
3  无压给料三产品重介质旋流器技术特征
目前市场上有3GDMC和3NWX两个系列的无压给料三产品重介质旋流器。前者10个规格，后者只有1200/850A型以下的（见表2）。工业生产中应用的一段直径1000mm以上的大型三产品旋流器中，3GDMC系列占90%以上。（照片2  3GDMC1400/1000A型无压给料三产品重介质旋流器）。

表1   3GDMC系列无压给料三产品重介质旋流器技术规格
型号
500/
350A
600/
400A
700/
500A
780/
550A
850/
600A
1000/
700A
1100/
780A
1200/
850A
1300/
920A
1400/
1000A
一段筒体内径/mm
500
600
700
780
850
1000
1100
1200
1300
1400
二段筒体内径/mm
350
400
500
550
600
700
780
850
920
1000
介质循环量/m3·h-1
130~150
150~250
250~350
300~400
350~500
500~700
700~900
800~1200
1200~1500
1500~1800
入料压力/MPa
0.06~0.08
0.07~0.10
0.08~0.11
0.09~0.13
0.10~0.14
0.12~0.19
0.14~0.23
0.17~0.29
0.19~0.33
0.21~0.38
入料粒度/mm
≤40
≤45
≤50
≤55
≤60
≤75
≤80
≤89
≤95
≤100
处理能力/t·h-1
30~50
50~80
70~120
80~150
110~170
160~230
220~300
300~400
350~450
450~550
一段安装角度/度
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
表2   3NWX系列无压给料三产品重介质旋流器技术规格（含3SNWX）
型    号
500/
350A
600
400A
700/
500A
850/
600A
1000/
700A
1100/
780A
1200/
850A
3SNWX
1300/920*
一段筒体内径/mm
500
600
700
850
1000
1100
1200
1300
二段筒体内径/mm
350
400
500
600
700
780
850
920
介质循环量/m3·h-1
130~
150
150~
250
260~
350
380~
500
600~
900
700~
900
800~
1200

入料压力/MPa
0.06~0.10
0.07~0.11
0.08~0.13
0.09~0.15
0.11~0.19
0.12~0.25
0.18~0.28

入料粒度/mm
0~25
0~40
0~50
0~60
0~70
0~75
0~80

处理能力/t·h-1
30~40
50~70
70~120
100~180
180~300
230~350
280~400

一段安装角度/度
15~30
15~30
15~30
15~30
15~30
15~30
15~30

* 为双入料口，尚未见工业应用结果数据。

4  无压给料三产品重介质旋流器主要特点
4.1  结构特点
（1）有三个排料口。能以单一低密度悬浮液一次分选出合格精煤、中煤和矸石，为简化工艺流程及设备布置创造了条件。
（2）一段旋流器采用了圆筒型，圆筒型旋流器内密度场均匀，对重悬浮液的密度变化反应迟钝；有利于提高分选精度，二段旋流器采用了圆筒—圆锥型，有利于增加两段实际分选密度差，能同时满足生产低灰精煤和排弃纯矸石的需要。
（3）原料煤与重介质悬浮液分开给入旋流器。原料煤单独由一段旋流器顶端沿中心给料管以自重方式给入，具有如下优点：一是只有重产物单向穿越“分离锥面”的运动，而不会产生有压给料旋流器中轻重产物交错穿越“分离锥面”相互干扰的弊端，因而精煤损失较少，分选精度更高；二是无压给料无需泵送，电耗相对较低；三是无压给料无需泵送，有利于减少矸石泥化和次生煤泥量；四是无压给料相对入料上限较高，因为它不受泵送流道限制；五是无压给料工艺环节简单，有利于合理布局；六是旋流器工作介质——重悬浮液密度容易测准，不受原料煤性质变化的干扰，对实现自动测控非常有利。
（4）采用了改变二段旋流器底流口大小与调节二段旋流器溢流管插入深度相结合的方式实现了二段旋流器实际分选密度的在线调节。特别是溢流管插入深度调节装置由内置式改为外置式之后，调节非常灵活，使得二段分选密度的调节变得方便自如。
（5）三产品旋流器无运动部件，旋流器内衬为维式显微硬度HV=835.8的刚玉材料，筒体寿命达9000h以上，可在最佳工况点下工作2a。
4.2  工艺特点
（1）分选精度高（见表3）
由表3可看出，国内大型无压给料三产品重介质旋流器的分选精度比有压、中型两产品旋流器的还要高，达到了国外两产品脱泥分级入选重介质旋流器的分选精度（E=0.020～0.030kg/L）。
表3   重介质旋流器分选效果比较表
选煤厂
南桐
老屋基
火烧铺
临涣
旋流器名称
2NZX
3GDMC
3GDMC
3GDMC
入料方式
有压两产品
无压三产品
无压三产品
无压三产品
规格
600
1400/1000
1300/920
1200/850
入料粒度/mm
30~0
100~0
80~0
60~0
一段分选密度δ1/kg·L-1
1.450
1.430
1.410~1.450
1.485~1.500
一段可能偏差E1/ kg·L-1
0.035
0.025~0.034
0.019~0.027
0.025~0.040
二段分选密度δ2/kg·L-1
1.750
1.683
1.680~1.850
1.871~1.901
二段可能偏差E2/kg·L-1
0.062
0.050~0.065
0.035~0.043
0.036
数量效率/%
>90
99.00
95.200
95.765
单机处理能力/t·h-1
50~70
500~550
350~450
250~350
（2）能以单一低密度重介质悬浮液一次分选出质量合格的精煤、中煤和矸石，省去了一套高密度重介质悬浮液的制备、循环、回收系统；也可用低密度重介质悬浮液实现高密度分选，大大简化了流程，降低了设备和管道的磨损，降低了介耗和电耗。
（3）大直径旋流器分选上限可达100mm，有效分选下限可达0.3mm。尤其是采用国华科技开发的“煤泥重介质分选工艺”专利技术（专利号ZL03124283·9）后，其分选下限更可降至0.075mm。该技术的要点是，利用重介质旋流器分级浓缩作用原理，具有一段轻物料带出的重介质粒度细、悬浮液密度较低的特点，适当将其分流，进入直径较小的煤泥重介质旋流器分选粗粒煤泥。既不需要单独设置供煤泥重介质旋流器用的超细介质悬浮液的制备、循环系统，又可减少进入加工费用较高的浮选作业系统的煤泥量（见图2）。全厂仅由19～22道工序组成。
（4）实现不分级、不脱泥入选
当前，国内外流行的做法是重介质旋流器分选前要先脱泥，认为只有脱泥才能提高分选精度，减少产品脱介作业难度，块末煤分级选才能取得最大精煤产率。而中国的无压给料三产品重介质旋流器选煤工艺恰恰相反，认为应从全厂重介——浮选综合效果考虑，脱泥作业存在三大缺陷：增加脱泥筛、捞坑等设备，工艺布置复杂；不能充分发挥重介质旋流器选煤下限低的优势；脱下来未经任何分选作用的煤泥不好处理，增加了浮选作业处理量和难度，增加了基建投资和生产费用，增加了精煤损失。而无压给料三产品重介质旋流器不脱泥分选配合粗煤泥重介选工艺简单有效地解决了粗煤泥重介分选问题。至于分选精度问题要作深入具体分析，为了满足悬浮液流变特性和稳定性双重要求，重介质悬浮液的固体体积浓度一般在15～35%，以此为依据可以算出不同密度的悬浮液中煤泥含量的最大允许值，如表4所示。通常，无压给料三产品重介质旋流器都是在一种低密度悬浮液系统下选出三种合格产品的，其允许煤泥含量在50%左右。通过分流合格介质去磁选作业的多少完全能做到煤泥量在悬浮液中始终保持在允许值之下，从而保证了要求的分选精度。表4的数据充分证明了这一点。

表4   悬浮液中固相煤泥含量最大允许值
悬浮液密度/kg·L-1
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0
允许煤泥含量/%
60
50
40
30
20
<10
<5
（5）提高效率，简化工艺，加快建设速度，减少基建投资，降低生产费用。该设备在采用三产品而非两产品旋流器生产“纯”精煤的同时，还能排除纯矸石和尚可利用的中煤；采用“两段浓缩两段回收”完善的煤泥水处理系统，因而更适用于难选煤为主及对环保要求很高的中国国情。
5  应用实例
无压给料三产品重介质旋流器应用实例见表5。

表5  无压给料三产品重介质旋流器应用实例
选煤厂
主选设备型号
处理能力
t/h·台
实际入选量/Mt·a-1
分选精度E/kg·L-1
数量效率η/%
对浮选的影响
其它
E1
E2
贵州盘江老屋基
3GDMC1400/1000A
512~547
2.19
0.025~0.034
0.050~0.065
99.8
减少了入浮量，变难浮为易浮
成为国家级“高效煤炭洗选示范工程”
贵州盘江火烧铺
3GDMC1300/920A
350~450
1.80
0.019~0.027
0.035~0.043
95.2
浮选精煤产率提高了11.2个百分点
年创经济效益2000万元以上
安徽淮北临涣
3GDMC1300/920A-1台
3GDMC1200/850A-2台
330~370
4.70
0.028~0.034
0.052~0.036
98.7
减少了入浮量，变难浮煤为易浮
计划2008年实现全矿区6座选煤厂13.5 Mt/a处理能力，全用高效简化重介选煤新工艺
安徽淮北淮北
3GDMC1200/850A
310
3.34
0.040
0.050
93.7
安徽淮北石台
3GDMC1200/850A
310
0.036
0.042
95.8
上海大屯孔庄
3GDMC1200/850A
320
2.0
0.036
0.084
98.0
减少了入浮量，变难浮煤为易浮
年创经济效益4000万元以上
黑龙江鹤岗南山
3GDMC1300/920A
350
3.0
0.025
0.040
>95.0
入浮灰分由17.86%降为14.55%，变易浮
年创经济效益1000万元以上
黑龙江鹤岗兴安
3GDMC1200/850A
300
1.5
0.042
0.059
96.2
减少了入浮量，变难浮为易浮
年创经济效益900万元以上
宁夏大武口
3GDMC1300/920A
>330
3.0
0.031
0.040
91.0
减少了入浮量，变难浮为易浮
年创经济效益1600万元以上
山西西山镇城底
3GDMC1300/920A
>330
1.8
0.030
0.048
95.8
减少了入浮量，改善了入浮效果
年创经济效益2000万元以上
安徽淮南望峰岗
3GDMC1200/850A
310
1.5
0.035
0.057
>90.0
减少了入浮量，变难浮为易浮
年创经济效益960万元以上
内蒙古利民
3GDMC1100/780A
250
1.29
0.020
0.035
95.6
减少了入浮量，变难浮为易浮
仅投产6个月，利润达3400万元
贵州盘江月亮田
3GDMC1100/780A
220

0.019~0.027
0.035~0.043
95.2
减少了入浮量，变难浮为易浮
创年经济效益900万元以上