重介质旋流器选煤工艺的探讨
山西凯嘉能源集团有限公司煤销分公司选煤厂，山西 ·介休 032000
【摘要】当前中国选煤厂工艺注意以重介质选煤为主，论文主要对当前重介质旋流器的应用进行分析，并对当前选煤过程存在的问题进行研究，结合实际情况提出几点提升措施。
At present, the attention of China’s coal preparation process is mainly on heavy media coal preparation. This paper mainly analyzes the current application of heavy media cyclone, studies the existing problems in the current coal preparation process, and proposes several improvement measures based on actual conditions.
【关键词】重介质；旋流器；选煤工艺；重介质选煤
dense medium; cyclone; coal preparation process; dense medium coal preparation
1 引言
利用重介质旋流器选煤是目前选煤效率最高的一种重力选煤方法，其原理是利用重悬浮液作为介质，通过外加压力形成离心力和密度场，从而将不同密度的物质进行分离，将原料分选出精煤、中煤和矸石。重介质旋流器结构简单、选煤效率高、适用范围广，特别适用于颗粒尺寸较小的难选煤和极难选煤，最小煤颗粒粒径可达0.1～0.2mm。
2 相关概述
2.1 重介质选煤简介
1917年，强斯最先提出重悬浮液选煤方法，这种方法是以水砂悬浮液作为介质。在此之前，曾出现两类其他重介质:a)无机盐溶液，如CaCl2;b)有机重液，如五氯乙烷(C2HCl5)。但最终由于其腐蚀性强、回收困难、价格昂贵、危害健康等问题退出了历史舞台。1926年，出现黏土悬浮液作为介质，但也因其回收困难而未能得到广泛应用。1922年，第一次出现磁铁矿作为悬浮液，并于1938年用于选煤生产中。1945年荷兰国家煤矿局研发出了DSM(圆筒圆锥型)重介质旋流器，取得了历史性突破。此后，在1956年、1967年，美国和前苏联相继研发出中心给料的圆筒形重介质旋流器和三产品重介质旋流器。三产品重介质旋流器的出现推动了重介质选煤的发展。20世纪50年代，中国开始对重介质选煤的研究，到20世纪90年代，重介质选煤进入了快速发展阶段，中国自行研发的大型重介质旋流器得以推广。由于其具有煤质适应能力强、入选粒度范围宽、分选效率高、易于实现自动控制、单机处理能力大等优点，现已成为中国选煤主导工艺。
2.2 煤泥分选设备的概述
目前，应用于选煤厂中煤泥分选工艺的主要设备有螺旋分选机、干扰床分选机、水介质旋流器以及重介质旋流器。其中，螺旋分选机由于分选效率会受到被分选物质颗粒大小、形状以及摩擦力等因素的影响，导致其分选质量对煤炭类型的依赖性较大，加之其实际应用中具有一定的局限性，因此实际应用相对较少;干扰床分选机在实际对粗煤泥的分选时存在尾煤灰分过低、无法实现对分选过程的实时控制等缺陷，导致其无法在实际中推广应用;水介质旋流器由于其工艺简单、流程简单且在分选中不需任何介质，大大降低了生产成本，但是其在实际应用中分选质量和效果较差，故水介质旋流器也无法在实际中推广应用;重介质旋流器由于其独特的工作原理，能够降低分选粒度的下限、降低介质制备的成本以及不断优化其分选效果。重介质旋流器为实际应用中能够广泛推广的分选设备。通过对该设备的关键结构及关键工艺参数进行优化以达到最佳的分选效果。
2.3 旋流器的工作原理
旋流器是以重液或悬浮液为介质。一方面，通过外力所产生离心力场的作用在旋流器内形成密度场，从而形成分离锥面。在理想状态下，在分离锥面上的介质密度等于煤粒的分离密度。另一方面，介质沿切线方向进入旋流器后，产生径向速度和轴向速度也形成了不同速度的等速度面。在分离锥面以内的介质形成螺旋流向溢流口方向流动，在分离锥面以外的介质形成螺旋流向底流口方向流动，分离锥面内外螺旋介质流动方向相反，进而把煤和矸石进行分离。在旋流器中，作用在矿粒上的力主要有离心力和重力，但重力与离心力相比产生的影响可忽略不计，入料中低密度的精煤由于离心力作用移向轴心进入分离锥面，随内螺旋介质流从溢流口排出，而高密度物料移向器壁，随外螺旋介质流从底流口排出。由于离心力加速度远大于重力加速度，在离心力场中，密度较大产物比密度较小产物的分离速度要大得多，这就是旋流器的基本原理。旋流器的入料方式不同也会对矿粒的运动和穿越分离锥面的过程产生不同程度的影响[1]。
3 当前中国重介质选煤存在的问题
3.1 选煤操作中的精煤灰分含量较高
选煤操作过程中的精煤被广泛运用到炼铁工作中，炼铁过程中对焦炭的要求较高，主要是要求其中的灰分含量在7%以下。在选煤厂中的选煤工艺落实过程中，直径较大的煤块需要先用浮选工艺进行初步处置，挑选出直径较小的煤块，还可以利用浮选选煤和重介选煤工艺进行二次处理。这样并不能从根本上降低精煤中的灰分含量，也无法有效满足炼焦需求。不仅如此，到目前为止的浮选设备依然不能结合煤块的质量需要进行相应的调整，从而导致精煤的出产量降低，同时增加了浮选系统的运行成本，也增加了运行过程中的耗电量。
3.2 煤泥水污染严重
进行洗选之后留下的煤泥水，不能按照原来的设计进行闭路循环。由于该选煤厂的煤均来自综采，泥量较大，超过了20%，因此不能使用原先的闭路循环系统处理煤泥水，而是将其排到工厂外，极大的浪费了水资源，同时又对环境造成了很大的污染。
3.3 自动控制技术有待进一步提高
随着重介质选煤技术的发展，重介质选煤自动化控制技术也在不断进步。重介质选煤过程中，悬浮液密度、介质桶液位、旋流器入口压力、磁性物和煤泥的含量及灰分的自动控制都会影响分选效果。以D选煤厂为例，其静态液位压力仪、超声波液位仪、介质分流箱执行机构及稀介磁选机均采用进口设备。中国选煤厂监测技术和仪器仪表仍不及发达国家，涉及煤质和工艺参数的在线检测仪器仪表仍需进一步研发[2]。
4 重介质旋流器选煤工艺提升策略
4.1 采取科学的对策不断降低精煤灰分含量
结合当前的炼焦生产工作要求不难看出，我们应该把精煤的灰分含量控制在7%以内，为了达到这一需求，我们应该把浮选系统的分选密度控制在1.4以内。选择重介质旋流器完成精煤的分选工作，能够有效提升系统的分选精度。基于此，选煤厂工作人员首先选择成本较低的跳汰机粗略筛选煤块，然后采用重介质旋流器完成精选工作。如此一来，能够实现以下优势:第一，通过跳汰机的筛选能够把矸石与高灰中煤洗选出来，这样能够有效降低重介质旋流器的工作压力。第二，采用这种选煤工艺后，选煤厂的高精度重介质洗选设备购买数量及成本能够有效降低。
4.2 优化煤泥水处理系统
原先设计的煤泥水处理系统要求闭路循环，要使用这一处理方式需要达到以下要求：第一，洗水中无煤泥聚集;第二，该系统须实现洗水平衡。因此对该工艺进行优化。最终能够使用该系统进行煤泥水的闭路循环，使得水资源不会被浪费，同时也不会污染环境。第一，减少了跳汰机的洗水量，当前洗水量达到1100m3/h，相比以前减少了200m3/h，入料矿浆量也得以有效降低。第二，使用浓缩机处理煤泥水时，要达到减少循环过程中的煤泥含量，需要使用符合要求的絮凝剂和凝聚剂。第三，使用压滤机时，选择的过滤网板上使用的无纺滤布要具备较好的透气性，使得形成的滤饼易脱落。
4.3 控制旋流器安装角度
旋流器的安装角度是影响煤粒原料进入旋流器方式的重要因素之一，旋流器的安装角度的改变会影响旋流器内部的流场，从而对旋流器的分离性能产生影响，因此，在煤颗粒分选工艺中，必须要考虑旋流器的安装角度。根据上文的分析结果，圆柱圆锥形的旋流器最佳安装角度在0°～30°之间，现场实际常用的安装角度为10°。根据现场工作经验，不同类型的旋流器其最佳的安装角度也不尽相同。DBZ型的最佳安装角度范围在35°～40°之间，而圆柱形中心进料的旋流器最佳安装角度范围在15°～35°之间[3]。
4.4 创新重介质选煤设备
目前，中国选煤厂在重要洗选设备上仍选择进口设备，如重介浅槽分选机、破碎筛分设备、监测设备等，这主要是受设备可靠性的影响。提高设备可靠性是设备国产化的重要条件。推动国产化、大型化、智能化洗选设备的研制与应用，有助于提升选煤厂智能化控制和信息化管理，提高分选效率，降低运营成本。
5 结语
随着环保要求及煤炭应用的双重要求，煤炭中粉煤含量的要求越来越高，即对最终精煤的质量要求越来越高。重介质旋流器作为选煤厂关键选煤设备，其工作性能直接决定最终煤炭的质量。在未来发展中还应该加强灰分含量、污水处理、旋流器安装、设备智能化等多方面管理，提高设备参数的准确性，以达到最优的选煤效果。
【参考文献】
[1]叶贵川,马力强,黄根,等.螺旋分选机动力学分析及参数优化探讨[J].煤炭学报,2017,42(2):479-485.
[2]石焕,程宏志,刘万超.我国选煤技术现状及发展趋势[J].煤炭科学技术,2016,44(6):169-174.
[3]刘亮.两段两产品重介旋流器分选高灰配焦煤的工艺实践[J].煤炭加工与综合利用,2018(3):6-9,11.
