大型无压给料三产品重介质旋流器 赵树彦，张春林，徐学武，姚伟民 （唐山国华科技有限公司，唐山，河北，中国） 陈建康 （神华蒙西煤化股份有限公司，乌海，内蒙古，中国） 袁治国，张弘强 （神华蒙西煤化股份有限公司棋盘井选煤厂，乌海，内蒙古，中国）

摘要：用翔实的数据介绍了3GDMC1500/1100A大型无压给料三产品重介质旋流器研发、工业性试验及投入正常生产的全过程，对高灰分、极难选的蒙西棋盘井矿区原煤实施不脱泥、不分级高精度分选的前提下，单机处理能力达到了588~606t/h，是当今世界上规格和单机处理能力最大的同类设备。 关键词：无压给料；三产品；重介质旋流器；大型

1. 背景 1.1 2000年以来中国煤炭生产和洗选加工发展迅猛，2008年原煤产量2730Mt，原煤入选量1300Mt，入选比例为47.6%，其中大中型选煤厂500余座，年洗选能力1390Mt。中国是世界原煤入选量第一的选煤大国。 1.2 以节能减排为目的、以大型化自动化为手段，中国煤矿和选煤厂将同步发展，其规模也越来越大，在2006~2010年期间建设了56座3.0Mt/a以上的大型动力煤选煤厂，处理能力420.56Mt/a，1.2Mt/a以上仅国有大型炼焦煤选煤厂已有106座，处理能力为249.1Mt/a。最大的动力煤选煤厂31Mt/a，最大的炼焦煤选煤厂13Mt/a。 1.3 具有中国原创型自主知识产权、由中国唐山国华科技有限公司（简称国华科技）研发的3GDMC系列无压给料三产品重介质旋流器具有入选原料煤不分级、不脱泥入选；用单一低密度悬浮液高精度一次分选出质量合格的精煤、中煤和矸石；原料煤破碎程度小；次生煤泥量少等特点，由11种规格组成的系列产品已在中国310座选煤厂推广应用，成为21世纪中国炼焦煤选煤厂首选选煤技术。出于对出口动力煤和国内大型电站粉煤炉节能减排的需要，对动力精煤质量要求越来越高，大型高效简化重介质选煤技术正在向动力煤选煤厂延伸，已有的3GDMC1400/1000A型重介质旋流器已经不能满足建设3.0Mt/a以上选煤厂的需要，因此研发单机能满足建设3.0Mt/a选煤系统需要的大型三产品重介质旋流器是促进选煤行业发展的必然选择。

2.研发 2.1 总体思路：保持3GDMC型无压给料三产品重介质旋流器行之有效的特点和优点 利用重介质旋流器不仅对被选物料有分选作用，而且对加重质（磁铁矿粉）和被选物料亦有分级和浓缩作用的特点，采取多种技术措施增强或限制某种作用，从而达到用单一低密度悬浮液一次分选出质量合格的精煤、中煤、矸石三种产品的目的；在结构形式上仍保持第一段旋流器采用圆筒型，使其密度场均匀，能够按给定的悬浮液密度分选，分选精度高；第二段旋流器采用圆筒—圆锥型，以利于扩大两段分选密度差，实现高密度分选；采用改变二段旋流器底流口径粗调和继续采用外置式二段分选密度调解装置改变二段旋流器溢流管插入深度细调相结合的方式，实现二段旋流器分选密度的在线调节；仍然采用原料煤不分级、不脱泥分选工艺和相应简化流程布局，以节省投资及加工费用。 2.2 利用流体力学中几何相似、运动相似和动力学相似的放大准则确定结构参数和工艺参数 2007年国华科技将11种规格，特别是3GDMC1000/700A、1100/780A、1200/850A、1300/920A和1400/1000A 5种较大型规格重介质旋流器在大量应用实践中的数据进行了整理、分析归纳，校正了原有结构参数与工艺参数数学模型，编制出更为完善的新技术参数，作为设计1500/1100A型的可靠依据。 2.3 增加一段旋流器直径，并相应增加旋流器各通径是增大单机处理能力的主要措施。国华科技多年的实践经验证明，重介质旋流器的处理能力与一段旋流器直径的2.5次方呈正比。 2.4 旋流器直径增加后，只要成正比的增加悬浮液的给入压力，保持旋流器内部离心强度相同，就能够在大型旋流器中达到与相对较小型旋流器相同分选精度与分选下限。 2.5 二段旋流器安装角度由水平安装变为倾斜安装，提高矸石等重产物排出速度，减少对锥体部位磨损，延长二段旋流器的使用寿命。 2.6 研发跌落式原料煤选前润湿装置，并采取技术措施增加入选原料煤选前初始切线速度，从而可减少精煤带矸量，提高分选精度。 2.7 采用新型非放射线差压密度计取代同位素密度计，在达到±0.005kg/L控制精度的前提下，做到符合环保和节省投资与运行费用的目的。 2.8 新研制的3GDMC1500/1100A型旋流器外型与结构示意见图1、图2。

图1 3GDMC1500/1100A型无压给料三产品重介质旋流器外形图 原料煤入口

中煤出口

合格悬浮液入口

精煤出口

矸石出口

图2 3GDMC1500/1100A型无压给料三产品重介质旋流器结构示意图 3. 实施效果 3.1 神华蒙西煤化股份有限公司棋盘井选煤厂（以下简称棋盘井选煤厂）概况 棋盘井选煤厂位于中国内蒙古乌海市棋盘井镇，原为设计年处理能力4.0Mt的选煤厂，采用无压给料两产品重介质旋流器两段分选工艺，2007年试生产后系统一直不正常，尤其是高密度分选致使介质粘度太大，很难稳定，故委托国华科技进行技术改造，作为3GDMC1500/1100A型无压给料三产品重介质旋流器的试点单位，采用以该设备为主选设备的不分级、不脱泥、一次分选出质量合格的精煤、混煤、矸石的高效简化重介质分选工艺，改造后生产系统处理能力为5.0Mt/a，主选工艺流程如图3所示。 原料煤重介质旋流器

矸石中煤

精煤脱介脱水离心脱水精煤

煤泥重介磁 选分 级离心脱水精煤泥浮选系统

离心脱水脱介脱水磁 选脱介脱水磁 选中煤浓缩系统

矸石

合格介质桶补加介质

图3 棋盘井选煤厂重选工艺流程图 3.2 入选原煤可选性 主要入选棋盘井矿和附近小煤窑的炼焦煤，采用先配后选方式，配煤后精煤硫分＜1%。由于外购原煤占的比重很大（约占1/2以上），故入选原煤的可选性变化很大，扣除矸石后的±0.1含量＞40%，属极难选等级，见表1-表3和图4。 表1 入选原煤的粒度组成 粒级，mm ＞50 50~25 25~13 13~6 6~3 3~1 1~0.5 ＜0.5 合计 产率，% 14.80 11.20 9.90 16.50 11.70 11.70 8.80 15.40 100.00 灰分，% 70.44 61.45 49.93 40.97 34.43 33.07 27.46 23.95 43.01 表2 入选原煤＜0.5mm粒级筛分试验结果 粒级，mm ＞0.25 0.25~0.125 0.125~0.075 0.075~0.043 ＜0.043 合计 产率，% 29.64 19.60 26.13 13.07 11.56 100.00 灰分，% 24.08 23.11 21.44 23.76 22.71 23.00 表3 100~0.5mm原煤浮沉试验结果表 密度级 kg/L 原煤 浮煤累计 沉煤累计 ±0.1含量

产率，% 灰分，% 产率，% 灰分，% 产率，% 灰分，% 密度级，kg/L 产率，% <1.30 4.81 5.17 4.81 5.17 100.00 46.92 1.30-1.35 7.13 8.68 11.93 7.26 95.19 49.02 1.35-1.40 10.73 12.22 22.66 9.61 88.07 52.29 1.40 30.07 1.40-1.45 7.58 16.93 30.24 11.45 77.34 57.85 1.45-1.50 4.63 22.44 34.87 12.90 69.76 62.30 1.50 18.59 1.50-1.60 6.38 29.31 41.25 15.44 65.13 65.13 1.60 12.01 1.60-1.70 5.63 37.22 46.88 18.05 58.75 69.02 1.70 10.57 1.70-1.80 4.94 44.43 51.82 20.57 53.12 72.38 1.80-2.00 7.79 53.90 59.61 24.93 48.18 75.25 1.90 7.79 >2.00 40.39 79.37 100.00 46.92 40.39 79.37 计 100.00 46.92 γβ

沉物产率

，%

γθ

浮物产率

，%

灰分Ad，%

密度δ，kg/L

图4 可选性曲线(50-0.5mm) 表1-表3、图4说明：原煤灰分高（＞45%）、含矸量大（40.39%），但原生煤泥含量中等（15.40%），若要选出灰分为10.01%~10.50%的精煤，旋流器一段分选密度需控制在1.40kg/L左右，此时的±0.1kg/L含量＞40%（扣矸后），属极难选煤，精煤理论产率为25%~30%，但精煤粘结性指数G≥80，属宝贵的炼焦煤种。 3.3 用3GDMC1500/1100A型旋流器不脱泥不分级分选100~0.5mm原煤，共采样3次，分选效果相差很小。现将其中的一次列于表4、表5和图5中。 表4、表5和图5表明：3GDMC1500/1100A型重介质旋流器不脱泥、不分级分选100~0.5mm原料煤，采用低密度悬浮液的分选效果为：在单机处理能力为588~606t/h的情况下，精煤灰分为10.19%，中煤灰分为25.39%，矸石灰分＞71.00%，分选精度一段可能偏差E1=0.022kg/L、二段可能偏差E2=0.024kg/L。 表4 100~0.5mm原煤分选结果

密度级 kg/L

原煤 精煤 中煤 矸石 计算原煤 分配率 占本级 % 灰分 % 占本级 % 占全级 % 灰分 % 占本级 % 占全级 % 灰分 % 占本级 % 占全级 % 灰分 % 占本级 % 灰分 % ε1 ε2

<1.30 5.23 4.73 19.99 4.728 5.07 0.36 0.079 11.40 0.00 0.000 0.00 4.806 5.173 1.635 0.000 1.30-1.35 7.95 9.42 29.46 6.968 8.57 0.72 0.157 13.34 0.00 0.000 0.00 7.125 8.675 2.205 0.000

1.35-1.40 10.20 13.14 37.63 8.899 11.79 8.44 1.833 14.30 0.00 0.000 0.00 10.733 12.219 17.081 0.000

1.40-1.45 7.48 17.36 11.63 2.750 16.11 22.07 4.793 17.43 0.07 0.037 13.17 7.580 16.930 63.716 0.761