摘 要：使用大直径重介旋流器选煤，可获得较高的精煤产率、任意的精煤灰份、简单的控制系统和较高的分选效率。目前大直径重介旋流器在国内外已应用,其发展趋势应当引起国内选煤界的重视。
关键词：旋流器 选煤设备
1 引言
在重介旋流器的发展过程中，一个相当长的时期内，人们普遍认为重介旋流器只能处理最大粒度为50mm的颗粒，其最佳粒度范围为30～0.5mm。而传统观点还认为，用旋流器处理细粒级煤(-4mm～+0.5mm)时会导致效率降低和分选密度发生偏移。为解决这两个问题，必须使用离心加速度尽可能大而体积尽可能缩小的小型旋流器。许多人甚至以各种理由反对使用大直径旋流器。但是，近年来由于经济条件和用户需要等原因，重介旋流器的设计方法及传统观念中的“某些局限性”均发生了很大变化。国内外安装与使用大直径重介旋流器的实际情况表明，大直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，使用大直径重介旋流器，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。鉴于上述理由，笔者认为有必要对大直径重介旋流器的进展动态加以认真研究和评述，以期引起有关方面的注意，推动我国选煤事业的发展。
2 大直径重介旋流器的设计基础
所谓大直径重介旋流器，一般是指直径在750mm以上的旋流器。目前国外重介旋流器的最大直径为1400mm。国内重介旋流器的最大直径为1200mm。人们重新认识并设计大直径重介旋流器，是往日反对使用大直径旋流器的某些异议已经消除，对大直径旋流器所固有的优越性取得共识的结果。
2.1 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，由于大直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，可在大直径重介旋流器上配装一个加长的圆筒体，以提高分选效率。
2.2 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致。如果旋流器的直径不变，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。
2.3 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，就得增加大直径旋流器的成本和介质需要量。后来的试验结果则表明，大直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，大直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%。
2.4 介质
由于大直径旋流器所产生的离心力较小，故在保持介质稳定的前提下，可采用比普通旋流器更粗粒的介质。这是大直径重介旋流器的另一显著优点。当使用粗粒介质时，总体介质损耗会降低，介质制备和回收都比较容易，由此产生的经济效益也相当可观。
2.5 旋流器组
使用大直径重介旋流器，可以简化重介质选煤流程，可减少旋流器组的旋流器台数。当旋流器组由多台旋流器构成时，其操作条件相当严格。例如，分配给每台旋流器的入料要相等，还要保证每台旋流器的分选密度要相同。若使用一台大直径重介旋流器，则可在保证产品质量的同时提高产率。
2.6 入料方式
采用大直径重介旋流器，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。澳大利亚选煤专家J·G·雷纳和L·L·卡特经过仔细研究所得出的结论是：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。
2.7 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。
3 国外大直径重介旋流器的应用实例
如上所述，由于克服了若干传统偏见，奠定了大直径重介旋流器的设计基础，从而使其近年来在国外获得了迅速发展和应用。
3.1 英国
英国于1986年率先研制成LARCODEMS型大直径重介旋流器，即所谓大块煤重介质分选机。该分选机实际上就是一种DWP重介旋流器。该型重介旋流器由直径1.2m、长3.6m的圆筒体构成，圆筒体由厚度为10mm的低碳钢和四号镍钢制成。分选容器通常选用30°的安装夹角。重介质经圆筒底端的渐开线入口切线给入，可用泵打入，也可靠重力自流入旋流器中。原煤经顶端的轴向入料口流入旋流器，精煤则经底端的轴向出料口排出。据报导，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座选煤厂安装了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%。
3.2 澳大利亚
澳大利亚对最新、最先进的选煤工艺异常敏感，他们随时准备采用最先进的工艺设备和工艺技术。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。
3.3 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1000mm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。
3.4 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。据报导，美国已经安装并投入使用了直径800mm和1 000mm的重介旋流器。例如，1995年美国肯塔基州哈扎德附近的匹兹顿煤炭公司英国1号选煤厂对直径为1000mm的重介旋流器进行了试验，入料为1～25mm，相应的EP值为0.038，若将入料上限提高到37.5mm和75mm，EP值将分别上升至0.04和0.05。预计在克服某些消极因素之后，大直径重介旋流器将会在美国各选煤厂中得到迅速推广应用。
4 大直径重介旋流器的优点和尚待解决的问题
4.1 大直径重介旋流器的主要优点
(1)使用大直径重介旋流器可获得较高的精煤产率、灵活的分选密度和较高的分选效率。
(2)使用大直径重介旋流器，可简化选煤厂工艺流程，取消多余的工艺设备，减少选煤厂的占地面积。
(3) 在使用大直径重介旋流器后，可利用高效磁介质分选机建立单台设备流程，取消传统的辅助磁介质回收系统，达到减少设备、降低成本之目的。
(4) 使用大直径重介旋流器可大大降低选煤厂土建、机械、洗选系统的运行费用和和电费支出。
(5) 使用大直径重介旋流器，入料粒度上限可达100mm以上，故可减少洗选流程中原煤不必要的过破碎，大大降低次生煤泥的形成，有利于保护环境。
4.2 使用大直径重介旋流器目前有待于研究和解决的问题
(1) 为进一步提高大直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。现已考虑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) 大直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，大直径重介旋流器的分选效率要优于跳汰选，但如何使大直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) 使用大直径重介旋流器，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，并能处理大直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) 使用大直径重介旋流器，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直径重介旋流器处理煤颗粒时的耐磨要求。但应注意大直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。
5 结论
综上所述，可得出以下结论：
(1)在克服了某些传统偏见之后，大直径重介旋流器目前在国外已获得相当广泛的应用。
(2)大直径重介旋流器分选效率高,可用以简化选煤流程，减少选煤厂设备数量和占地面积从而大大降低生产成本，故日益受到重视。
(3)高效、低成本的脱水设备和脱水工艺是目前大直径重介旋流器应用过程中尚待研究解决的主要问题。