無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的發(fā)展和展望

石 郡，趙麗娟，王 宏，2

(1.北京國(guó)華科技集團(tuán)有限公司，北京市順義區(qū)，101300；2.西安科技大學(xué)，陜西省西安市，710054)

進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程加快，以煤炭為主的能源生產(chǎn)和消費(fèi)迅速增加。2022年，全國(guó)規(guī)模以上企業(yè)累計(jì)生產(chǎn)原煤45.6億t，同比增長(zhǎng)9%；2023年1-11月，全國(guó)規(guī)模以上企業(yè)累計(jì)生產(chǎn)原煤42.4億t，同比增長(zhǎng)2.9%[1-2]。雖然煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)給資源環(huán)境帶來較大的壓力，但我國(guó)資源稟賦特點(diǎn)決定了在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，煤炭依然是我國(guó)能源安全穩(wěn)定供應(yīng)的“壓艙石”，因此持續(xù)推進(jìn)煤炭清潔高效利用非常重要。選煤作為煤炭清潔高效利用的基礎(chǔ)，可大大提高煤炭質(zhì)量和利用效率、減少無效運(yùn)輸及燃煤污染物排放[3]。

重介質(zhì)選煤是一種重要的選煤技術(shù)工藝，代表性設(shè)備有重介質(zhì)旋流器、重介質(zhì)淺槽分選機(jī)、斜輪重介質(zhì)分選機(jī)、立輪重介質(zhì)分選機(jī)。重介質(zhì)選煤工藝的優(yōu)點(diǎn)是分選精度高、分選粒度范圍廣、處理量大[4]。無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器是重介質(zhì)旋流器的一種，物料靠自身重力給入旋流器進(jìn)行分選，具有入選粒級(jí)寬、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分選精度高、節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)。

筆者介紹了無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器在國(guó)內(nèi)的發(fā)展和推廣歷程，列舉了三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器不同時(shí)期的特點(diǎn)，并對(duì)無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器選煤工藝及裝備的發(fā)展進(jìn)行了展望。

1 20世紀(jì)無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器技術(shù)裝備初級(jí)發(fā)展階段

20世紀(jì)50年代，我國(guó)選煤業(yè)開始發(fā)展，初期僅有十幾座選煤廠，選煤方法主要為跳汰和槽洗，主要分選設(shè)備是來自于英、德、日等國(guó)30年代的設(shè)備[5]。到1980年10月，我國(guó)重介選煤廠僅有24座，且工藝主要為塊末煤重介質(zhì)選煤，塊煤重介質(zhì)、末煤跳汰選煤，重介選跳汰中煤選煤(如果跳汰選煤工藝分選精度不高，就在其中煤產(chǎn)品中混有精煤，為提高精煤產(chǎn)率，在中煤工段上一套重介選煤系統(tǒng)將中煤中的精煤分選出來，這種工藝叫做“重介選跳汰中煤”選煤工藝)3種類型。

1.1 首臺(tái)三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器選煤廠工業(yè)性試驗(yàn)

1982年，阜新礦務(wù)局彩屯選煤廠與煤炭科學(xué)研究院唐山煤炭研究所(目前為中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司，以下簡(jiǎn)稱“唐山院”)合作，首次采用Φ500/350 mm三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器替代Φ500 mm兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選8～0.5 mm末煤，進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并于1984年9月通過技術(shù)鑒定[6]。該項(xiàng)目是三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器工藝及裝備首次在我國(guó)選煤業(yè)的應(yīng)用。

彩屯選煤廠末煤原用4臺(tái)Φ500 mm兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選，產(chǎn)品為末精煤與末中煤，并選用Φ500/350 mm三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器，如圖1所示，替代原有兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選末煤。

圖1 Φ500/350 mm三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器

工業(yè)性試驗(yàn)結(jié)果表明，三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器第一段分選效果與兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器相近，除了能選出符合要求的末精煤外，還能分選出灰分約32%的洗混煤與灰分約75%的洗矸。其技術(shù)特點(diǎn)和存在的問題如下所述。

(1)技術(shù)特點(diǎn)：在單一低密度懸浮液條件下能選出合格的精煤、中煤及矸石3種產(chǎn)品。與兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器選出3種產(chǎn)品相比，可省掉1套高密度懸浮液系統(tǒng)，大大簡(jiǎn)化了工藝流程，投資和廠房面積均可降低15%以上。

(2)存在的問題：一是二段旋流器分選密度只能在停產(chǎn)時(shí)通過更換底流口調(diào)節(jié)，且不能無極調(diào)節(jié)，難以保證中煤產(chǎn)品質(zhì)量；二是旋流器材質(zhì)為耐磨鑄鐵，耐磨性能差，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)40 d后分選效果不佳，材質(zhì)不過關(guān)；三是三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器第一段懸浮液密度的檢測(cè)仍采用原有的BB-60型水柱平衡密度計(jì)，亟需解決密度檢測(cè)和控制方法，以達(dá)到簡(jiǎn)便、迅速、準(zhǔn)確可行[7]；四是煤和懸浮液在定壓箱混合后進(jìn)入旋流器分選，定壓箱液位的穩(wěn)定性對(duì)保持良好穩(wěn)定的生產(chǎn)狀態(tài)影響較大。

1.2 首臺(tái)無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器選煤廠工業(yè)性試驗(yàn)

1991年8月28日，雞西市滴道煤礦選煤廠與唐山院合作的NWSX710/500新型無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器工業(yè)性試驗(yàn)項(xiàng)目投入生產(chǎn)，投產(chǎn)后3個(gè)月創(chuàng)利潤(rùn)127萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著[8]。

滴道煤礦選煤廠設(shè)計(jì)處理能力為0.3 Mt/a，入選原煤可選性差(難選或極難選煤)，矸石含量高(平均在40%以上)且煤質(zhì)差異很大。要求精煤灰分小于11.5%，基建投資必須控制在500萬元以下。根據(jù)以上條件，該廠采用NWSX-710/500新型無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器為主選設(shè)備的單密度重介選工藝流程，NWSX-710/500新型無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器是第1臺(tái)用于工業(yè)性試驗(yàn)的無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器，如圖2所示。

圖2 NWSX-710/500新型三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器

工業(yè)性試驗(yàn)結(jié)果表明，NWSX旋流器用小于0.05 mm粒級(jí)占比僅約66%的較粗加重質(zhì)的情況下，分選50～0.5 mm難選和極難選原煤，Ep1≤0.030，Ep2≤0.004 3，其中3～0.5 mm級(jí)：Ep1=0.049，Ep2=0.051。其技術(shù)特點(diǎn)和存在的問題如下所述。

(1)技術(shù)特點(diǎn)：一是與Φ500/350 mm三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器相比，再次驗(yàn)證了三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器工藝流程簡(jiǎn)單、投資省的特點(diǎn)；二是與Φ500/350 mm三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器相比，NWSX旋流器即便是在加重質(zhì)較粗的情況下，一段分選效果較好，二段分選效果明顯更優(yōu)；三是創(chuàng)造性提出將二段旋流器底流出口開設(shè)在切線方向，并設(shè)有二段旋流器底流出口反壓力調(diào)節(jié)器，通過調(diào)節(jié)其底流出口的反壓力，實(shí)現(xiàn)了三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器二段分選密度的在線控制，并在試驗(yàn)中得到驗(yàn)證，解決了傳統(tǒng)三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器對(duì)二段分選密度無法在線控制的難題；四是創(chuàng)造性地實(shí)現(xiàn)了原煤靠重力從一段旋流器中心給入，將煤與懸浮液分開，減少了次生煤泥量，降低了精煤損失；五是一段旋流器對(duì)加重質(zhì)具有分級(jí)和濃縮作用，創(chuàng)新提出利用精煤段合格介質(zhì)對(duì)粗精煤泥進(jìn)行單獨(dú)精選，不但保證了選后精煤泥質(zhì)量，而且不必使用專門加工的極細(xì)粒度磁鐵礦，為粗煤泥分選提供了新的思路[9]。

(2)存在的問題：一是當(dāng)時(shí)沒有找到對(duì)全部小于0.5 mm煤泥的合理采樣方法，無法得出小于0.5 mm煤泥的具體分選指標(biāo)，如Ep值等；二是二段旋流器可在線調(diào)節(jié)，方便、可行，但是兩段分選密度差小，一般小于0.4 kg/L，最大不超過0.6 kg/L，入選原煤適應(yīng)性受到一定程度制約；三是入料粒度上限雖然提高到50 mm，但受限于原煤分級(jí)篩篩下物超限或原煤破碎設(shè)備出料超限，一、二段連接管容易堵塞。

NWSX-710/500新型三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器工業(yè)性試驗(yàn)憑借其先進(jìn)的分選指標(biāo)、簡(jiǎn)單可靠的工藝流程、方便靈活的操作、投資省、電耗低等優(yōu)勢(shì)迅速得到全國(guó)各地選煤企業(yè)的認(rèn)可，為無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器選煤工藝及裝備的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，但因兩段分選密度差較小，使得該項(xiàng)新技術(shù)的推廣應(yīng)用受到一定限制。

1994年初，NWSX-710/500新型三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器遇到了新問題，因中煤發(fā)熱量高，需提高二段旋流器分選密度，而需要的密度已超過原調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)范圍，于是研發(fā)小組很快開發(fā)出Ⅱ型二段分選密度在線可調(diào)式的三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器[10]，如圖3所示。

圖3 NWSX-710/500Ⅱ型三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器

2 20世紀(jì)末至21世紀(jì)初無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器技術(shù)裝備的進(jìn)一步發(fā)展和完善

2.1 老屋基選煤廠首次試驗(yàn)3NWX1200/850型無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器

隨著機(jī)械化采煤的普遍應(yīng)用，入選原煤煤質(zhì)開始變差，貴州盤江精煤股份有限公司的老屋基煤礦尤其如此。主要表現(xiàn)在入選原煤中夾矸煤及中間物比例增大，雖然更換了主選跳汰機(jī)和浮選機(jī)等主要設(shè)備，但仍無法得到理想的分選效果，曾一度制約了老屋基選煤廠的正常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)。于是，老屋基選煤廠與唐山院聯(lián)合進(jìn)行了國(guó)家“九五”科技攻關(guān)課題，即“大型、高效全重介選煤簡(jiǎn)化流程新工藝及設(shè)備”的工業(yè)性試驗(yàn)。其核心分選設(shè)備是3NWX1200/850型大型無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器。整個(gè)系統(tǒng)于1999年4月投入正常生產(chǎn)。該項(xiàng)目于2001年1月在北京通過了相關(guān)單位組織的整體驗(yàn)收，并決定將該技術(shù)作為國(guó)家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程項(xiàng)目《優(yōu)質(zhì)高效選煤示范工程》的核心技術(shù)[11]。其技術(shù)特點(diǎn)和存在的問題如下所述。

(1)技術(shù)特點(diǎn)：一是設(shè)備大型化，單系統(tǒng)原煤處理能力達(dá)到1.20 Mt/a，仍保持工藝流程簡(jiǎn)化、投資省、分選精度高、操作方便的特點(diǎn)；二是因設(shè)備大型化，入料粒度上限達(dá)85 mm，分選下限延伸至0.3 mm，入料上限的提高在一定程度上解決了一、二段連接管的堵塞問題；三是試驗(yàn)了煤泥重介分選工藝，其工藝路線為精煤脫介弧形篩下懸浮液部分泵入小直徑煤泥重介質(zhì)旋流器，對(duì)粗精煤泥單獨(dú)分選，既保證了精煤泥質(zhì)量，還不用專門加工極細(xì)粒度磁鐵礦粉；四是密度調(diào)節(jié)第一次實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，生產(chǎn)過程的懸浮液密度、磁性物含量可實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，只要設(shè)定好各種參數(shù)，系統(tǒng)就可置于自動(dòng)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)無人運(yùn)行。

(2)存在的問題：一是入料彎頭不耐磨，所粘貼瓷塊容易掉，二段使用周期短(僅3個(gè)月)[12]；二是配套設(shè)備中脫介弧形篩、脫介篩、磁選機(jī)故障率較高，離心機(jī)、渣漿泵易損件壽命較低等。

2.2 老屋基選煤廠首次試驗(yàn)3GDMC1400/1000A型無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器

3NWX1200/850型無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器工藝及裝備應(yīng)用成功后，因入選能力不能滿足要求，2003年4月該廠進(jìn)行技術(shù)升級(jí)，2004年5月，3GDMC1400/1000A型無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器作為核心分選設(shè)備，單系統(tǒng)處理能力達(dá)2.0 Mt/a，首次在老屋基選煤廠成功應(yīng)用[13]。其技術(shù)特點(diǎn)和存在的問題如下所述。

(1)技術(shù)特點(diǎn)：一是主選設(shè)備單機(jī)處理能力大，平均原煤處理量可達(dá)512 t/h，入料上限為100 mm，基本杜絕了卡堵事故，生產(chǎn)連續(xù)性更好；二是分選精度更優(yōu)，入選原料煤灰分為34.22%，分選密度1.43 kg/L，δ±0.1含量為38.26%，屬難選煤，精煤灰分為9.54%，產(chǎn)率為56.65%，重介質(zhì)旋流器的一段Ep1=0.025 kg/L，二段Ep2=0.063 kg/L，數(shù)量效率為99.83%。

(2)存在的問題：一是雖然設(shè)備大型化使得處理能力成倍增加，但出現(xiàn)了“精煤帶矸”問題，研究發(fā)現(xiàn)，原煤在充分潤(rùn)濕的條件下，可有效解決該問題，但潤(rùn)濕環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)不甚理想；二是因用MMD破碎機(jī)替代原煤分級(jí)、手選作業(yè)，原煤中的雜物(特別是炮線、輸送帶刮擦后的殘邊、編織袋之類)容易堵塞旋流器出料口、管道等，影響了正常生產(chǎn)，甚至有時(shí)生產(chǎn)被迫中斷。

老屋基選煤廠技改項(xiàng)目的成功實(shí)施，為無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器選煤工藝及裝備的發(fā)展發(fā)揮了重要作用。

2.3 神華蒙西棋盤井選煤廠首次試驗(yàn)3GDMC1500/1100A型無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器

2007年10月，3GDMC1500/1100A型重介質(zhì)旋流器作為核心分選設(shè)備，單系統(tǒng)處理能力達(dá)3.0 Mt/a[14]，首次在神華蒙西棋盤井選煤廠成功應(yīng)用。河北省唐山市科學(xué)技術(shù)局于2009年7月11-12日邀請(qǐng)以中國(guó)工程院院士陳清如教授為主任委員的專家組進(jìn)行了技術(shù)鑒定，與會(huì)專家一致認(rèn)為該項(xiàng)目進(jìn)一步發(fā)展和完善了我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器選煤技術(shù)，是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)外規(guī)格和單機(jī)處理能力最大、分選精度高的選煤設(shè)備，達(dá)到了預(yù)期研制目標(biāo)，總體技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，具有良好的示范和推廣應(yīng)用價(jià)值。

神華蒙西棋盤井選煤廠原設(shè)計(jì)采用無壓兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器排矸、有壓兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器精選工藝。此次技改，采用3GDMC1500/1100A型無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器(如圖4所示)分選工藝及裝備，分選灰分高(>40%)、含矸量大(>35%)，但原生煤泥含量中等(14%～18%)的原煤。要求精煤灰分為10.01%～10.50%時(shí)，±0.1 kg/L含量>45%(扣除矸石后)，入選原煤屬極難選煤。即便如此，技改后仍取得很好的效果，在單機(jī)處理能力588～606 t/h的情況下，精煤灰分達(dá)到10.01%～10.50%要求，中煤灰分<28.00%，矸石灰分>71%，分選精度一段可能偏差Ep1值為0.22 kg/L、二段可能偏差Ep2值為0.24 kg/L，主要優(yōu)點(diǎn)如下所述。

圖4 3GDMC1500/1100A型無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器

(1)主選設(shè)備單機(jī)處理能力大，平均原煤處理量可達(dá)568 t/h，入料上限為110 mm，單系統(tǒng)原煤處理能力可達(dá)3.0 Mt/a。

(2)研發(fā)出跌落式原料煤選前潤(rùn)濕裝置，并采取措施提高了入選原煤選前初始切線速度，最大限度減少了矸石帶煤，提高了一段分選精度。

(3)二段旋流器由水平安裝調(diào)整為傾斜安裝，提高了矸石等重產(chǎn)物排出速度，減少了對(duì)錐體的磨損，延長(zhǎng)了二段旋流器的使用壽命。

(4)采用新型非放射性差壓式密度計(jì)取代同位素密度計(jì)，符合環(huán)保要求，節(jié)省了投資。

2.4 這一時(shí)期無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器推廣應(yīng)用的意義

國(guó)家“九五”科技攻關(guān)課題——“大型、高效全重介選煤簡(jiǎn)化流程新工藝及設(shè)備”以及3GDMC1400/1000A型無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器應(yīng)用的成功，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，加快了老屋基選煤廠工藝技術(shù)和裝備的升級(jí)換代。先后已有英國(guó)、法國(guó)、日本、韓國(guó)、澳大利亞、西班牙等國(guó)的專家以及國(guó)內(nèi)100余家礦務(wù)局、選煤企業(yè)、選煤設(shè)備公司和相關(guān)設(shè)計(jì)單位到老屋基選煤廠考察。同時(shí)，神華蒙西棋盤井選煤廠3GDMC1500/1100A型無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器工藝及裝備工業(yè)化應(yīng)用試驗(yàn)也取得成功，標(biāo)志著我國(guó)正式擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的單系統(tǒng)原煤處理能力達(dá)到3.0 Mt/a的簡(jiǎn)化、高效、操作便捷、投資省的煉焦煤分選系統(tǒng)，這2個(gè)標(biāo)志性項(xiàng)目，促進(jìn)了我國(guó)甚至世界選煤技術(shù)的迅猛發(fā)展。同時(shí)，也標(biāo)志著無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器選煤工藝及裝備取得重大突破。

3 近年來無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器技術(shù)裝備取得的重大突破

3.1 貴州盤縣仲恒選煤廠首次試驗(yàn)S-3GHMC440/260超級(jí)旋流器

貴州盤縣仲恒選煤廠原設(shè)計(jì)處理能力1.5 Mt/a。隨著機(jī)械化采煤的開展，入選原煤煤質(zhì)開始變差，有時(shí)原料煤灰分高達(dá)52.39%，含矸量60%，幾乎全部為難選或極難選煤。2016年底該選煤廠對(duì)主要分選設(shè)備進(jìn)行了更換，采用S-3GHMC440/260超級(jí)旋流器取代了3GHMC1200/850型三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器[15]，解決了工藝環(huán)節(jié)的瓶頸制約，提升了煤炭入選能力。

3.1.1 應(yīng)用效果

(1)處理能力。仲恒選煤廠S-3GHMC440/260型超級(jí)旋流器實(shí)測(cè)處理能力為408 t/h，表征重介質(zhì)旋流器處理能力的k值為332，是國(guó)內(nèi)外知名品牌重介旋流器平均k值的1.66倍，是3GHMC型平均k值的1.48倍。國(guó)內(nèi)外知名品牌重介質(zhì)旋流器的k值見表1。

表1 國(guó)內(nèi)外三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的k值

(2)分選效果。各粒級(jí)分選效果見表2。

表2 各粒級(jí)分選效果

(3)分選精度。我國(guó)《煤用重選設(shè)備工藝性能評(píng)定方法》(GB/T 15715-2014)規(guī)定，用可能偏差、數(shù)量效率來評(píng)價(jià)選煤設(shè)備的分選精度。S-3GHMC440/260型超級(jí)旋流器可能偏差Ep值和數(shù)量效率見表3。

表3 可能偏差和數(shù)量效率

(4)工藝性能。我國(guó)《選煤用重介質(zhì)旋流器工藝性能試驗(yàn)方法及判定規(guī)則》(GB/T 30354-2018)規(guī)定，用精煤帶矸石量、中煤帶精煤量、中煤帶矸石量、矸石帶煤量4項(xiàng)指標(biāo)來判定重介質(zhì)旋流器工藝性能。S-3GHMC440/260型超級(jí)旋流器4項(xiàng)工藝指標(biāo)具體為：精煤灰分9.33%，精煤帶矸量為0，中煤中帶精煤量4.35%，中煤帶矸量4.68%，矸石帶煤量0.79%。

(5)分選下限。我國(guó)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《煤用重選設(shè)備分選下限評(píng)定方法(Ⅰ)》(MT/T 811-1999)規(guī)定對(duì)以重介或重液為介質(zhì)的分選機(jī)，<0.50 mm某一粒級(jí)的可能偏差Ep值≤0.10 kg/L，按最小粒級(jí)的粒度下限作為該設(shè)備的分選下限。S-3GHMC440/260型超級(jí)旋流器進(jìn)行分選時(shí)，精煤灰分可達(dá)9.33%，0.50～0.25 mm粒級(jí)可能偏差Ep值≤0.063 kg/L，其分選下限可以小于等于0.25 mm。。

3.1.2 技術(shù)特點(diǎn)

(1)原煤重介質(zhì)旋流器一段直徑從Φ1 200 mm降至Φ1 000 mm，原煤處理能力從284 t/h提升到408 t/h，旋流器噸煤電耗從技改前的1.09 kWh降至0.93 kWh，節(jié)能17.2%。

(2)在保證一段旋流器高效分選的前提下，二段旋流器也可高效分選。從高含矸、灰分為56.98%的劣質(zhì)煤中選出灰分為9.33%、產(chǎn)率達(dá)26.67%的優(yōu)質(zhì)煉焦精煤，中煤帶矸石量4.68%，中煤灰分為32.92%；矸石中不混雜小于1.80 kg/L密度級(jí)的煤炭，灰分高達(dá)83.29%，數(shù)量效率達(dá)到98.78%。

(3)分選下限為0.25 mm，和3GHMC系列相當(dāng)。

(4)一、二段旋流器連接管，斷面經(jīng)過優(yōu)化尺寸增大，排矸能力得到提高，可從根本上杜絕超限物料通過時(shí)發(fā)生的堵塞事故。進(jìn)一步保證了精煤產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)的連續(xù)性。

3.2 國(guó)家能源集團(tuán)煤焦化公司蒙西棋盤井選煤廠首次試驗(yàn)S-3GHMC1300/1070/780型超級(jí)旋流器

2022年，國(guó)家能源集團(tuán)煤焦化公司蒙西棋盤井選煤廠(原“神華蒙西棋盤井選煤廠”以下簡(jiǎn)稱“棋盤井選煤廠”)設(shè)計(jì)采用1臺(tái)S-3GHMC1300/1070/780型超級(jí)旋流器取代2臺(tái)3GHMC1500/1100A型三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器，1臺(tái)S-FHMC850型超級(jí)煤泥重介質(zhì)旋流器替代2臺(tái)SDMC500型煤泥重介質(zhì)旋流器，1臺(tái)GTFMC90-4型超級(jí)機(jī)械攪拌式浮選機(jī)和1臺(tái)GTFMC75-4型精選浮選機(jī)替代6臺(tái)K-FV50NS型浮選機(jī)，7臺(tái)S-DBB3661型超級(jí)脫介篩替代8臺(tái)SLO3673型、2臺(tái)SLO4273型香蕉篩，單系統(tǒng)處理能力達(dá)6.0 Mt/a，該項(xiàng)目于2022年10月開工建設(shè)。2023年7月，重介系統(tǒng)投產(chǎn)，原煤平均帶煤量達(dá)到1 100 t/h，生產(chǎn)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。其設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)如下：原煤入選量≥1 150 t/h；生產(chǎn)電耗較技改前降低17%，達(dá)到二級(jí)能耗水平；噸入選原煤的介質(zhì)耗量<0.8 kg/t；數(shù)量效率95%，重介中煤帶精率≤4%(精煤灰分10.5%，分選密度1.4 kg/L)，重介矸石帶煤率≤1%(分選密度1.8 kg/L)。

至此，為滿足大型、特大型選煤生產(chǎn)系統(tǒng)亟需的具有超大處理能力、超強(qiáng)排矸能力以及高效節(jié)能的S-3GHMC列超級(jí)重介質(zhì)旋流器開始工業(yè)應(yīng)用，建設(shè)單系統(tǒng)處理能力達(dá)6.0 Mt/a的高效、簡(jiǎn)化、節(jié)能的重介質(zhì)選煤廠有了重大突破。

4 三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器技術(shù)工藝及其裝備發(fā)展展望

20年來，我國(guó)選煤界同仁秉承“唯一不變就是變”的創(chuàng)新變革理念，敢闖敢試勇于挑戰(zhàn)，抓住國(guó)家快速發(fā)展的機(jī)遇，在創(chuàng)新道路上不斷取得讓國(guó)內(nèi)外選煤業(yè)矚目的選煤新工藝、新設(shè)備成果。我國(guó)選煤業(yè)發(fā)展到今天，方向、線路已經(jīng)基本明確，三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器技術(shù)工藝及其裝備的未來如何進(jìn)一步發(fā)展，筆者進(jìn)行了如下新的思考。

4.1 工藝方面

4.1.1 應(yīng)持續(xù)研究原煤及煤泥重介質(zhì)旋流器工藝參數(shù)對(duì)分選過程的影響

原煤重介質(zhì)旋流器以及煤泥重介質(zhì)旋流器的工藝參數(shù)包括入介壓力、懸浮液循環(huán)量、磁鐵礦粉粒度及品位、磁鐵礦粉磁性物含量、懸浮液中煤泥粒度及煤泥含量(包含原煤帶入的煤泥、合格介質(zhì)混雜的煤泥)、懸浮液中煤泥質(zhì)量等。

(1)入介壓力、懸浮液循環(huán)量。目前原煤合格介質(zhì)泵有2種配置：一是轉(zhuǎn)速固定(泵正常工況下，不考慮膠帶傳動(dòng)方式下膠帶失速的可能)，即入介壓力、懸浮液循環(huán)量固定不變；二是轉(zhuǎn)速可調(diào)(配變頻器或調(diào)速裝置)，即便這樣，也是現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)煤質(zhì)“試”“差不多”就行。實(shí)際應(yīng)用中的以上表現(xiàn)，都無法準(zhǔn)確表征入介壓力、懸浮液循環(huán)量對(duì)分選指標(biāo)的影響，不利于未來該工藝的發(fā)展。

(2)磁鐵礦粉粒度及品位、磁鐵礦粉磁性物含量?！睹禾肯催x設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50359-2016)規(guī)定，磁性物含量不應(yīng)小于95%，密度不宜小于4.5 t/m3。磁鐵礦粉的粒度應(yīng)符合下列規(guī)定：用于斜(立)輪、刮板重介質(zhì)分選機(jī)分選塊煤的磁鐵礦粉粒度，小于0.074 mm的含量應(yīng)占90%以上；用于重介質(zhì)旋流器分選的磁鐵礦粉粒度，小于0.045 mm的含量應(yīng)占85%以上。該規(guī)定在具體應(yīng)用中存在以下問題：既然要求磁鐵礦粉做加重質(zhì)，僅要求密度不宜小于4.5 t/m3還不夠嚴(yán)謹(jǐn)，在實(shí)際執(zhí)行過程中，已有部分選煤廠用磁鐵礦品位來控制磁鐵礦粉質(zhì)量；磁鐵礦粉的粒度組成對(duì)不同粒級(jí)煤炭分選過程的影響，目前只能現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)煤質(zhì)“試”；規(guī)定范圍之外的粒度組成，雖有利于介質(zhì)回收利用，但其對(duì)分選指標(biāo)的影響，目前還只能靠經(jīng)驗(yàn)判斷。

(3)懸浮液中煤泥粒度及煤泥含量。懸浮液中一定的煤泥含量能夠降低懸浮液粘度，保證懸浮液穩(wěn)定，但是煤泥含量最合理的范圍，目前只能靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷。至于煤泥粒度對(duì)分選過程的影響，還不確定。

(4)懸浮液中煤泥質(zhì)量。懸浮液中高灰煤泥對(duì)分選指標(biāo)的影響，尤其是分選“劣質(zhì)原煤”時(shí)，原煤帶入的煤泥和合格介質(zhì)混雜的煤泥。例如國(guó)華科技公司開發(fā)的“反分流”技術(shù)，能夠有效控制懸浮液的煤泥含量，同時(shí)可改善懸浮液煤泥質(zhì)量和分選指標(biāo)，但沒有相應(yīng)的理論作支撐。亟需探究三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器、煤泥重介質(zhì)旋流器工藝參數(shù)對(duì)分選過程的影響機(jī)理，建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型。

4.1.2 應(yīng)持續(xù)研究磁選工藝參數(shù)對(duì)磁選作業(yè)工藝效果的影響

目前，采用不脫泥無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選工藝及裝備的選煤廠，噸煤介耗已降到0.3～0.4 kg，而大多數(shù)選煤廠為1.0 kg左右，部分選煤廠1.0～2.0 kg，還有少數(shù)選煤廠噸煤介耗超過2.0 kg。雖然購(gòu)入磁鐵礦粉有一定的影響，但作為選煤工作者，更應(yīng)關(guān)注磁選機(jī)入料濃度、入料加重質(zhì)的百分含量、入料加重質(zhì)的粒度組成等理論研究，從而更好地量化各個(gè)參數(shù)聯(lián)合對(duì)磁性物回收率和煤泥脫除率的影響。

4.1.3 應(yīng)重視中煤磁選尾礦的分選工藝

煉焦煤選煤廠普遍推廣無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器選煤工藝，其中精煤磁選尾礦處理方法日趨成熟，但中煤磁選尾礦受關(guān)注度較小。近年來，部分選煤科技人員已進(jìn)行相關(guān)研究，如：張玉磊等[16]以開灤集團(tuán)范各莊選煤廠中煤磁選尾礦為研究對(duì)象，利用國(guó)華科技公司超級(jí)煤泥重介質(zhì)旋流器試驗(yàn)平臺(tái)，研究其特性，并提出分級(jí)分選工藝。張景等[17]介紹了冀中能源峰峰集團(tuán)馬頭選煤廠利用TBS分選中煤磁選尾礦，取得一定的效果。李鳳濤等[18]以兩淮地區(qū)某中央選煤廠中煤磁選尾礦為研究對(duì)象，提出中煤磁選尾礦煤泥浮選回收工藝。目前內(nèi)蒙古有部分小型選煤廠，將中煤磁選尾礦截粗后直接浮選，取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)對(duì)中煤、矸石磁選尾礦引起重視，并作進(jìn)一步研究，完善無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器選煤工藝。

4.2 裝備方面

4.2.1 要降低分選下限，提高分選精度

我國(guó)選煤科技工作者對(duì)原煤三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器、煤泥重介質(zhì)旋流器進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究，也取得很多成果。雖然目前旋流器的分選精度、數(shù)量效率較高，但與2007年試驗(yàn)成功的3GDMC1500/1100A型無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器、SDMC400煤泥重介質(zhì)旋流器相差不多，只是“量”的變化，沒有“質(zhì)”的變化。建議選煤科技人員，在理論研究的同時(shí)，注重理論和實(shí)踐的結(jié)合。

4.2.2 要進(jìn)一步提高檢測(cè)設(shè)備的精度及可靠性

重介選煤過程中，當(dāng)磁性加重質(zhì)的特性穩(wěn)定時(shí)，隨著煤泥含量的增大，其粘度也隨之增大，懸浮液的流變粘度主要取決于煤泥含量與特性。通過測(cè)量懸浮液密度和磁性物含量，可推算出懸浮液煤泥含量。因此，密度計(jì)、磁性物含量測(cè)量?jī)x非常關(guān)鍵，其測(cè)量精度和測(cè)量的穩(wěn)定性直接影響懸浮液煤泥含量的測(cè)定，要求密度計(jì)測(cè)量精度達(dá)到±0.005 kg/L。磁性物含量測(cè)量?jī)x要求測(cè)量精度1%，測(cè)量顯示精度1 g/L。

目前在用的密度計(jì)以差壓式密度計(jì)為主，放射性同位素密度計(jì)被棄用。差壓式密度計(jì)測(cè)量精度可以滿足要求，但是密度“零點(diǎn)”會(huì)漂移，密度測(cè)量不穩(wěn)定，進(jìn)而導(dǎo)致精煤灰分不穩(wěn)定。生產(chǎn)時(shí)有的選煤廠會(huì)要求每天校準(zhǔn)密度，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。所以建議加強(qiáng)密度計(jì)的研究。

智能化條件下，磁性物含量測(cè)量?jī)x被應(yīng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)控加重質(zhì)的損失路徑，而重介稀懸浮液的磁性物含量很低，一般小于1 g/L，目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用常規(guī)磁性物含量測(cè)量?jī)x測(cè)量磁選尾礦，幾乎沒有數(shù)據(jù)，效果不理想。建議加強(qiáng)磁性物含量測(cè)量?jī)x的研究。

4.2.3 要進(jìn)一步提高旋流器的使用壽命

原煤中矸石的粒度、含量以及夾雜的硬質(zhì)雜物，在離心力的作用下，隨著懸浮液以一定的速度和角度對(duì)旋流器內(nèi)壁進(jìn)行沖擊，在入料彎頭、二段錐體導(dǎo)向筒和錐體處不斷撞擊、高速摩擦，導(dǎo)致旋流器這些部位極易破損，甚至被迫停產(chǎn)檢修，進(jìn)而影響正常生產(chǎn)，同時(shí)造成資源浪費(fèi)。尤其是裝備大型化，原煤處理量成倍增加的超級(jí)無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器，因此，在設(shè)備開發(fā)時(shí)，就應(yīng)考慮這些問題。棋盤井選煤廠自2023年7月帶煤調(diào)試至2024年1月9日，入選原煤約240萬t，運(yùn)行良好。建議加大新技術(shù)和新材料的研發(fā)力度，切實(shí)提高旋流器的使用壽命。

5 結(jié)語

筆者總結(jié)了無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的發(fā)展歷程，詳細(xì)介紹了各個(gè)時(shí)期具有代表性的三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的型號(hào)及其特點(diǎn)，并對(duì)無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器工藝和裝備的發(fā)展進(jìn)行了展望。

經(jīng)過近40年的發(fā)展，依靠創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，重介質(zhì)選煤技術(shù)裝備取得了豐碩的創(chuàng)新成果，無壓給料三產(chǎn)品選煤工藝及裝備在國(guó)內(nèi)迅速推廣。同時(shí)，無壓給料三產(chǎn)品選煤工藝及裝備還走出國(guó)門，得到美國(guó)、土耳其、蒙古、哈薩克斯坦、印度、印度尼西亞等國(guó)選煤界的認(rèn)可。但創(chuàng)新發(fā)展無止境，仍需要繼續(xù)優(yōu)化和發(fā)展無壓給料三產(chǎn)品技術(shù)工藝及裝備，使其更加完善，從而為選煤產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供堅(jiān)強(qiáng)技術(shù)支撐。