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[摘要]开滦集团唐山矿业分公司选煤厂为了适应生产需求，淘汰了原有的跳汰选煤工艺，采用了三产品重介旋流器选煤工艺，使选煤厂的生产能力大幅提升，洗选效率明显改善，工艺流程大大简化。近年来，由于煤质的变化，导致三产品旋流器分选困难，选煤厂经过二次改造，使旋流器适应了目前的煤质，保证了分选效率。
[关键词]三产品重介质旋流器 堵塞 改造
中图分类号:TD92 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)07-0064-01
1 概述
开滦集团唐山矿业分公司选煤厂是一座矿井型炼焦煤选煤厂，始建于1959 年，生产工艺为跳汰- 浮选工艺，初始设计处理能力为1.8Mt/a，随着矿井产量的增加、原煤煤质、经济形势和煤炭市场的变化，跳汰- 浮选工艺处理能力小、设备老化、精煤损失多等许多问题和不足，严重制约了选煤厂的发展。2006 年，选煤厂进行了重介工艺改造，生产工艺由原来的跳汰- 浮选工艺变为重介- 浮选工艺，采用以三产品重介旋流器为代表的不分级、不脱泥分选工艺，改造后设计能力达到3.0Mt/a。
2 三产品重介质旋流器的工作原理
旋流器是利用阿基米德原理，使颗粒在离心力场中产生离心沉降而进行分选。三产品重介旋流器是由由一台圆筒旋流器和一台圆筒圆锥旋流器串联而成，其工作原理是：合格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，轻物料（精煤）随着中心内螺旋流由位于中心底部的溢流管排出；重物料（矸石和中煤混合物料）向旋流器壁移動，在外螺旋流的作用下由底流口排出，进入第二段旋流器；进入第二段旋流器的是经过浓缩的重介质浓度较浓和粒度较粗的悬浮液，这就为一段重物料去二段分选创造了高密度分选的条件，进入二段旋流器的物料其分选过程与一段旋流器相同。
3 三产品重介旋流器在唐山矿的使用效果
唐山矿选煤厂两台3GDMC1300/920A三产品重介质旋流器投入运行后，使选煤厂生产能力大幅提升，年入洗原煤由2.7Mt提升至3.0Mt，2010年以来逐步达到了4.0 Mt；同时，原煤分选效率也进一步提高，精煤损失量少，排矸能力强，彻底解决了跳汰分选时中煤、矸石带煤高的问题，而且产品结构灵活、质量稳定。另外，以3GDMC1300/920A型无压给料三产品重介质旋流器为代表的不分级不脱泥的分选工艺，采用一套悬浮液循环系统一次分选出精、中、矸三种产品，大大简化了生产流程，而且设备本身构造简单，操作容易，无运转部件，又不消耗动力。
4 使用中出现的问题
4.1 三产品重介旋流器一、二段连接管频繁堵塞
唐山矿选煤厂的三产品重介旋流器一段由直径1300mm的圆柱和二段直径为900mm的圆锥组合而成，一、二段连接管为200×200mm的空心四方柱。自投产以来，由于该矿毛煤中杂物较多，而原有的跳汰工艺对原煤筛分、破碎、除杂等环节要求不严格，导致时常有大块物料、铁丝、电缆、井下锚杆等进入三产品旋流器，堵塞旋流器一、二段连接管，导致原煤无法分选，全部从一段溢流口排除，造成精煤严重污染的事故。由于旋流器一、二段连接管全封闭，堵塞后无法及时处理，严重影响选煤厂的正常生产。
4.2 煤质恶化后二段旋流器分选效果差
近年来，原煤煤质逐渐恶化，原煤中中煤和矸石的含量不断增加，2006年中煤与矸石产率合计42%，2011年，中煤与矸石的产率已达到53%左右，相比设计之初，二段旋流器入料量增加了10%左右。直径为920mm的二段旋流器，在这种煤质情况下，处理能力明显不足，中煤和矸石分选困难，中煤中明显有带矸石现象，情况严重时，二段旋流器底流口堵塞，导致矸石全部进入中煤，造成中煤污染，严重影响产品质量；选煤厂的小时处理量也受到很大限制，而减量运转，则延长了生产时间，降低了生产效率，增加了电力消耗，使生产成本大幅增加。
5 解决方案
5.1 完善原煤准备工艺
三产品重介旋流器分选工艺相对于跳汰分选工艺来说，对原煤准备工艺要求比较严格，尤其原煤粒度控制及除杂工序。唐山矿选煤厂的原煤准备工艺使用80mm分级筛对原煤进行预先筛分，筛上物进入选碎机破碎至80mm以下，与分级筛筛下物进入重介分选系统。在筛上物进入选碎机之前，有一道手选环节，拣出其中的劈柴、铁器等杂物。经现场观察，原煤系统的分级筛筛帮较低，原煤在给入分级筛时，时常有大块物料蹦出筛帮，掉入筛下物运输机，进入洗选系统，另外分级筛、选碎机的筛板时常出现破损，也会导致超限物料进入洗选系统，而且手选环节也容易因工作效率问题出现杂物混入现象，最重要的是系统中还缺乏除铁环节。针对这些问题，从2008年开始，选煤厂对原煤准备工艺进行完善治理，加高了分级筛的筛帮，封堵了一切可能蹦出大块物料的渠道，加强了分级筛和选碎机筛板的管理，加强了手选除杂环节的管理，同时在原煤进入旋流器分选之前增加了除铁器，减少了铁器混入。另外，选煤厂通过对原煤粒度的分析与计算，在原有的筛上物运输与选碎机处理能力可以承受的情况下，将原煤分级筛筛孔尺寸由80mm降至70mm，并对选碎机的筛板孔径进行了相应调整，适当降低了分选粒度上限。另外针对旋流器一、二段连接管全封闭，堵塞后无法及时处理的问题，选煤厂与旋流器生产商家结合，给旋流器一、二段连接管增加了易拆卸的观察孔，方便堵塞时及时处理。
5.2 改造三产品重介旋流器二段
重介质旋流器是一个封闭的、相对容积很小的分选容器。对于两产品旋流器，有一个入口两个出口，其进入和排出的瞬间体积流量相等。底流口和溢流口排量的分配，在一定的条件下是基本固定的，当入选原煤中高密度物含量增加时，如果底流口的排放能力不足，一部分中等密度的煤颗粒和重介质将被挤向溢流口排出，降低综合分选效率。针对原煤中矸石含量增加导致旋流器二段入料量的增加，引起中煤矸石分选困难的问题，2012年10月，唐山矿选煤厂对目前的煤质情况进行了分析，通过与设计院研究，决定选用1100mm的圆锥形旋流器替换现有的920mm直径的圆锥旋流器，底流口由300mm相应放大到350mm。由于二段旋流器直径扩大，为了保证旋流器有足够的分选压力，选煤厂对介质泵进行了改造，将350ZJA-I-F93型介质泵的叶轮直径由870mm增加至930mm，保证旋流器的入料压力在0.3Mpa左右。
5.3 取得的效果
通过对原煤准备工艺进行完善，旋流器一、二段连接管频繁堵塞的现象大幅下降，偶尔的堵塞，由于有可方便拆卸的观察孔，大大缩短了事故处理时间。旋流器二段的放大改造也比较成功，矸石排量明显增加，底流口堵塞现象基本消失，通过取样分析，中煤带矸石率大幅下降，保证了中煤产品的质量稳定。
6 总结
三产品重介质旋流器在唐山矿选煤厂的应用取得了良好的效果，选煤厂的入洗能力大幅提升，洗选效率明显改善，工艺流程大大简化，取得了良好的技术与经济效益。过程中，由于原煤准备系统不完善，以及后期煤质变差，导致旋流器堵塞现象频发，选煤厂通过加强管理和技术改造，使三产品重介旋流器更加适应唐山矿选煤厂的生产需要。
作者简介
宁建军（1979-），男，陕西陇县人，选煤工程师，现在开滦（集团）唐山矿业公司选煤厂从事生产管理工作。
[关键词]三产品重介质旋流器 堵塞 改造
中图分类号:TD92 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)07-0064-01
1 概述
开滦集团唐山矿业分公司选煤厂是一座矿井型炼焦煤选煤厂，始建于1959 年，生产工艺为跳汰- 浮选工艺，初始设计处理能力为1.8Mt/a，随着矿井产量的增加、原煤煤质、经济形势和煤炭市场的变化，跳汰- 浮选工艺处理能力小、设备老化、精煤损失多等许多问题和不足，严重制约了选煤厂的发展。2006 年，选煤厂进行了重介工艺改造，生产工艺由原来的跳汰- 浮选工艺变为重介- 浮选工艺，采用以三产品重介旋流器为代表的不分级、不脱泥分选工艺，改造后设计能力达到3.0Mt/a。
2 三产品重介质旋流器的工作原理
旋流器是利用阿基米德原理，使颗粒在离心力场中产生离心沉降而进行分选。三产品重介旋流器是由由一台圆筒旋流器和一台圆筒圆锥旋流器串联而成，其工作原理是：合格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，轻物料（精煤）随着中心内螺旋流由位于中心底部的溢流管排出；重物料（矸石和中煤混合物料）向旋流器壁移動，在外螺旋流的作用下由底流口排出，进入第二段旋流器；进入第二段旋流器的是经过浓缩的重介质浓度较浓和粒度较粗的悬浮液，这就为一段重物料去二段分选创造了高密度分选的条件，进入二段旋流器的物料其分选过程与一段旋流器相同。
3 三产品重介旋流器在唐山矿的使用效果
唐山矿选煤厂两台3GDMC1300/920A三产品重介质旋流器投入运行后，使选煤厂生产能力大幅提升，年入洗原煤由2.7Mt提升至3.0Mt，2010年以来逐步达到了4.0 Mt；同时，原煤分选效率也进一步提高，精煤损失量少，排矸能力强，彻底解决了跳汰分选时中煤、矸石带煤高的问题，而且产品结构灵活、质量稳定。另外，以3GDMC1300/920A型无压给料三产品重介质旋流器为代表的不分级不脱泥的分选工艺，采用一套悬浮液循环系统一次分选出精、中、矸三种产品，大大简化了生产流程，而且设备本身构造简单，操作容易，无运转部件，又不消耗动力。
4 使用中出现的问题
4.1 三产品重介旋流器一、二段连接管频繁堵塞
唐山矿选煤厂的三产品重介旋流器一段由直径1300mm的圆柱和二段直径为900mm的圆锥组合而成，一、二段连接管为200×200mm的空心四方柱。自投产以来，由于该矿毛煤中杂物较多，而原有的跳汰工艺对原煤筛分、破碎、除杂等环节要求不严格，导致时常有大块物料、铁丝、电缆、井下锚杆等进入三产品旋流器，堵塞旋流器一、二段连接管，导致原煤无法分选，全部从一段溢流口排除，造成精煤严重污染的事故。由于旋流器一、二段连接管全封闭，堵塞后无法及时处理，严重影响选煤厂的正常生产。
4.2 煤质恶化后二段旋流器分选效果差
近年来，原煤煤质逐渐恶化，原煤中中煤和矸石的含量不断增加，2006年中煤与矸石产率合计42%，2011年，中煤与矸石的产率已达到53%左右，相比设计之初，二段旋流器入料量增加了10%左右。直径为920mm的二段旋流器，在这种煤质情况下，处理能力明显不足，中煤和矸石分选困难，中煤中明显有带矸石现象，情况严重时，二段旋流器底流口堵塞，导致矸石全部进入中煤，造成中煤污染，严重影响产品质量；选煤厂的小时处理量也受到很大限制，而减量运转，则延长了生产时间，降低了生产效率，增加了电力消耗，使生产成本大幅增加。
5 解决方案
5.1 完善原煤准备工艺
三产品重介旋流器分选工艺相对于跳汰分选工艺来说，对原煤准备工艺要求比较严格，尤其原煤粒度控制及除杂工序。唐山矿选煤厂的原煤准备工艺使用80mm分级筛对原煤进行预先筛分，筛上物进入选碎机破碎至80mm以下，与分级筛筛下物进入重介分选系统。在筛上物进入选碎机之前，有一道手选环节，拣出其中的劈柴、铁器等杂物。经现场观察，原煤系统的分级筛筛帮较低，原煤在给入分级筛时，时常有大块物料蹦出筛帮，掉入筛下物运输机，进入洗选系统，另外分级筛、选碎机的筛板时常出现破损，也会导致超限物料进入洗选系统，而且手选环节也容易因工作效率问题出现杂物混入现象，最重要的是系统中还缺乏除铁环节。针对这些问题，从2008年开始，选煤厂对原煤准备工艺进行完善治理，加高了分级筛的筛帮，封堵了一切可能蹦出大块物料的渠道，加强了分级筛和选碎机筛板的管理，加强了手选除杂环节的管理，同时在原煤进入旋流器分选之前增加了除铁器，减少了铁器混入。另外，选煤厂通过对原煤粒度的分析与计算，在原有的筛上物运输与选碎机处理能力可以承受的情况下，将原煤分级筛筛孔尺寸由80mm降至70mm，并对选碎机的筛板孔径进行了相应调整，适当降低了分选粒度上限。另外针对旋流器一、二段连接管全封闭，堵塞后无法及时处理的问题，选煤厂与旋流器生产商家结合，给旋流器一、二段连接管增加了易拆卸的观察孔，方便堵塞时及时处理。
5.2 改造三产品重介旋流器二段
重介质旋流器是一个封闭的、相对容积很小的分选容器。对于两产品旋流器，有一个入口两个出口，其进入和排出的瞬间体积流量相等。底流口和溢流口排量的分配，在一定的条件下是基本固定的，当入选原煤中高密度物含量增加时，如果底流口的排放能力不足，一部分中等密度的煤颗粒和重介质将被挤向溢流口排出，降低综合分选效率。针对原煤中矸石含量增加导致旋流器二段入料量的增加，引起中煤矸石分选困难的问题，2012年10月，唐山矿选煤厂对目前的煤质情况进行了分析，通过与设计院研究，决定选用1100mm的圆锥形旋流器替换现有的920mm直径的圆锥旋流器，底流口由300mm相应放大到350mm。由于二段旋流器直径扩大，为了保证旋流器有足够的分选压力，选煤厂对介质泵进行了改造，将350ZJA-I-F93型介质泵的叶轮直径由870mm增加至930mm，保证旋流器的入料压力在0.3Mpa左右。
5.3 取得的效果
通过对原煤准备工艺进行完善，旋流器一、二段连接管频繁堵塞的现象大幅下降，偶尔的堵塞，由于有可方便拆卸的观察孔，大大缩短了事故处理时间。旋流器二段的放大改造也比较成功，矸石排量明显增加，底流口堵塞现象基本消失，通过取样分析，中煤带矸石率大幅下降，保证了中煤产品的质量稳定。
6 总结
三产品重介质旋流器在唐山矿选煤厂的应用取得了良好的效果，选煤厂的入洗能力大幅提升，洗选效率明显改善，工艺流程大大简化，取得了良好的技术与经济效益。过程中，由于原煤准备系统不完善，以及后期煤质变差，导致旋流器堵塞现象频发，选煤厂通过加强管理和技术改造，使三产品重介旋流器更加适应唐山矿选煤厂的生产需要。
作者简介
宁建军（1979-），男，陕西陇县人，选煤工程师，现在开滦（集团）唐山矿业公司选煤厂从事生产管理工作。