1 田庄选煤厂概况

田庄选煤厂是一座矿区型炼焦煤选煤厂，设计原煤处理能力10.00Mt/a，采取4级分选工艺，重介质—浮选联合流程，分选设备为块煤斜轮、末煤两产品重介质旋流器、粗煤泥分选机(CSS)、机械搅拌式煤泥浮选机。入选原煤被分级为大于20mm、20～1mm、1～0.5mm和小于0.5mm四部分。分级系统由分级筛和粗煤泥分级系统构成，分级筛为双层直线筛，上层筛面筛上物为块原煤(大于20mm)，下层筛面筛上物为末原煤(20～3mm)，筛下煤泥水(小于3mm)进入粗煤泥分级系统继续分级，依次经过4台角锥池、6台φ550mm分级旋流器和6台脱泥筛分级，分离出末原煤(3～1mm)、大部分煤泥水(小于0.5mm)和粗煤泥(1～0.5mm，其中仍含有小于0.5mm煤泥)。6台分级旋流器是粗煤泥分级系统的关键分级设备。虽然粗煤泥分选机(CSS)的最佳分选粒级为1～0.25mm，但使用0.25mm筛缝的脱泥筛无法有效完成脱泥降灰工作。为保证粗精煤灰分合格，脱泥筛的筛缝选择0.5mm，即在工艺流程设计阶段就把CSS入料粒级控制在1～0.5mm，分级旋流器的分级粒度选为0.5mm，以保证CSS入料的预先脱泥效果。因为不同类型的分选设备适合分选不同粒级的原煤，所以分级旋流器分级效果的好坏直接影响到两产品重介质旋流器、粗煤泥分选机和煤泥浮选机的分选效果。本文即着重对分级旋流器的工艺效果进行评价。

2 分级旋流器系统工艺特点

分级旋流器本身没有运动部件，主体部分由圆柱体和圆锥体构成，其他部件为溢流管、入料管和底流口，旋流器内部进行耐磨处理。入料口沿圆柱体切向方向接入，溢流管接在圆柱体端部轴线方向上。旋流器的动力来源于渣浆泵入料，矿浆沿圆柱体切向进入旋流器，在旋流器内旋转，主要产生外旋流和内旋流两种流体状态，粗细颗粒在该流场内因粒度差异而受到不同大小的离心力，粗颗粒向器壁和向下运动，随外旋流沿器壁从底流口排出，细颗粒向旋流器中心和溢流口方向运动，随内旋流从溢流管排出。当旋流器底流口有空气柱时，分级作用显著，没有空气柱时浓缩作用显著。分级旋流器的入料压力一般在0.03～0.3MPa，运行时重力会产生作用，对实际分级效果产生一定的影响。

田庄选煤厂选用6台φ550mm分级旋流器建立了6套粗煤泥分级子系统，设备流程见图1。原煤分级筛筛下水(小于3mm)进入4台角锥池分级，规定粒度0.5mm；角锥池溢流(小于0.5mm)进入浮选系统，角锥池底流经渣浆泵给入6台φ550mm分级旋流器分级，规定粒度也为0.5mm；旋流器溢流(小于0.5mm)同样进入浮选系统，底流进入脱泥筛(筛缝1mm)脱泥。为提高脱泥效果，脱泥筛安装2道喷水，脱泥筛筛上物转载到末煤重介分选系统，筛下水去粗煤泥分选系统。为降低分级旋流器操作难度，保证分级旋流器入料压力稳定、可调节，实现根据实际原煤量变化调整分级旋流器使用台数，使用PLC和变频器设计了入料压力自动调节及拖动控制系统，改善了粗煤泥分级效果，降低了操作难度。

图1  粗煤泥分级系统设备流程示意

3 分级效果分析评价

分级旋流器在分级粒度要求较细时才采用较高的压力，一般情况下生产中均采用低于1个大气压的工作压力。由于设计了压力自动控制系统，可以把入料压力分别设定为0.035MPa，0.04MPa，0.045MPa，0.05MPa，得到4组检测数据，见表1。由表1可知，尽管入料压力仍然保持在0～0.3MPa区间，但是各项指标并没有随入料压力变化而发生规律性的变化，即使对比0.035MPa和0.05MPa二个相差悬殊的压力值下的指标，发现其分级效率分别为22.52%和21.10%，分配粒度为0.056mm和0.04mm，其指标变化也不大，说明分级旋流器的入料压力可以在一定范围内波动，而分级效果不会发生显著变化；而第3组数据的分级效率相对较高，分配粒度和通过粒度最大，说明在4次检测结果中本次分级效果最好，但无法证明是入料压力提高的结果，因为第4项数据的检测结果很差。

表1  不同入料压力下分级旋流器的技术检查结果

注：入料粒度为2.5～0 mm。

对3台不同的分级旋流器进行技术检查，结果列于表2至表4。由表中数据可知，分级旋流器溢流粒度基本均在0.5mm以下，说明分级旋流器“跑粗”问题不严重，也可以定性分析出分级旋流器粗粒物正配效率非常高；溢流中小于0.045mm粒级占本级产率最高，分别为57.75%、43.28%、33.94%，说明分级旋流器实际分级粒度偏细。观察分配曲线(图2)可知，分级旋流器的实际分级粒度在0.045mm左右；除第3条分配曲线外，剩余2条分配曲线斜率很高，表明分级旋流器在规定粒度为0.045mm左右时，设备本身分级精度很高。

表2  第一台分级旋流器入料和产物粒度组成

注：均方差δ=1.13，小于3，数据可用。

表3  第二台分级旋流器入料和产物粒度组成

注：均方差δ=2.82，小于3，数据可用。

表4  第三台分级旋流器入料和产物粒度组成

注：均方差δ=2.23，小于3，数据可用。

图2 旋流器底流粒度分配曲线

在规定粒度为0.5mm条件下，分级旋流器根本无法按此粒度进行分级，分级效率(见表5)分别为27.82%、27.47%和33.18%，其中粗粒物正配效率高，最大值为100%，同样说明没有“跑粗”现象；细粒物正配效率低，最小值为27.82%，说明旋流器底流带泥严重，印证了分级旋流器分级效率不高的事实，也表明了分级旋流器无法单独用于田庄选煤厂粗煤泥分级作业，必须与脱泥筛配合使用才能达到工艺要求。

表5  3台φ550 mm分级旋流器工艺效果

4 浓缩效果分析评定

分级旋流器兼具分级和浓缩功能，通过合理设计结构参数，可以强化其中一种功能，弱化另外一种功能，在入料密度差别比较大时，还具有一定的分选作用。为此田庄选煤厂对分级旋流器的浓缩效果也进行了评定，以间接考察其分级效果。表6为对同一台分级旋流器进行的6次澄清系数计算结果，入料压力控制在0.03～0.05MPa，澄清系数平均值为0.65，底流浓度平均值696.85g/L，浓缩效率49.07%。通过这些数据可知，分级旋流器具有浓缩作用，但浓缩效果不佳。因为典型的浓缩设备(浓缩机)的澄清系数一般为0.95，底流浓度300～500g/L，浓缩效率80%以上。田庄选煤厂分级旋流器除底流浓度外，均未达到上述指标，原因是当固体颗粒越小或其密度越接近于煤浆密度时，它的运动轨迹与液流越相近。极细粒子在水力旋流器中的运动几乎与液体质点相同，使其在底流和溢流之间的分配比例与液体相近，为此可以判断分级旋流器虽然具有一定的浓缩作用，但仍然以分级作用为主。

表6  分级旋流器浓缩系数

5 结语

(1) 在控制入料压力(0.03～0.05MPa)的条件下，φ550mm分级旋流器按照规定粒度0.5mm的分级作用不显著，其实际分离粒度在0.045mm左右。

(2) 虽然分级旋流器无法提高实际分级粒度，但是与角锥池和脱泥筛配合使用，可以有效提高整个粗煤泥系统的分级效果。

(3) 分级旋流器具有一定的浓缩作用，但是其浓缩作用存在极限，即极细颗粒的沉降作用十分微弱，与使用絮凝沉降药剂的浓缩机效果有显著差别。

◎作者简介：赵金况(1980—)，男，河南商水人，2005年毕业于河南理工大学矿物加工工程专业，工学学士，河南平顶山天安煤业股份有限公司田庄选煤厂总工程师，工程师。

◎引用格式：赵金况．田庄选煤厂分级旋流器工艺效果评价［J］．煤炭加工与综合利用，2020(4)：25－27，31．