邢台洗煤厂始建于1973年，从建厂初期的跳汰工艺到2000年改造的全重介入洗工艺再到2010年改扩建为“50～1mm三产品重介质旋流器+1～0.25mm粗煤泥干扰床分选机+0.25～0mm浮选”工艺，分为A、B双系统运行，原煤年入洗能力也由最初的60万t发展到目前的345万t。自2010年完成系统改造以来，系统运行一直很稳定，2014年全年在块精煤灰分小于等于8.5%时中煤带煤(以-1.45g/cm3密度计)A系统均值为2.28%，B系统为4.08%，个别月份因煤质波动或设备问题有所波动，但总体都控制在5%以内。因进入A、B系统的原煤靠刮板分料，存在着一定的不均匀性，造成进入B系统的原煤相对较难选，同时煤量波动较大，因此A、B系统的分选指标略有差异，但两个系统整体分选指标均满足需求。

1 重介中煤产品存在问题

近年来，生产发现单洗本矿煤时B系统中煤带煤异常，在精煤灰分保持不变的前提下，中煤带煤损失达到8%～20%，提高介质密度，中煤带煤损失虽然可一定程度上降低，但精煤灰分上升至9%，指标难以保证。针对这种情况，相关研究人员从入洗原煤、工艺参数、旋流器结构等方面进行了大量的实验，取得了一定的成效，较投产时相比，但B系统中煤带煤仍保持在6%～15%且不稳定，同时，中煤中夹带矸石量也上升至30%左右(见表1)，灰分升高，给中煤产品的销售带来了很大的影响。经过长时间的实验，锁定了两个主要方向：一是原煤内灰出现了较大幅度的波动(如图1所示)，二是传统三产品重介质旋流器结构已不适应现有原煤的有效洗选。

2.2.11 重复性试验 取样品细粉（批号：S07014）1.0 g，共6份，按“2.2.4”项下方法制备供试品溶液，再按“2.2.1”项下色谱条件进样测定，记录峰面积并以内标法计算样品含量。结果，龙脑平均含量为5.04 mg/g，RSD为1.03%（n＝6），表明本方法重复性良好。

 

表1 邢台选煤厂B系统中煤指标情况表

  

密度级/(g·cm-3)+05mm产率/%灰分/%浮物累计产率/%灰分/%-1302744502744513～1434999937695914～14533015747061247145～1553420931240161115～16181027643050229516～184031381770813161+1829195640100003885合计100003885

  

图1 邢台选煤厂近三年入洗本矿原煤内灰的变化情况

由于以上问题，中煤指标无法获得到有效控制，中煤产品很难满足需求，给选煤厂也带来了一定的经济损失。针对邢台煤矿的煤质及工艺情况，如何降低中煤带煤损失及中煤夹矸量，提高三产品旋流器二段分选的高适应性和高效性是研究人员亟待解决的问题。

2 三产品旋流器二段结构参数对分选效果的影响

影响三产品重介质旋流器分选效果的主要因素很多，根据调整方式可将各因素分为两大类。第一类是由设备本身所决定的、不易在生产过程中在线变动的结构参数[1]，如溢流口直径、底流口直径、安装角度、一二段直径配比等；第二类是可以在生产过程中一定范围内调节的工艺参数[2]，如悬浮液密度、入料压力、悬浮液黏度等，其中精确合理的设计结构参数对重介质旋流器选煤过程具有重大的意义。

3.2.1 改造原则

2.1 溢流管的影响

当前技术中，一般三产品重介质旋流器的二段溢流管直径固定而插入深度可小范围调整，是二段旋流器最重要的结构参数之一，但它的直径却直接影响着中煤和矸石产品的质量。

遥想当年离家读书住寝室的年代，一把椅子可谓承担着日常起居的多重功能——休息、搭衣服，还多次临时充当过简易的餐桌。或许在那时，我们在潜意识中就已经知道，椅子绝不仅仅是用来坐的，只要加点创意，它就能花式出现在需要的岗位，给人意料之外的惊喜。

  

图2 随溢流管直径的变化物料在底流溢流分配变化趋势图

2.2 底流口直径的影响

蠕虫状链是Porod和Kratky在1949年提出的概念[2],因此蠕虫状链又称Porod-Kratky链.无论统计单元数是多少都可以用这种链模型进行处理,因此蠕虫状链既可以描述柔性链,也可以描述刚性或半刚性高分子链,还可以描述分子量较低时的齐聚物柔性链.

另外，底流口直径的变化对旋流器处理量的影响很大，旋流器底流口直径与处理能力成正比关系，三产品旋流器二段物料分配随底流口尺寸变化的趋势如图3所示。从图3中可以看出，在一定尺寸范围内，物料分配是合理的，即二段旋流器的分选是有效的，当需要提高中煤灰分时，可在一定范围内缩小底流口直径，反之，可增大底流口直径。

1.3 观察指标 随访且记录两组患者的平均手术时间、术中出血量、肛门排气时间、导尿管留置时间、下床时间以及住院时间等情况。

  

图3 随底流口尺寸的变化物料在底流溢流分配变化趋势图

2.3 锥角的影响

梅尔文·科恩的一生都积极致力于为科学研究贡献力量。他的妻子布儒瓦-科恩在一份声明中说道：“就在昨天，梅尔还在奋笔疾书，写一篇新的论文。直到他去世的那一天，他一直都是一位尽职尽责、思维活跃的科学家。梅尔帮助缔造了今天的索尔克，我和他的许多朋友都将永远怀念他。”

对旋流器而言，内部的流体阻力会随着锥角的增大而增大，在同一进口压力下，由于流体阻力增大，其生产能力呈减小趋势，但其内部流体的切向速度呈增大趋势，也促使了内部物料停留时间缩短，其分离密度随锥角的增大而增大，底流中的低密度产物减少，同时，溢流中的物料比例增加，其变化规律如图4所示。由图4可知三产品旋流器二段的圆锥角的变化对溢流产率有很大的影响，可以较好的控制中煤夹矸、矸石带煤量，在传统固定20°锥角的基础上，适当增加锥体角度，可一定程度上提高分选密度，从而提高中煤灰分，反之，则降低中煤灰分，通过合理的设计可以很好的解决现场实际问题。但仍存在着一定的局限性，一旦设备制造完毕，旋流器圆锥角确定，只可针对一种问题进行改善。

  

图4 随锥角的变化物料在底流溢流分配变化趋势图

3 三产品旋流器改造

3.1 入洗原煤及生产效果分析

3.1.1 入洗原煤分析

通过对原煤分采样分析(见表2)，单洗本矿煤时，从可选性来看，当要求理论精煤灰分为8.5%时，理论精煤产率为52.631%，理论分选密度为1.484g/cm3，±0.1含量为24.11%，为难选煤，经多次化验分析，原煤可选性波动较大，整体为难选或极难选。

六是交易量下降及履约季价格上扬。八区域碳市场在2017履约年度配额现货二级市场交易总量约为71832. 数据整理自各区域碳市场的交易所。万吨，较2016履约年度（7542万吨）有所减少，主要原因是部分金融机构离场。交易时间分布方面，2018年5-8月的交易量占整个履约年交易总量的57%，突显出履约需求仍是市场交易的主要动力。另一面，上海、湖北、北京碳市场在履约期交易价格大幅上扬，打破/逼近各自的历史最高价格，分别达到44元/吨、31元/吨、71元/吨；且这些市场的交易价格在履约截止日前的1-2个月持续维持在高位，这反应出上述市场收紧配额分配的作用。

日常生产过程中，B系统单机精煤灰分基本可保证在8.3%～8.6%之间，中煤带煤损失基本保持在6%～15%偏高且不稳定，中煤夹矸量基本保持在30%左右，三产品旋流器一二段连接管堵塞频繁，也严重影响了产品质量。

响应新课改的理念，加大对实训模拟室的资金投入，建立符合国家标准的会计实训模拟室。首先，各类设施配置要齐全，要不断改善实训室的教学环境，确保在企业财务部门能进行的会计操作在实训模拟室中也同样能操作。其次，扩大实训模拟室的空间，使每一位学生都能进行实际动手操作。

 

表2 本矿原煤浮沉组成表

  

密度级/(g·cm-3)+05mm产率/%灰分/%浮物累计产率/%灰分/%-131027333102733313～143399810442669914～14557615075002792145～153242018532586715～162792684560495716～18327428859311141+1840698466100004121合计100004121

通过对洗煤厂入洗原煤及日常运行数据的整体分析可发现：

1)该矿煤为难选煤，精煤产率低，矸石产率高，实际分选密度低，单洗时易造成中煤带煤损失高，处理量低的现象。

2)中煤夹矸石严重说明三产品旋流器二段分选密度偏高。

3.1.2 生产效果分析

3)单洗本矿煤或本矿与邢东煤配洗时，实际精煤产率相差10%以上，矸石产率相差10%以上，现用的传统旋流器结构不容易保证分选指标。

理论研究及实践证明，在三产品旋流器二段溢流管直径由小到大的变化过程中，二段旋流器内同一位置处的轴向速度增大，零速包罗面的半径增大，实际分离密度增大，溢流口排出物料量也增加，溢流底流的产率随溢流口的变化趋势如图2所示。但溢流口直径过大时，溢流产物即中煤灰分急剧升高。反之，溢流产率降低，中煤灰分大幅降低，但当直径过小时，会使部分中煤产物进入底流随矸石排出，造成资源浪费，同时也会严重影响处理量。因此，三产品旋流器二段溢流口直径过大或过小都会对分选效果产生不利的影响，都会影响中煤质量。同时，由图2可看出，在二段入料压力不变的情况下，二段旋流器的悬浮液通过量呈明显上升趋势，也可以说在其他条件不变的情况下，二段溢流管的增大对一段旋流器的压力释放作用明显，如果控制不好，会造成部分精煤进入二段旋流器从而造成精煤损失。

4)单洗本矿煤时，易出现精煤受小颗粒矸石污染，同时旋流器一二段连接管和底流口易堵塞。

3.2 三产品旋流器改造方案

传统三产品重介质旋流器的优点为精煤产品易控制、矸石纯，缺点是中煤产品指标难控制且不易调整。传统三产品旋流器的设计使一二段直径配比成为固定模式、结构参数的非连续设计制造等都影响了三产品旋流器二段的适应性，具体影响因素如下：

对于传统分级或分选类旋流器而言，其根据锥体角度大小可以分为三类：长锥型(θ<15°)、标准型(θ=15°～20°，严格的说应为20°)和短锥型(θ>20°)。对于目前广泛应用的分选类旋流器，除特殊工况下专业设计外几乎无一例外全部采用20°锥角。而该参数在旋流器技术的研究与应用中已形成了固定的模式，几乎已被忽略。试验表明，当改变锥角时，其圆柱长度、溢流管直径、底流口直径都应作相应的改变也能得到较好的分选效果[3]。为了说明其影响规律，通过相同条件下建立不同锥体角度的旋流器模型，来研究其内部流场的变化规律。

底流口是旋流器最重要的结构参数之一，其尺寸的大小，对分选密度、分选精度、数量效率较大，当底流口由小变大时，被选物料的实际分离密度由高到低，底流口排出重产物的密度也相应变小，此时溢流产物减少、密度降低。底流口尺寸有一定的范围要求，当直径过大时，难以保证旋流器内部压强，使分选精度下降，当底流口直径过小时，物料不能顺利排出，严重时造成旋流器底流口堵塞。

结合前述理论分析，在对产品指标需求的基础上，充分结合现场现有工艺环节及设备安装的现状，以提高分选效果及优化中煤产品指标、提高处理量、兼顾单洗本矿煤和本矿与邢东配洗的原则，进行旋流器结构参数和工艺参数的优化改造。

3.2.2 改造方案

从旋流器结构参数[4-7]、工艺参数及对产品指标的控制等三方面综合考虑，对旋流器环节进行如下设计方案：

1)改变一二段旋流器相对安装位置，将当前一二段旋流器的上下布置方式改为左右布置，使物料通过更顺畅。

2)优化二段旋流器导向筒的入口尺寸，根据产品产率将入口过流面积增大以增加进入二段旋流器的物料量。

3)将一段旋流器筒体结构优化为锥形结构。

就连著名的宝石切割大师阿伯特·拉姆齐（Albert Ramsay）都曾对19世纪末到访印度的经历有以下描述：

4)二段旋流器整体优化，加大二段旋流器直径，同时各结构参数做相应的优化。

改造后的三产品旋流器各关键结构参数较现用参数对比见表3。

3.3 改造效果

经过对三产品重介质旋流器二段分选效果影响因素的深入分析，并结合现入洗煤质、生产工艺现状及对产品指标的需求等环节进行深入的研究与实验，以优化三产品旋流器中煤产品指标为目的，对旋流器的结构参数及布置方式进行了优化改造，改造后，经近半个月的日常生产得出，三产品重介质旋流器的效率和适应性都得到了大幅度的提升，中煤带煤损失由改造前的6%～15%降至3%左右，中煤夹矸石量由30%左右降至5%左右，单系统处理量由230t/h提升至300t/h以上且连续运行无堵塞现象，且对入洗原煤的大幅度波动有了很好的适应性，改造完全达到了预期效果，改造后厂B系统中煤指标情况见表4。

 

表3 三产品旋流器改造前后关键参数对比表

  

旋流器参数改造前改造后一段直径/mm12001200溢流管直径/mm375370筒体形状圆筒圆锥安装角度/(°)2015二段直径/mm850890入口尺寸/mm160×160175×175溢流管直径/mm360350锥角/(°)2019底流口直径/mm240250安装角度/(°)-13-15

 

表4 改造后厂B系统中煤指标情况表

  

密度级/(g·cm-3)+05mm产率/%灰分/%浮物累计产率/%灰分/%-1301583701583713～1405883507383514～14527015823431423145～15141620571759193315～16318226354942238516～184664361896062984+183944870100003058合计100003058

4 结 语

重介质旋流器是目前发展最快、应用最广泛的主洗设备，特别是具有自主知识产权的三产品重介质旋流器，近几年在中国取得了长足的发展。随着经济的发展，市场对产品指标的要求越来越高，实际操作过程中，也出现了一些问题如二段旋流器结构设计过于局限，应用过程中二段旋流器分选产品指标不易调整等。基于以上的种种实际问题，造成三产品旋流器中煤指标却无法获得最具性价比的控制。结合现场的实际生产现状，在对入洗煤质、影响分选因素及产品需求的基础上，进行系统性的理论分析及实验，打破传统旋流器的配比设计方法，对旋流器进行“量体裁衣”式的专业化设计，完全可以实现三产品旋流器中煤产品的优化与调整，使三产品重介质旋流器的分选更加高效化，从而提高选煤厂的经济效益。

参考文献：

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[2] 张力强.影响重介质旋流器分选效果的工艺因素分析[J].煤炭技术，2014(4)：226-227.

[3] 褚良银，陈文梅.旋转流分离理论[M].北京：冶金工业出版社，2002.

[4] 张力强，王联合，郭秀军.新型高效节能三产品重介质旋流器的研究[J].选煤技术，2010(5)：8-11.

[5] 吕秀丽，张力强.重介质旋流器二段安装角度与物料排出关系的研究[J].选煤技术，2012(5)：18-21.

[6] 宋俊超，齐正义，黄亚飞，等. 单体三产品重介质旋流器试验研究[J]. 煤炭工程，2016，48(5)：119-121.

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