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第四节重介质旋流器重介质旋流器，是根据离心力，来进行分级、浓缩、分选的设备。由于物料在离心力场中，离心力可比重力大几十倍甚至几百倍，因此对细粒和密度差别小的物料，在离心力场中分选，比重力场中要有效得多。选煤上用的重介旋流器，是在分级旋流器的基础上发展起来的。近年来，许多国家，在用块煤重介分选机选煤的同时,对末煤重介旋流器的使用也越来越广泛。这主要是由于机械化采煤的发展，使原煤质量变坏，其中细粒物料量逐渐增多，而用户对精煤的质量要求，却在不断提高，这些只有采用重介旋流器洗选才能满足。我国于1965年开始研究重介旋流器选煤，自1969年以来相继研制成功ф500、ф600、ф700㎜两产品重介旋流器。近年又研制成功DBZ型重介旋流器和ф700/500㎜三产品重介旋流器。目前我国已有很多选煤厂，都采用重介旋流器，来选原煤、末煤、精选跳汰中煤和跳汰粗精煤等，使用效果均很好。可以预言：重介旋流器选煤法，将是未来最重要、使用最广泛的一种选煤法。一、重介质旋流器的构造和分选原理分类按外形分：圆筒-圆锥形和圆筒形重介旋流器构造按给料方式分：有压给料和无压给料重介旋流器按产品数目分：两产品和三产品重介旋流器DSM型重介旋流器，是一种圆筒锥形重介旋流器，它是目前应用最广泛的一种末煤重介分选设备。我国的ф500、ф600、ф700㎜型重介旋流器均属于这种类型。这种旋流器构造简单，本身没有运动部件。其上部为圆筒部分，下部为圆锥部分。在圆筒部设有给料管、溢流室和溢流排出口，中间有溢流管，锥部有底流口。圆锥体角度为200，安装角度一般为100，底流口和溢流口配有不同的口径规格，来满足煤的可选性与处理量不同时的选择。分选过程图3-13重介质旋流器分选过程原煤和悬浮液的混合物，以一定的压力，由给料管沿切线方向给入旋流器圆筒部分，形成强大的旋流。在重介旋流器内部，强烈的圆周运动下，结果就沿旋流器内壁形成一个向下的外螺旋流，同时在旋流器轴心形成一个向上的内螺旋流，轴心为空气柱（如图3-13）。在内外旋旋流的作用下，高密度物料随内螺旋流经下降至底流口排出，低密度物料随内螺旋流经溢流管进入溢流室，从切线方向的溢流排出口排出，这样，就将轻产物精煤与重产物矸石分离开。分选原理物料在离心力场中的分选，与在重力场中相似，分层规律仍遵循阿基米德原理。当物料和悬浮液的切线速度相同时，物料在悬浮液中所受的离心力为rvVFSU2)(v式中F——物料在悬浮液中所受的离心力，N；V——物料的体积，m3；δ、ρSU——物料和悬浮液的密度，kg/m3；——物料和悬浮液在旋转半径γ处的切线速度，m/s；r——物料的旋转半径，m。由公式可知，当物料的密度大于悬浮液的密度时，F为正值，说明物料在悬浮液中，受力方向与离心力一致，作离心运动，被甩向外层。反之，当物料的密度小于悬浮液的密度时，F为负值，物料将在悬浮液中作向心运动，并集中在内层。这样，物料在悬浮液中就按密度分层，分层结果与在重力场中相同。物料在离心力场中所受的离心力与在重力场中的重力之比为分选原理rgvGFK20rgv2称为离心系数。该值表明离心力可大大提高物料的运动速度。尤其是在旋流器锥部，旋转半径减小，切线速度加快，离心力进一步加大，离心力可比重力大几十倍甚至几百倍。这就大大改善了细粒物料和难选与极难选煤的分选效果，加速了分层过程，提高了处理量。物料在重介质旋流器中的分选过程，主要决定于旋流器内部的速度场和密度。由于离心力的作用，悬浮液将在旋流器中受到强烈的浓缩作用，从而造成悬浮液的密度在旋流器中分布不均匀。图3-14重介质旋流器内等密度线分布图3-14为旋流器中悬浮液的密度分布情况。从图中可看出，悬浮液的密度，从旋流器轴心向外随半径的增加而增强。由上到下，悬浮液的密度逐渐增高。越接近器壁，越接近底流口，悬浮液的密度越大。由于浓缩作用，底流的密度比溢流的密度高许多，实际分选密度也比入料悬浮液密度高，因此，在重介旋流器中可以用密度较低的悬浮液来得到较高的分选密度。因旋流器内各点悬浮液密度及切线速度都有不同，因此，物料的分选过程，是在一个复杂的密度场和速度场中进行的。当物料连同悬浮液，以一定的压力给入旋流器时,物料在旋流器不同位置处多次分选，直至锥部附近才达到最终分离。高密度物料随外螺旋流由底流口排出，低密度物料随内螺旋流由溢流口排出。工作条件旋流器轴心必须形成空气柱，是实现重介旋流器有效分选的条件。旋流器正常工作时，因底流口悬浮液的离心力大，物料排出时，切线速度很大，底流必定呈幅射伞状排出。因此，要求有足够的入料速度和入料压力以保持其稳定。二、重介质旋流器的优缺点优点5.结构简单、易实现自动化有效分选下限可达到0.15(0.10)㎜。入料粒度上限已提高到50㎜，甚至更大一般情况下，粘度对分选效果的影响较小4.工艺流程简单、节省投资分选细粒煤时，可能偏差E=0.02～0.06，数量效果可达90%-99%1.分选效率高：2.分选粒度范围较宽：3.可使用粘度较高的悬浮液：缺点重介旋流器的主要缺点是，设备磨损严重，悬浮液的循环用量较大，液流在旋流器内的工作不易直接调节三、影响重介质旋流器分选效果的因素重介质旋流器结构对分选效果的影响操作调整对分选效果的影响锥角大小的影响旋流器锥比的影响入料口尺寸的影响溢流管插入深度的影响安装角的影响分选效果将随锥角的增大而降低，选煤用的重介旋流器锥角一般不超过200。改变锥比的大小可调节分选密度或轻、重产物的产率。锥比的选择与旋流器直径、入选原煤的性质、介质性质等因素有关。锥比范围一般在0.7～0.8之间入料口尺寸，是根据要求的离心系数来确定的。一般在0.20～0.25D(Ｄ为旋流器直径)范围内选择。改变溢流管的插入深度，实际上是调整了分选密度。根据我国圆锥形旋流器技术规格插入深度一般在320～400㎜之间。旋流器的倾角，对悬浮液的浓缩产生一定影响，通常是按其中心线与水平线成100倾角按装的。操作调整对分选效果的影响入料压力的影响入料固液比的影响悬浮液密度的影响加重质的粒度与悬浮液中煤泥含量的影响物料的入料压力，是旋流器内产生离心力的动力，是使物料得到有效分选的重要因素。重介旋流器的给料方式有三种:一有压给料，低压给料，无压给料。现在都普遍采用低压给料或无压给料方式，一般给料压力在0.05～0.10Mpa范围。入料固液比，直接影响旋流器的处理量和分选效果，当入料的固液比增大时，旋流器的处理量将增加，但物料分层阻力增大，轻重矿物彼此混杂的可能性增加，分选效果变差。一般情况下，采用1:4～1:6的固液比为宜,当处理难选煤时，固液比可以采用1:8。加重质粒度越粗，旋流器内悬浮液的浓缩作用越显著，过高的浓缩对分选是极为不利的。因此，对加重质的粒度组成，要求比较严格。尤其是在低密度的分选条件下，对加重质的粒度要求更细。悬浮液中煤泥含量会增加悬浮液的粘度。在分选密度较低时，适当增加悬浮液中的煤泥含量，可以提高分选密度，从而改善分选效果。悬浮液密度大小，要根据原煤性质和产品质量来确定。通常入料中，悬浮液的密度可比实际分选密度低0.2～0.4。要求的分选密度越高，这种差别就越大。四、其他类型的重介质旋流器图3-16重介质涡流旋流器1.重介质涡流旋流器重介质涡流旋流器，也称倒立式旋流器（见图3-16），它的结构特点是：锥体在上，圆筒在下，在旋流器内安装有一个与大气相通的空气柱调节管。其分选过程与DSM重介质旋流器大体相同。物体和悬浮液在压力作用下沿筒体切线给入，随即作回转运动，高密度产品由顶部排出，低密度产品由底部排出。2.DBZ型重介质旋流器这种新型重介质旋流器具有以下特点：⑴它与一般DSM型重介质旋流器相比，其圆筒部分较长，锥角较大。⑵可使用较低密度的悬浮液获得较高的分选密度。用磁铁矿粉作加重质时，入选煤的分选密度要求为1.40～2.10时，入料悬浮液密度只要求1.10～1.35，数量效率可达90%以上。⑶用浮选尾矿作加重质选煤时，数量效率可达90%左右，可能偏差E值为0.045～0.08。3.无压给料圆筒形重介质旋流器无压给料圆筒形重介质旋流器也是我国自行研制。它与美国的DWP型重介质旋流器基本相似。其结构特点是：主体为一圆柱体，分选原煤与悬浮液分别给入旋流器内。原煤属无压自重给料，在给料箱内加入10%的悬浮液。而其中90%的悬浮液用泵，沿圆柱体下部的切线压入（圆筒呈20°～30°倾角安装）。它的分选过程是当原煤由顶部中心给入旋流器后，在离心力作用下，由轴心向器壁按密度分层。高密度重产物，随外螺旋流很快到达器壁，并从底流口排出，低密度轻产物在离旋流器底流口不远处，受到不均匀密度层的阻挡，使接近并低于分选密度的颗粒无力穿透，而随内螺旋流由溢流口排出。4.三产品重介质旋流器该机是由一台圆筒形旋流器和另一台圆锥形旋流器串联而成的。第一段为主选，采用低密度悬浮液分选，选出精煤和再选入料，同时由于悬浮液的浓缩，为第二段准备了高密度悬浮液。第二段为再选，分选出中煤和矸石两种产品。三产品重介质旋流器，代替两段串联的两产品重介质旋流器，其优点是节省了一整套高密度悬浮液再选系统，简化了工艺流程，减少了厂房空间和方便了生产管理。但是影响第二段分选过程的因素较多，因为第二段悬浮液入料，是由第一段旋流器浓缩而来。在第一段旋流器参数已确定的条件下，以调节悬浮液密度为主要调节因素。在正常的情况下，只要改变入料悬浮液的密度，和更换第二段底流口直径，即可达到所需分选密度的调整范围目前，很多选煤厂使用该种型号的重介质旋流器。图3-19