金家庄选煤厂主洗车间三产品旋流器培训讲义
三产品重介质旋流器
目录
❖1、三产品重介质旋流器概述
❖2、三产品重介质旋流器工作原理❖3、三产品重介质旋流器种类
❖4、三产品重介质旋流器的特点
❖5、三产品重介质旋流器的优点
❖6、三产品重介质旋流器的缺点
❖7、三产品重介质旋流器的分选过程❖8、三产品重介质旋流器的给料方式❖9、影响重介质旋流器工作的因素❖10、旋流器的结构参数
❖11、重介质旋流器的安装
❖12、重介质旋流器的发展应用
❖13、重介质旋流器的磨损机理分析
1、三产品重介质旋流器概述
由两台两产品重介质旋流器串联组装而成.第一段为主选,采用低密度悬浮液进行分选,选出精煤和再选入料,由于悬浮液浓缩的结果为第二段再选准备了高密度悬浮液,分选初中煤和矸石两种产品
2、三产品重介质旋流器工作原理
❖工作原理：
❖重介质旋流器是一种结构简单，无运动部件和分选效率高的选煤设备。
由于旋流器本身无运动部件，因而其分选过程完全是靠自身的结构参数与外部操作参数的灵活配合来实现最佳分选精度，这是旋流器选煤与其它选煤方法截然不同的突出特征。
❖在重介质旋流器分选过程中，物料和悬浮液以一定压力沿切线方向给入旋流器，形成强有力的旋涡流；液流从入料口开始沿旋流器内壁形成一个下降的外螺旋流；在旋流器轴心附近形成一股上升的内螺旋流；由于内螺旋流具有负压而吸入空气，在旋流器轴心形成空气柱；入料中的精煤随内螺旋流向上，从溢流口排出，矸石随外螺旋流向下，从底流口排出。
空气柱的形成机理为：由于底流管和溢流管直接与大气连通，进入旋流器的两相流以强烈的螺线涡运动，当切线速度增大到临界速度时，旋流器各出口产生一定的阻力，形成内部的旋转流场，引起轴向负压，空气由溢流管和底流管进入旋流器，在轴向负压驱动和流体对流传输的共同作用下逐渐发展成为贯通的空气柱。
当颗粒密度大于悬浮液密度时，颗粒在悬浮液中半径为r处所受合力为正值，颗粒被甩向外螺旋流；否则，颗粒被甩向内螺旋流；
从而把密度大于介质的颗粒和密度小于介质的颗粒分开。
在旋流器中，离心力比重力大几倍到几十倍，因而大大加快了分选速度，并改善了分选效果。
3、三产品重介质旋流器种类
❖种类：
❖根据机体和结构形状的不同，重介质旋流器可以分为圆锥形和圆筒形的两产品重介质旋流器以及双圆筒串联、圆筒形和圆锥形串联的三产品重介质旋流器。
4、三产品重介质旋流器的特点
❖特点：
❖重介质旋流器是一种利用强于重力几十倍甚至几百倍的离心力场选煤的分选机，其分选过程完全是靠自身的结构参数与外部操作参数的灵活配合来实现最佳分选精度，这是旋流器选煤与其他选煤方法截然不同的突出特征。
重介质选煤的特点是：
❖1、分选效率高。
重介质旋流器的分选效率在各种重力选煤方法中是最高的。
❖2、分选密度调节范围宽。
重介质选煤的分选密度一般为1300 kg/m3～2200 kg/m3，而且易于调节，其误差可保持在±0.5%范围之内。
❖3、适应性强，分选粒度范围宽。
重介质选煤在入选原煤的粒度、数量和质量上允许有较大的波动。
❖4、生产过程易于实现自动化。
重介质选煤所用悬浮液的密度、液位、黏度、磁性物含量等工艺参数能实现自动控制。
5、三产品重介质旋流器的优点
❖.优点:
❖用一套悬浮液循环系统,简化再选物料的运输,工艺流程简单,设备布置方便,管理简便.分选精度高.效率高.具有较低的分选下限。
6、三产品重介质旋流器的缺点
❖缺点:
❖一是难以实现第二段旋流器介质密度的自控系统(但是在煤质比较稳定情况下,在调好第二段旋流器有关参数以后,分选密度一般不会有大的变动,可以满足对中煤和矸石的分选要求);
❖二是由于结构方面的原因,三产品重介质旋流器对其第一段圆筒旋流器底流产物(中煤+矸石)的最大排出量有限制,这种限制在某种情况下可能会影响到三产品重介质旋流器的处理能力,在轻产物较少(<1/3)的情况下对旋流器的设计选型要慎重选择;三是介耗较大(特别是煤泥量较大情况下),多品种生产的灵活性较差.
7、三产品重介质旋流器的分选过程
❖分选过程:
❖原矿和悬浮液的混合物以一定的压力由入料管沿切线方向给入旋流器的圆筒部分,形成强大的旋流.其中一股是沿着旋流器圆柱体和圆锥体内壁形成一个向下的外螺旋流;另一股是在围绕旋流器轴心形成一个向上的内螺旋流,其轴心形成负压,实为空心柱.由于离心力的作用,高密度的物料甩向锥体内壁,并随部分悬浮液向下作螺旋运动,最后从底流口排出;低密度物料集中在锥体中心,随内螺旋上升运动经溢流管进溢流室从切线方向的出口排出.
8、三产品重介质旋流器的给料方式
❖给料方式: 三种.
❖第一种是将物料与悬浮液混合后用泵打入旋流器.入料压力可达0.1Mpa 以上.这种方式用泵给料,在给料过程中,致使物料粉碎现象严重,并增加设备磨损,虽然可降低厂房高度,但比较少用。
❖第二种是利用定压箱给料,物料和悬浮液在定压箱中混合后靠自重进入旋流器.定压箱液面高于旋流器入料口(视旋流器直径大小而定),一般500mm直径的旋流器不低于5m的高度,以保证入料口压力不低于0.04Mpa,否则,压力过低离心力过小,影响分选效果,降低处理能力.这种给料方式称为低压给料旋流器.生产上广泛采用这种方式.由于旋流器的结构改变。
❖第三种给料方式,即悬浮液用泵以切线方向给入圆筒旋流器下部,而物料靠自重从圆筒顶部给入,称为无压旋流器.无压给料三产品重介质旋流器,第一段为圆筒型,第二段为圆筒型或圆筒圆锥型.要求有更高的排矸密度时用圆筒圆锥型.有压给料三产品重介质旋流器,第一段为圆筒型或圆锥型,第二段为圆锥型。
9、影响重介质旋流器工作的因素:
❖影响重介质旋流器分选精度的因素可分为两大类：
❖其一是由实际工艺条件及分选设备本身所决定的生产中不易变动的因素，如入料煤质特征、旋流器入料口的形状、直径等结构参数等；
❖其二是一定程度上可以调整的因素，比如入口压力、矿浆入料量、入料方式等。
9-1、影响重介质旋流器工作的因素:
❖1、入料煤质特性
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，但当入选原煤的密度组成发生变化时，例如高密度物含量增加，那么要求底流固体排出量增加，溢流固体排出量相对减少，但底流口的排放能力有限，因而会将一部分中等密度的煤颗粒和重介质挤向溢流口排出，使实际分选密度升高。
因此，入选原煤密度组成的变化会引起旋流器分选密度的波动，结果必定降低综合分选效率。
❖2、旋流器的结构参数
重介质旋流器直径的选择应该符合处理能力的要求，对应于某一个最低的矿浆体积通过量，应满足分选离心力的要求，使要分离的重产物从底流口排出。
值得注意的是，选择直径较大的旋流器虽然可以改善分选效率，但却可能造成浪费。
旋流器圆筒段的高度增大，旋流器的总容积和总长度都增加，在一定范围内对分选有利。
过短会增加入料短路进人溢流的几率，影响轻产物质量。
底流口直径与入料中重产物（砰石或中煤）的比例有关。
增大底流口。
在相同条件下会降低实际分选密度，精煤产率相应降低。
底流口减小则会相应提高实际分选密度。
溢流口直径通常与底流口直径保持一定比例关系。
在其他条件不变的情况下，溢流口直径缩小会降低实际分选密度，使部分原本应进入溢流的轻颗粒从底流口排出。
入料口的形式和直径对分选有重要影响。
目前多数重介质旋流器采用螺旋线或渐开线入口，入料口尺寸增大，若超过旋流器的处理能力（特别是重产物排出能力），分选效率会受到损失；人料口尺寸减小，则会降低入料粒度上限。
9-2、影响重介质旋流器工作的因素:
❖3、进料压力
进料压力越高,悬浮液进料速度就越快,旋流器的处理量就增加.但同时离心力也就越大.因此,在一定程度上增大进料压力,可以加速分选过程,提高分选效果.但随着入料压力增高,悬浮液本身的浓缩作用也加强,一方面增大矿粒实际分离密度,另一方面使旋流器中密度分布更加不均匀,反而降低分选效果.因此,压力过大,对分选并不是有利的.
所以,压力增加时,应适当的加大底流口来调节排放量.此外,压力增大还会增加动力消耗和设备磨损.现在趋向采用低压或无压给料,一般给料压力在0.05~0.1Mpa.
❖4、悬浮液的密度
入料中悬浮液的密度越高,在其他条件相同时,矿粒的实际分选密度也越高.在一般情况下,入料中悬浮液密度可以比实际要求的分选密度低0.2~0.4g/cm3,要求的分选密度越高,差值越大.在生产过程中,这个差值可以通过旋流器的进料压力与底流口大小来调节.入料悬浮液密度越低,加重质用量越少.但是,此时悬浮液在旋流器中受到浓缩作用也越强,悬浮液密度的分布越不均匀,因而导致分选效率降低.
❖5、入料的固液比(矿粒与悬浮液的体积比)
直接影响旋流器的处理量和分选效果.入料的固液比增高时,旋流器按固体矿粒计算的处理量增大,分选效率相应要降低,因为此时旋流器中物料层增厚,而导致分层阻力加大,分层速度降低,错配物增加.因此,在一般情况下采用1:6~1:4的固液比较适宜,在处理极难选煤时固液比可以降低到1:8.
9-3、影响重介质旋流器工作的因素:
❖6、循环介质量
重介质旋流器的容积很小，重介质和煤在其中的停留时间基本相同，只不过数秒钟的时间。
为保证有效分选所必需的液固比，重介质旋流器的循环介质量相对较大。
不同粒度和密度的原煤，循环介质量一般在吨原煤3~5 倍，对于三产品重介质旋流器而言，循环介质量有时还可能超出此上限。
重介质旋流器的分选效率受液固比的影响较大。
❖7、重介质悬浮液的稳定性
保持重介悬浮液的质量和稳定性对重介质分选系统的正常运行至关重要。
重悬浮液在旋流器内的浓缩对分选效率影响很大，磁铁矿粉粒度较粗时会发生过分的浓缩。
为保持良好的分选，介质的浓缩度愈小愈好。
在实际生产中，除了避免使用太粗的磁铁矿粉，并使循环介质中保持一定量的煤泥外，有时还可以往介质中添加少量粘土或一些天然的或人工合成的稳定剂。
❖8、重介质的入口压力
原则上，重介质的入口压力应使旋流器内产生足够的离心力，使密度高于分选密度的重颗粒能进入底流。
增加入口压力将增大旋流器内产生的离心力，提高细粒重产物在底流中的回收率，但是也增强了悬浮液在旋流器中的浓缩。
同时，由于入口压力增加，旋流器的矿浆通过量随之加大，从而减少了矿浆在旋流器内的停留时间，增大了溢流排出量，导致实际分选密度略有提高。
10、旋流器的结构参数:
❖圆柱体的长度——在旋流器的直径和锥角确定后,旋流器的容积和总长度主要取决于圆柱部分的长度.旋流器圆柱部分的长短对分选效果影响很大.当圆柱部分增长时其容积和总长度都增加.因此,入选物料在旋流器中的停留时间增长,实际分选密度提高.但圆柱长度太长,会使低密度产品质量变坏.反之,圆柱部分过短,会引起圆柱部分的介质流不稳定,实际分选密度降低,使部分浮物损失到底流中去.
❖圆锥角的大小——在同样直径同样容积的旋流器的情况下,随着锥角的增大,实际分选密度也增大.
❖溢流口的直径——溢流口的直径增大后,可增大实际分选密度.但溢流口过大时,会造成圆柱部分溢流速度过大,影响溢流的稳定.虽然溢流出量增加,但浮物(精煤)质量降低.一般情况下溢流口直径为(0.30~0.40)D(旋流器直径).
❖底流口直径——实践证明,缩小底流口可使实际分选密度增大.但底流口过小时会造成矿粒在底流口挤压.对于选煤来说,底流口过小会使矸石易混入到精煤中,严重时引起底流口堵塞,但底流口过大时,又会引起精煤损失.一般情况下底流口直径为(0.24~0.30)D.❖锥比——底流口直径与溢流口直径之比.锥比的大小与旋流器直径,入选物料性质,介质性质等因素有关.当旋流器直径较小,可选性较差时,锥比要小一点.反之,锥比可大一点.
加重质的粒度较粗时,锥比可大一些.实践证明,锥比一般在0.7~0.8为宜.
❖入料口尺寸——当入料口尺寸过小时,入料粒度上限受限制,易发生堵塞现象.入料口尺寸过大时,旋流器切线速度减小(或相应增加入料压头,以保证入料速度).一般情况下入料口在(0.20~0.25)D范围内.旋流器的入料口,溢流口,底流口的直径比大致为
0.2:0.4:0.3.
❖溢流管插入深度——插入深度在320~400mm范围效果较好.
11、重介质旋流器的安装
❖重介质旋流器的安装——一般倾斜安装,旋流器轴线与水平夹角为10°,便于旋流器入料,溢流和底流管路系统的安装.当设备停止运转时,物料能顺利的从旋流器中排出来.对低压给料旋流器更应该倾斜安装.如采用正立垂直安装,溢流口于底流口高差引起压力16变化,底流口所受压力比溢流口大,从而使矿浆大量从底流口排出,影响旋流器正常工作.日本涡流旋流器,采用粗粒磁铁矿粉作加重质,在结构上有所改变,采用倒立安装方式.
12、重介质旋流器的发展应用
❖矿粒在重悬浮液中完成分选过程所用的设备称为重介质分选机。
目前，工业生产中所使用的旋转介质分选设备主要是借助离心力场强化分选过程，称为重介质旋流器。
重介质旋流器是一种结构简单、无运动部件和分选效率高的选煤设备，该设备早已在国内外获得了广泛使用。
其原因是它结构简单、单位处理量大、分选效率高，适合处理难选煤或极难选煤。
尤其对于细粒物料，有效分选粒度下限可达0.1 mm～0.2 mm,这是其他任何重力分选设备难以相比的。
13、重介质旋流器的磨损机理分析
❖（1）微切削磨损所谓微切削磨损是指旋流器工作液体中的不规则颗粒对其内表面的划伤。
微切削磨损不仅取决于旋流器的材质与颗粒的硬度，还取决于颗粒的几何形状、切向速度、径向速度、轴向速度等，即使颗粒的硬度小于旋流器材质的硬度，它也能对旋流器内壁起到微切削磨损的作用；
❖（2）表面疲劳磨损表面疲劳磨损是指在颗粒随同液体在旋流器内壁交变摩擦接触产生的应力作用下，在接触点产生很大的变形和应力，使旋流器内表面形成磨损以及剥离出磨粒。
表面疲劳磨损是由旋流器内表面逐渐向深层侵入的一种磨损形式，一般是在旋流器内壁有缺陷的地方最先发生，然后在反复的冲刷作用下逐步扩大；
❖（3）腐蚀磨损由于旋流器的内壁与液体中的介质相互作用发生化学反应或电化学反应，使旋流器内壁磨损，这种磨损称为腐蚀磨损。
腐蚀磨损又可分为3 种情况：直接氧化磨损、液体中的微小气泡对器壁形成的气蚀磨损和由于介质本身具有的化学性质而形成的介质磨损。
❖旋流器的磨损形式复杂，是微切削磨损、表面疲劳磨损和腐蚀磨损形成的复合磨损。
为了减轻旋流器的磨损，先应考虑选择合适的材料；其次要保证旋流管的内表面加工质量；此外，还可以从实际流场出发，在不影响效率的前提下，对旋流器结构进行合理的设计，可使旋流器磨损损坏程度有所降低。
例如，旋流器进料口处磨损程度与此处的结构密切相关，对此，烟台鑫海矿机采用含创新技术的耐磨橡胶衬于重介质旋流器中，耐磨防腐，使用寿命长。
矿浆在进料管内呈柱状高速流动，具有很大的惯性力，当它切向地进入旋流器圆柱段时，受内壁的作用把直线运动改变成沿旋流器中心的旋转运动。
流动方向的突然改变，增大了入口处阻力，圆柱壁上常被磨成很深的螺旋形沟槽。
这是由于进料管来的高速矿浆来不及分散，集中地冲击在较窄的带状区域，尤其当进料口断面为圆形时，更为明显。
因此，应尽量把进料管设计成矩形截面。
把进料口断面从圆形变为矩形只是结构优化的一个方面，还可以改变如旋流器表面曲率半径等形状结构。
