重介质分选机的结构及其问题与优化方案

重介质分选设备的种类很多，根据其工作原理可分为两大类：一类是在重力场中进行分选的设备，通常称为重介质分选机，主要用于分选块煤；另一类是在离心力场中进行分选的设备，通常称为重介质旋流器，主要用于分选末煤。

重介质分选设备在其发展过程中有过许多不同设计形式，尽管有些未得到推广，另一些则广泛应用至今，但各种重介质分选设备都应该满足以下基本技术要求：

（1）在较宽的密度范围内能精确地分选；

（2）分选区内介质的密度稳定；

（3）处理能力强，占用厂房空间小；

（4）介质循环量（介煤比）小；

（5）结构简单，质量小，耐磨，运行可靠；

（6）分选粒度范围宽，对密度组成的变化有良好的适应性。

根据本书的目的，这里只介绍具有代表性的国内普遍应用的重介质分选设备。

1.重介质分选机

重介质分选机由分选槽、排料装置及其传动机构组成，分选槽是用钢板焊接的槽子。根据选煤工艺和重介质分选机整体结构的需要，分选槽可以设计成各种形式。排料装置是把选后产品（精煤、中煤和矸石）分别排出分选槽的运输装置，其机械结构也是多种多样的，可以采用刮板、胶带、提斗、叶轮、提升轮、空气提升器等各种运输装置。总的来看，选煤用的重介质分选机的结构并不复杂，没有较多运动部件。但是，由于排料装置和分选槽形式的种类较多，所以可以组合成多种形式的重介质分选机，并各有特点。不管重介质分选机的结构如何变化，但必须满足以下基本要求：

（1）构造简单，质量小，运动部件少，运转可靠，耐磨性能好，操作及维修方便。

（2）外形尺寸应尽可能小，但要保证物料在机内有充分的分选时间和分层空间，单位面积处理量要大。

（3）要使全部悬浮液密度保持均匀，保证物料能够精确地按密度被分选。机内运动部件运动速度要小，以免造成过大的涡流。上升和下降液流速度不应太大，以减少物料粒度和颗粒形状对分选效果产生的影响。

（4）原料煤能平稳地进入分选槽，并能迅速地将已经分层的产品从机内排出，不因产物排放的不及时而影响处理量。

（5）循环介质（悬浮液）量要小。悬浮液的循环量是指每小时进入重介质分选机的悬浮液总体积。

（6）分选槽的形状有利于保持悬浮液稳定移动，避免产生涡流或死区。

重介质分选机存在的一个突出问题，是设备部件的磨损。磁铁矿悬浮液对设备的冲刷和零件在悬浮液中的相对运动，造成某些零件和部件磨损十分严重。为了解决这个问题，在设计重介质分选机时，一方面应尽量减少在悬浮液中有相对运动的零件；另一方面应尽量采用新型耐磨材料。

重介质分选机是在重力的作用下在重介质中按密度分选，基本上和浮沉分析的原理相同。重介质分选机选煤的粒度范围一般为6～300mm，一些大规格的设备上限可达到1000mm。如果原煤的水分较高，或细粒级含量较大，筛分有困难，可能入选下限只为13mm或10mm，特别是当分选密度高（如大于1700kg/m3或1800kg/m3），重介质黏度较大的时候，会严重影响分选效果。

重介质分选机的分选槽分为深槽和浅槽两大类。深槽重介质分选机槽深较大，有较平静的分选区和较长的分选时间，重介质密度波动较小，所以分选精度较高。由于槽深较大，较容易设计出三产品分选槽，但要求的循环介质量较大，现在国内外使用得不多，所以这里不再介绍。浅槽重介质分选机所需循环介质量较小，结构紧凑，占地面积小。属于这一类的重介质分选机比较多，有特朗普浅槽分选机、丹尼尔分选机、斜轮或立轮分选机、麦克纳利分选机、鼓形分选机等。其中多数是两产品的，也有少数三产品的。下面简要介绍几种常见的重介质分选机。

1）浅槽重介质分选机

（1）结构。

浅槽重介质分选机如图4-12所示，其结构示意如图4-13所示。

图4-12　浅槽重介质分选机

浅槽重介质分选机是近年来发展起来的新型高效选煤机，是目前国内外先进的块煤分选设备，其以处理量大、分选精度高、对煤质适应性强和入料粒度范围宽、能处理难选和极难选煤等优点而得到选煤界的认可。

图4-13所示是彼得斯浅槽重介分选机的结构示意。它主要由槽体、水平流及上升流、排矸刮板系统、驱动装置等部分组成。

图4-13　浅槽重介质分选机的结构示意

槽体是钢外壳的槽式结构，在槽体底部并排设有漏斗，提供上升介质流，槽内漏斗上整体铺设成一层带孔的耐磨衬板（带孔布流板），通过沉头螺栓与槽体底板固定；入料口设在槽体侧板一方，与脱泥筛的出料溜槽相连，入料口下方并排设有水平流出口，由此泵入水平流以保证物料层向排料方向运行，并维持槽内液面高度；在与入料口相对的槽体的另一侧为溢流槽，轻物料通过溢流槽口进入溜槽和后续脱介工序；底板靠传动的斜面，出口处设有重物料提升排料口，重物料通过矸石排料口进入溜槽及后续脱介工序。

排矸刮板系统由头轮组、尾轮组、两组随动轮组刮板、链条、连接板、导轨、紧链装置等组成。刮板通过连接板固定在两侧链条之间，链条挂在头轮组、尾轮组和两个随动轮组的链轮上，链条的下端嵌入导轨滑槽内；头轮组、尾轮组、随动轮组均由轴两片链轮、轮毂滚动轴承组成，通过轴承座固定在槽体侧板的相应位置上；为调整刮板链条垂度，尾轮组轴承座装在滑块上，利用液压张紧油缸调整尾轮位置，进而张紧链条。

驱动装置由电动机、减速器、三角传送带等组成。

（2）工作原理。

浅槽重介质分选机内悬浮液通过浅槽底部和侧面两个部位给入分选槽体内。下部给入的称为上升流，通过带孔的布流板进入槽内，使其分散均匀。上升流的作用是保持悬浮液稳定、均匀，同时起到分散入料的作用。从侧面给入的称为水平流。通过布料箱的反击和限制，可以使水平流全宽、均匀地进入分选槽内。水平流的作用是保持槽体上部悬浮液密度稳定，同时形成由入料端向排料端的水平介质流，对上浮精煤起到运输的作用。当入洗原煤经脱泥筛脱泥，由入料口进入浅槽内后，在调节挡板的作用下全部浸入悬浮液中。此时在浮力的作用下开始出现分层。精煤等低密度物料浮在上层，矸石等高密度物料沉到槽底部。在下沉的过程中，与矸石混杂的低密度物质由于上升流的作用而充分分散后继续上浮。在水平流的作用下，浮在悬浮液上部的低密度物质由排料溢流口排出成为精煤产品。在刮板的作用下，沉到槽底的高密度物质由机头溜槽排出成为矸石产品，从而完成入洗原煤的分选过程。

（3）使用维护。

浅槽重介质分选机运转中除常见故障外，主要易发故障为刮板链断裂、刮板链走斜及刮板弯曲、大块异物卡堵刮板，因此日常维护及故障处理应做到以下几点：

（1）刮板链磨损严重，应定期检查，及时更换。

（2）刮板链过松，垂度过大，刮横梁，导致链条疲劳断裂，应调节链条松紧。

（3）刮板链与滑道啮合不好，链条拉断，应检查滑道、链条有无变形，同时调节链条松紧。

（4）刮板刮底板和耐磨衬板，应将底板与耐磨衬板连接的沉头螺栓拧紧，若耐磨衬板磨损严重，应及时更换。

（5）及时调整拉紧装置，保证两侧刮板链张紧度一致。

（6）对于弯曲的刮板应及时更换。

（7）刮板卡堵大块时应及时停车，取出异物后再开车。

浅槽重介质分选机单机为两产品分选机，其分选粒度为13～150mm，其分选要求循环悬浮液量较大，磁铁矿粉粒度要求较细，优点是处理能力强。如槽宽为6.1m时，最大处理量可达550t/h，排矸能力为228t/h。随着浅槽重介质分选机不断国产化、大型化，其应用也越来越广泛。

2）斜轮重介质分选机

斜轮重介质分选机（见图4-14）主要由容纳悬浮液的分选槽、排出重产物的提升轮、排出轻产物的排煤轮和传动装置组成。分选槽1由钢板焊成多边形箱体，上部为矩形，底部槽体的两壁为两块倾角为45°的钢板。提升轮2装在分选槽1旁侧的机壳内，传动部分设在分选槽下部，包括提升轮轴4、圆柱圆锥齿轮减速器5和电动机6。提升轮2下部与分选槽1底部相通，提升轮骨架7用螺栓与转轮盖8固定在一起，转轮盖8用键安装在轴上。提升轮2的边帮和底板分别由立式筛板9和筛底10组成。在提升轮2的整个圆面上，沿径向装有冲孔筛板制成的若干块叶板11，用来提取沉物。提升轮2的轴由支座12支撑。轴承座13用螺栓与支座12相连。六角形排煤轮3由电动机14通过链轮15带动旋转。排煤轮两侧装有六边形骨架，并与6根卸料轴相连，每根卸料轴上装有若干用胶带17吊挂的重锤18，浮煤靠重锤18拨出分选槽1。

图4-14　斜轮重介分选机

1—分选槽；2—提升轮；3—排煤轮；4—提升轮轴；5—圆柱圆锥齿轮减速器；6—电动机；7—提升轮骨架；8—转轮盖；9—立式筛板；10—筛底；11—叶板；12—支座；13—轴承座；14—电动机；15—链轮；16—骨架；17—胶带；18—重锤

在给料端下部位于分选带的高度引入水平流，在分选槽的下部引入上升流。水平和上升流补充分选槽内的悬浮液，使悬浮液密度均匀并运输浮煤。原料煤进入斜轮重介质分选机后，按密度分为浮物和沉物两部分。浮物被水平流运送至溢流堰，由排煤轮刮出，经条缝式固定筛初步脱介后进入下一个脱介作业。沉物沉到分选槽底部，由提升轮上的叶板提升至排料口排出。提升轮及叶板上的孔眼将沉物携带的悬浮液脱出。

斜轮重介质分选机的可能偏差Ep可达0.02～0.03；分选粒度上限可达1000mm，下限可达6mm；悬浮液循环量为0.7～1.0m3/t·h（按入料量计）；悬浮液比较稳定，加重质粒度-325目占50%左右即可达到细度要求。斜轮重介质分选机是目前我国用得较多的重介质分选机。

3）立轮重介质分选机

立轮重介质分选机的工作原理与斜轮重介质分选机基本相同，所不同的是提升轮垂直安置在分选槽内。它与斜轮重介质分选机相比，具有结构紧凑、占地面积小、质量小、传动机构简单、提升轮的磨损较轻等优点。

目前，国内外应用的立轮重介质分选机的类型较多，其主要部件提升轮和分选槽的结构大体相同，但提升轮的传动方式不同，如德国太司卡立轮重介质分选机采用周边链条传动；波兰迪萨（DISA）型立轮重介质分选机采用悬挂式皮带传动；我国JL型立轮重介质分选机采用棒齿圈传动；法国德鲁鲍依立轮重介质分选机采用中心传动。

（1）太司卡立轮重介质分选机。

太司卡立轮重介质分选机用于分选5～250mm原煤，最大槽宽为4.5m，配直径为6.5m、宽1.5m的提升轮，排矸能力为430t/h，精煤生产能力达到1000t/h，如图4-15所示。(www.xing528.com)

图4-15　太司卡立轮重介质分选机

入选原煤从分选机的给料端给入，而悬浮液则从给料槽的下方导入，一部分随精煤排出，一部分穿过提升轮从分选槽底排出，因此在分选槽形成水平流和下降流。精煤随水平流飘移至溢流堰附近被排料轮刮出，沉物则下沉到分选槽的底部，由提升轮上的捞斗收集提升至顶部经沉物排放溜槽排出机外。该设备的提升轮由4个托轮支撑，它由链轮传动。提升轮的外壳有两层，内层是帘板，分成许多间隔，用于提升沉物和脱介。外层则设有若干个大小可调节的悬浮液排放口，从底部排出约为总循环量20%的介质，形成下降流。分选槽与提升轮之间有密封装置，但允许小量介质流出，一并返回合格介质桶。

该设备的主要优点是：提升轮的链传动结构和托轮都在分选槽外，不与悬浮液接触，可减轻磨损，提高运行的可靠性；分选槽采用下降流方式，可保持悬浮液的密度稳定，因此可使用较粗的磁铁矿粉，有利于降低介耗。

该设备的缺点是：介质循环量较大，约为1.2m3/t（煤）；提升轮高度大，厂房要求高度大，分选槽与提升轮间密封装置的橡胶块磨损严重，需1～2年更换一次。

（2）三产品太司卡立轮重介质分选机。

三产品太司卡立轮重介质分选机是在两产品太司卡立轮重介质分选机的基础上研发的，如图4-16所示，三产品太司卡立轮重介质分选机的应用可简化重介质分选工艺。

图4-16　三产品太司卡立轮重介质分选机

该设备有两个并列的分选槽，第一个槽略宽于第二个，分别给入低密度和高密度的悬浮液。第一个低密度分选槽的浮物是精煤，用刮板刮出，它的沉物（中煤和矸石）由提升轮提起，经溜槽给入第二个高密度的分选槽再选，这个槽的浮物为中煤，用刮板刮出，这个槽的沉物为矸石，由第二个提升轮提起并排出。

（3）JL型立轮重介质分选机。

JL型立轮重介质分选机是我国自行设计制造的。图4-17所示是JL型立轮重介质分选机的结构示意。分选槽1用钢板焊接而成，相对于排矸轮2，分选槽1基本上是独立的，只是底部与排矸轮2相通，故重介质受排矸轮2的干扰较小。分选槽1入料端倾角为50°，出料端的倾角为44°。排矸轮2由两套托轮装置9支撑，排矸轮2周边两侧装有棒齿圈3，传动装置带动拨动轮，拨动轮再拨动棒齿使排矸轮2旋转，悬浮液经管道水平给入分选槽1。原煤从入料端进入，浮煤经排煤轮5的刮板从溢流口排出。沉物由分选槽1底部经排矸轮2提起，并从矸石溜槽7排出。

图4-17　JL型立轮重介质分选机的结构示意

（4）迪萨型立轮重介质分选机。

迪萨型立轮重介质分选机是波兰选煤设计院设计的，其主要特点是排矸轮采用了环形平皮带摩擦传动。波兰生产的迪萨-1S型（见图4-18）和迪萨-2S型为两场品分选机。迪萨-1S型为侧面排矸式，迪萨-2S型为中间排矸式，迪萨-3S型为三产品分选机（见图4-19）。

图4-18　迪萨-1S型立轮重介质分选机

N—入料；K—浮物；T—沉物；a—悬浮液入口；b—悬浮液排放口；
1—分选槽；2—分选槽侧部；3—承重结构；4—提升轮；5—支撑中心线；6—排矸溜槽；7—入料口盖板；8—分选槽底部；9—操作平台；10—提升轮传动装置；11—定位辊；12—导向辊；13—传动皮带；14—浮物刮板；P1、P2—作用在横向及纵向支撑梁上的重力

图4-19　迪萨-3S型立轮重介质分选机

N—入料；J—精煤；Z—中煤；G—矸石；
a—悬浮液入口；b—悬浮液排放口；1—分选槽；2—分选槽侧部；3—承重结构；4—提升轮；5—支撑中心线；6—沉物排放溜槽；7—入料槽；8—分选槽底部；9—操作平台；10—提升轮传动装置；11—定位辊；12—导向辊；13—传动皮带；14—浮物刮板；P1、P2—作用在横向及纵向支撑梁上的重力

三产品分选机是由两台两产品分选机组成的，两种不同密度的悬浮液分别给入分选槽。原煤给入第一段分选槽的中部按低密度进行分选，得出最终精煤。中煤和矸石由排矸轮给入第二段分选槽再选。

迪萨-S型分选机的入料粒度为10～250mm，每米槽宽的处理量为70t/h，悬浮液密度为1400～1800kg/m3。

迪萨-S型分选机的优点是占地面积小、布置紧凑、制造容易，其缺点是传动胶带易被拉长，不能保证排矸轮与分选槽之间的间隙，以致造成往下槽体漏矸石，使胶带磨损。

2.重介质旋流器

重介质旋流器是一种结构简单、无运动部件的选煤设备。根据机体形状可分为圆锥形和圆筒形重介质旋流器；根据给料压力可分为有压给料和无压给料重介质旋流器；根据产品数量可分为两产品和三产品重介质旋流器。

1）两产品重介质旋流器

两产品重介质旋流器按其原料煤给入方式分为有压（切线）给煤式和无压（中心）给煤式两种。前一种为圆锥形重介质旋流器，后一种为圆筒形重介质旋流器。

（1）圆锥形重介质旋流器。

国内外广泛使用圆锥形重介质旋流器，其结构如图4-20所示。

图4-20　圆锥形重介质旋流器的结构

1—入料管；2—锥体；3—底流口；4—溢流管；5—溢流室；6—机架

物料与悬浮液混合，以一定压力从入料管沿切线方向给入旋流器圆筒部分，由于离心力的作用，高密度物料移向锥体内壁，并随部分悬浮液向下做螺旋运动，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，经溢流管进溢流室排出。溢流先进入溢流室，然后沿切线方向排出，可以减少对圆锥形重介质旋流器不利的反压力。

圆锥形重介质旋流器内流体的切线速度很大（4.4m/s以上），对部件磨损严重。为了提高设备的使用寿命，可用合金钢等耐磨材料整体铸造，也可以采用耐磨材料作衬里（如铸石等），但衬里要求光滑，无凹凸和台阶，以免破坏液体的正常流态。

（2）圆筒形重介质旋流器。

圆筒形重介质旋流器属于无压给料重介质旋流器，其结构如图4-21所示。分选物料与悬浮液分开给入，入料无压、自重给入上部中心入料管（在给料箱内也加入少量悬浮液）；悬浮液用泵以0.06～0.15MPa的压力沿切线方向压入圆筒下部。沿切线方向压入的悬浮液从底至顶造成一股上升的空心旋涡流。矸石与一部分高密度悬浮液（起浓缩作用）沿筒壁上升，从矸石排出口排出。精煤与低密度悬浮液聚集在旋涡中心向下流动，通过下部排出口排出。

图4-21　圆筒形重介质旋流器的结构

圆筒形重介质旋流器的优点是，物料与悬浮液分开给入，有利于悬浮液密度的测定和调整；物料与悬浮液之间接触时间短，粉碎程度低；各部件磨损小，使用寿命长。其缺点是分选精度差。

2）三产品重介质旋流器

三产品重介质旋流器是由两台两产品重介质旋流器串联组装而成的。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，同时由于悬浮液浓缩的结果，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。

（1）有压给料三产品重介质旋流器。

如图4-22所示，第一段重介质旋流器为圆筒形，第二段重介质旋流器为圆锥形。

有压给料三产品重介质旋流器的分选原理与常用的有压给料两产品重介质旋流器基本相同，即在第一段重介质旋流器内，利用离心力使原料煤不仅得到有效分选，产出质量合格的精煤，而且对低密度悬浮液进行浓缩，提高进入第二段重介质旋流器的悬浮液密度，以便对随同进入第二段重介质旋流器的重产物进行再选，选出最终中煤和矸石两种产品，这样就可使用一种低密度悬浮液，同时分选出精煤、中煤和矸石3种合格产品。

图4-22　有压给料三产品重介质旋流器的结构

（2）无压给料三产品重介质旋流器。

如图4-23所示，无压给料三产品重介质旋流器的第一段重介质旋流器为圆筒形，第二段重介质旋流器为圆筒形或圆筒圆锥形。第二段重介质旋流器的物料分选过程和有压给料三产品重介质旋流器的第一段重介质旋流器相同。第一段重介质旋流器底流口排出的中煤和矸石混合物，经连接管进入第二段重介质旋流器后，即由器壁往中心分层。中煤由靠近入料口的中心管排出；矸石在外螺旋流的推动下经另一端的切线口排出。第二段重介质旋流器内循环料层的物料过多时，则将阻碍细粒中煤进入内螺旋流而损失于矸石中。但对于大多数原料煤而言，高密度分选时的邻近分选密度物不多，不致造成过厚的循环料层。

图4-23　无压给料三产品重介质旋流器的结构

从分选原理来分析，为从结构上减轻悬浮液的浓缩程度，增加密度场的均匀性有利于提高分选效果，因此无压给料三产品重介质旋流器的两段均设计成圆筒形。由于圆筒圆锥形重介质旋流器底流和溢流悬浮液密度的差值大，可以形成较高的分选密度，因此当要求选出较高灰分的中煤时，第二段重介质旋流器则采用圆筒圆锥形。

一台三产品重介质旋流器代替两台两产品重介质旋流器，其优点是可以省掉一个悬浮液循环系统和再选物料的运输；减少厂房空间，方便生产管理。但是，第二段重介质旋流器的悬浮液是由第一段重介质旋流器浓缩而来，所以第二段重介质旋流器的分选密度除与第一段重介质旋流器的分选密度有关外，还与第二段重介质旋流器底流口直径有关。因此，在正常情况下只改变入料悬浮液的密度和第二段底流口直径两个参数，即可达到所需分选密度的调整范围（第一段为1.35～1.65kg/L，第二段为1.8～2.2kg/L）。

随着新技术的不断研发，又出现了双（多）供介无压三产品重介质旋流器，它采用双（多）供介口供介，多个供介口沿器壁切线布置，液流方向一致，切线速度叠加，动力消耗变少。它与单供介无压三产品重介质旋流器相比，具有物料分选速度更快、分选精度更高、设备处理量更大的特点，能耗降低30%左右，工艺参数调节起来更方便，更容易获得理想的分选效果。