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重介质旋流器分选工艺参数分析

发布时间:

No.6,2009

煤炭加工与综合利用
COAL PROCESSING&COMPREHENSIVE U11LIZAI"ION

重介质旋流器分选工艺参数分析

陈开玲,石*
(朔州中煤杨涧洗选有限公司,山西朔州036002)

摘要:通过对旋流器内的物料进行受力分析,介绍了重介质旋流器的分选原理及悬浮液

的配置方案;从旋流器结构参数、选前是否脱泥、入料压力控制及给料方式等方面论述了影响

重介质旋流器分选效果的因素。

关键词:选煤;重介质旋流器;工艺参数;分选效果

中图分类号:TD455.7

文献标识码:A

文章编号:1005—8397(2009)06-0011-03

重介质旋流器是一种利用离心力场强化矿粒 在重介质中分选的设备,能精确分选密度差值小 的难选和极难选细粒物料。重介质旋流器具有体 积小、本身无运动部件、处理量大、分选精度 高、产品质量稳定等特点,故应用范围比较广 泛。特别是对难选、极难选原煤以及细粒级较多 的氧化煤、高硫煤的分选和脱硫效果显著。
收稿日期:2009—10-09 作者简介:陈开玲(1983一),男,北京市人,2006年毕业 于辽宁工程技术大学矿物加工工程系,工学学士,朔州中煤杨洞 洗选有限公司生产技术部副经理。

1重介质旋流器分选原理
重介质旋流器分选过程为: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ISl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*形成一股 上升的内螺旋流;由于内螺旋流具有负压而吸人 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

装卸、使用困难等问题。采用本工艺处理后的煤 泥一混煤混合体,可以像普通煤炭一样装卸、储 存、运输、使用,使得煤泥变废为宝,减少了环 境污染,提高了选煤厂的经济效益。
煤泥破碎搅拌机是上海大屯能源股份有限公 司与南京玺华孚电气有限公司共同研发的专利产 品,专门用于煤泥与洗混煤、中煤、末矸石的破 碎搅拌。其工作原理采用的是双轴卧式强*涟 原理,两根相向旋转的搅拌轴带有螺旋搅拌叶片 (见图7),叶片推动并搅拌物料,物料从一端进 入,由另一端挤出。两相邻螺旋搅拌叶片间均设 有犁型破碎齿,以增强对物料的“阻滞”、切割 和破碎作用。因此,煤泥破碎搅拌机兼有较强的 破碎和搅拌功能,而且能耗低、效率高。
5效益分析
煤泥在线湿式搅拌回收系统运行成功后,可

图7煤泥破碎搅拌机叶片结构 生产发热量12.5~14.6MJ/kg的煤泥一洗混煤混
凳』’嚣攥裟曩鋈獬。芸 合物,水分约10%一15%,可作大屯发Egr-m
煤。选煤厂每年直接同收煤泥20万t,末矸石6
该厂年增加经济效益约4800万元。

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的螺线涡运动,当切线速度增大到I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。
重介质旋流器选煤是利用阿基米德原理在离 心力场中完成的。离心力场中,质量为m的颗粒 所受的离心力P为:

F.=m

..2
L=V8

L.,2







式中:t7——颗粒的切向速度,m/s;
r卜一颗颗粒粒的的体旋积转,半m径3,;m; 卜颗粒的密度,kg/m3。

悬浮液给物料的向心托力R为:

凡=场等

式中:p——悬浮液密度,kg/m3。 颗粒在悬浮液中半径为r处所受的合力F
为: F=凡一Fo=y(6一P)v2/r
上式表明,当6>p时,F为正值,颗粒被 甩向外螺旋流;当6<Jp时,,为负值,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。

2重介质旋流器悬浮液配置

悬浮液既要达到要求的密度条件,又要具有 一定的稳定性,同时粘度不能过大。而加重质的 性质直接决定悬浮液的性质,目前,工业生产中 采用的加重质主要为磁铁矿。当悬浮液密度一定 时,加重质的粒度越粗,悬浮液粘度越低。加重 质沉降速度越快,回收越容易,但悬浮液不稳 定;加重质的粒度越细,其沉降速度越慢,悬浮 液稳定性越好,但粘度增加,加重质回收困难; 另外,加重质的密度越高,悬浮液容积浓度就越 低,稳定性也越差。重介质旋流器要求磁铁矿中 -0.028ram级含量不低于90%。
悬浮液的密度p。。与加重质的密度及其体积

浓度有关,可用以下公式计算:
P。”G(56:—一可p,)r+pJ 式中:卜加重质的质量V,一: g;
觅——加重质的密度,g/era3; JD,——水的密度,g/era3; K——悬浮液体积,cm3。 采用磁铁矿粉作为加重质时,体积浓度15% ~35%,煤泥含量15%一45%【4】。浓度过大,则 悬浮液粘度增大而失去流动性,入选物料在悬浮 液中不能流动;浓度过小,则加重质沉降迅速, 悬浮液密度不稳定,分选效果变差。重介质旋流 器分选时,分选密度一般高于悬浮液密度0.1— 0.29/em3。这是因为在离心力作用下,旋流器内 的悬浮液被浓缩,使分选密度增大。
3影响重介质旋流器分选效果因数
国内外对重介质旋流器分选机理的研究表 明,影响重介质旋流器分选精度的因素可分为两 大类: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、 旋流器圆筒及圆锥部分的几何尺寸、人料口的形 状和尺寸、溢流管直径、锥角、锥比等;二是一 定程度上可以调整的因素,包括入口压力、矿浆 入料量、人料方式等。 3.1 旋流器结构参数的影响
重介质旋流器的生产能力主要取决于它的圆 柱直径,其计算公式为旧J:
Q1=K1D2·5 Q2=200D枷 式中:Q,——旋流器矿浆通过量,m3/h; Q:——旋流器干煤处理量,t/h; D——旋流器圆筒直径,nl; 墨——旋流器直径系数,700—800。 上述公式可*似计算出所选用旋流器的直径 或处理能力,但无法反映出旋流器结构和工艺参 数对处理能力的影响。根据波瓦罗夫公式【31可计 算旋流器的结构和工艺参数。该公式如下:
O。=0.3C。C2dod。 ̄/g日 式中:Q。——矿浆通过量,m3/h;

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cf0——旋流器溢流口直径,m; d。——旋流器底流口直径,m;
r重力加速度,m/s2; 丑——旋流器人口压力,105Pa;

.0.08D+2

c2=丽—0.丽04+o.790。1—0.1D+l
u2一

1‘u‘

式中:卜旋流器直径,m; 0379 .

+ tgcz/2

a——旋流器圆锥锥角。 3.2选前脱泥与否
煤泥进入悬浮液系统后易成团,在分选槽内 来不及分散就混人浮煤中排出;此外,这些煤泥 若进入悬浮液系统,会使悬浮液中的煤泥含量增 多,悬浮液粘度增大。因此选前脱泥工艺具有分 选精度和效率高,悬浮液中非磁性物(煤泥)含量 少,易脱介,介耗低等优点;但其缺点是需增加 设备和基建投资,工艺布置相对复杂,生产成 本高。
选前不脱泥工艺减少了脱泥筛和再分级筛, 简化了工艺,布置紧凑,缩减了厂房和设备投资 及生产成本,工艺简捷,操作方便;其缺点是对 分选精度,尤其是对细粒级物料的分选精度会造 成一定影响。
悬浮液中允许的煤泥含量除与悬浮液本身的 密度有关外,还与磁铁粉的细度和物料的粒度相 关。一般来说,在低密度分选条件下,悬浮液允 许的煤泥含量较高,一般不必选前脱泥。根据国 外资料和国内的生产实践,原煤润湿脱泥的用水 量以原煤中煤泥含量吨位乘lO,或以要求脱除的 煤泥吨位乘10的水量与煤混合进行脱泥的效果 较好。 3.3入料压力控制
根据波瓦罗夫公式,旋流器的矿浆通过量与
给料压力关系为:Q。/Q:= ̄/P。/P:。即对一个给
定参数的旋流器而言,适当提高入口压力能提高 矿浆处理能力;同时也可看出,其最佳工况点要 求是,入1:21压力与矿浆人料量为对应关系(Q:oc P),即每一矿浆入料量只对应一个最佳的入料压 力。压力过大增大了能耗,加大设备磨损,提高 了次生煤泥量,导致悬浮液密度不易控制;压力

过小形成不了稳定的空气柱,悬浮液正常的液态 流受到破坏,分选效果变差。
研究表明,旋流器本身对入料压力的要求 是‘4I:
式中:卜定压高日 度=,9m— 。11D
3.4给料方式 重介质旋流器的人料方式可分为周边有压入
料和中心无压入料两种。 (1)在无压入料方式下,原料煤从旋流器顶
部中心给入。进入旋流器的重颗粒在离心力作用 下穿越“零速包络面(LZVV)”形成外螺旋流, 而轻颗粒本身密度就低于“零速包络面”处的密 度,所以留在“零速包络面”内随内螺旋流移 动。这一过程基本只有重颗粒的单向运动,避免 了重、轻矿粒互相交错穿越“零速包络面”,相 互干扰,有利于提高分选效率和分选精度。
(2)在有压入料方式条件下,原料煤与悬浮 液混合后由泵给入旋流器。开始时,轻、重颗粒 在“零速包络面”内外均匀分布;随着颗粒下 行,内部的重矿粒在离心力作用下穿过“零速包 络面”向外螺旋流移动;而外部的轻颗粒在离心 力作用下穿越“零速包络面”向内螺旋流移动, 形成了重、轻颗粒交错穿越“零速包络面”,相 互干扰的现象。
4总结
随着采煤机械化程度提高、开采深度加深, 原煤质量变差,细粒物料所占比例相对增加,煤 的可选性变差。对于这些煤炭的分选,重介质旋 流器的优点将得到充分体现,这一工艺也将成为 今后选煤发展的主要方向。
参考文献:
[1] 曹晓娟,顾伯勤.旋流器内空气柱形成与发展及其对分 离的影响[J].流体机械。2009,137(1):28—33.
[2] 郝凤印,等.选煤手册(工艺与设备)【M].北京:煤炭 工业出版社,1993.
[3] A.n.波瓦罗夫.选矿厂水力旋流器[M].北京:冶 金工业出版社,1982.
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