操作参数对新型液固流化床分选粗煤泥的影响

操作参数对新型液固流化床分选粗煤泥的影响

徐风

大地工程开发（集团）有限公司天津分公司天津300381

摘要：为提高新型液固流化床分选粗煤泥的效果，考察了主要参数对新型液固流化床分选的影响规律。结果表明精煤产率和精煤灰分随着上升水流流量增大而增大；精煤产率和精煤灰分随着脉动频率和脉动幅值变大呈现先逐渐增大而后减小的变化趋势。

关键词：粗煤泥；新型液固分选流化床；操作参数；分选效果

引言

液固分选流化床分选凭借其诸多优点成为粗煤泥分选的可靠、经济、有效设备，成为近十几年来选煤领域研究的热点之一。为此，国内外围绕液固分选流化床分选技术开展了设备结构、分选效果、过程机理、数值特性、入料性质等方面的研究；但由于其结构简单，可控可调参数较少，容易被其他新研发技术设备所替代。为此，本文在前期研究的基础上，利用阻尼脉动改善流场及颗粒运动特性，研制了新型阻尼脉动液固分选流化床装置，并对这种新型装置的分选特性进行了初步研究。一定入料条件下不同操作参数对新装置的分选效果有着直接影响，这对阻尼脉动液固分选流化床的高效运行尤为重要，而上升水流、脉动频率和脉动幅值是影响新型液固分选流化床分选效果的最重要操作参数。故本文以某选厂粗煤泥煤样为对象，在新型液固分选流化床实验室装置上，重点考察了上升水流、脉动频率、脉动幅值等操作参数对分选效果的影响。

1液固流化床分选机的工作原理

液固流化床分选机是一种利用上升水流的作用使物料流态化，以粗颗粒、高密度物料作为加重质，实现入料按密度进行分层与分离的重选设备。该分选机主要由给料系统、排料系统、密度控制回路和分选床体四部分构成。其工作原理实质上是基于重力场中颗粒的干扰沉降理论，矿浆进人分选机后与上升水流相遇形成干扰床层，固体颗粒在分选机内做干扰沉降运动，达到稳定状态后，密度低于干扰床层平均密度的颗粒浮起，进人溢流，密度大于干扰床层平均密度的颗粒穿透床层进入底流，通过底流口排出。干扰床层的密度由排料系统控制，即通过密度传感器发出的信号控制排矸闸门实现床层密度控制。

2实验物料及装置

2.1实验物料

为了考察液固分选流化床的操作参数对分选效果的影响，选用某选煤厂1～0.125mm粒级粗煤泥煤样，浮沉实验结果如表1所示。

表11.0～0.125mm粗煤泥浮沉实验结果

从表1可知，粗煤泥1～0.125mm煤泥中，各密度级产率分布不均，主要存在于-1.5kg/m3；-1.4kg/m3密度级含量占47.51%，1.4～1.5kg/m3含量密度级占32.61%；而中高密度级含量较少，+1.8kg/m3仅占9.02%。当精煤理论灰分为10.0%时，理论分选密度为1.68kg/m3，±0.1含量为7.56kg/m3，根据可选性等级判断该煤样为易选煤。

2.2实验装置及方法

实验所用阻尼脉动干扰床装置由给料、排料、精煤灰分控制回路和分选机床体等系统组成，如图1所示。其中分选装置为新型脉动阻尼干扰床流化床分选机，其在各辅助系统协调下可进行连续性分选。

图1新型阻尼脉动干扰床系统装置1.入料搅拌桶2.入料浓度计3.入料控制阀4.入料流量计5.入料缓冲仓6.筛网7.阻尼块8.隔膜9.电机10.变频器11.供水泵12.供水控制阀13.供水流量计14.分配器15.标准筛16.溢流箱

实验过程：根据前期探索性实验，选取上升水流流量2.0、2.5、3.0、3.5m3/h，脉动频率35、40、45、50和55次/min，脉动幅值6、4、2、0mm分别对1～0.125mm煤样进行分选实验。具体步骤：首先，根据实验条件预设各操作参数，然后开启供水装置，通过给料缓冲筒将矿浆由分选机中部给入，其与脉动上升水流形成流态化床层，物料便在分选机内做干扰沉降运动，密度小于床层平均密度的颗粒上浮进入溢流并由溢流口排出，密度大于床层平均密度的颗粒穿透床层进入分选机底部成为沉物并由蠕动泵排出，从而实现分选。

3结果与分析

3.1上升水流流量对新型液固分选流化床分选效果的影响

在入料浓度40%，其他操作参数不变的情况下，考察了上升水流流量对新型流化床分选效果的影响，实验结果如表2所示。

表2上升水流流量与精煤产率、精煤灰分之间的关系

从表2可知，随着上升水流流量的增加，精煤产率和精煤灰分逐渐增大。众所周知，上升水流流量作为液固分选流化床的主导因素，对分选效果的影响很大。当上升水流流量较小时，给料在流化床中的流化效果不好，轻重产物颗粒分层不理想，基本处于悬浮混合状态，不足以形成理想分选密度级的悬浮床层，松散不及时，分离过程不充分，加之细颗粒之间的团聚和黏附，此时只有部分轻产物进入溢流，精煤产率和精煤灰分亦较低。继续增大上升水流流量，松散及时适中，轻重产物分层趋好，分离过程相对充分，精煤产率迅速增大，精煤灰分缓慢增加；显然上升水流流量过大，松散又变差，悬浮床层密度增高，虽然精煤产率增加，但将致使各高密度级小颗粒混杂严重，精煤灰分升高。

3.2脉动频率对新型液固分选流化床分选效果的影响

在入料浓度40%及其他操作参数不变的情况下，考察了脉动频率对新型流化床分选效果的影响，实验结果如表3所示。

表3脉动频率与精煤产率、精煤灰分之间的关系

从表3可知，随着脉动频率的增大，精煤产率和精煤灰分呈现先逐渐增大而后变小的变化趋势。分析原因如下：脉动作为改善分选的外在形式之一，其本质是作用在颗粒上的压力梯度力，或称为动浮力，其是脉动分层的本质力。脉动频率较低时，压力梯度力主要表现为流化床床层上下密度差异形成的静压力梯度，而脉动产生的动压力梯度不足以形成影响到整个床层的动浮力，形成溢流的低密度级颗粒较少，精煤产率和精煤灰分较小；脉动频率变高时，脉动产生的动压力梯度变化开始显现，动浮力足以影响到整个床层，改善床层松散及分层的效果，精煤产率变大，部分细小重产物混入溢流使得精煤灰分亦变大。继续增大脉动频率，床层松散度减小，床层形成速度减慢，且每个脉动周期中末期吸啜效应越显著，高密度小颗粒钻隙能力增强，且由于新型流化床阻尼结构形成的涡流现象，低密度颗粒在松散的环境下较易进入溢流成为浮物，导致精煤产率和精煤灰分又变小，因此，对于脉动频率而言，不宜过大亦不宜过小。

3.3脉动幅值对新型液固分选流化床分选效果的影响

在入料浓度40%及其他操作参数不变的情况下，考察了脉动幅值对新型流化床分选效果的影响，这里脉动振幅指隔膜运动导杆上下调整的距离。随着脉动幅值的增大，精煤产率和精煤灰分先逐渐增大而后变小。如前文所述这是由于脉动的引入相当于增加了强化颗粒所受到浮力的外界能量，而这个能量具有周期性，脉动幅值的变化规律应该与脉动频率的影响规律一致。脉动幅值较小时，增加的能量难以形成足够大影响整个床层的动浮力，低密度级颗粒进入溢流的部分较少，精煤产率和精煤灰分较小；脉动幅值增大时，脉动足以影响到整个床层，动浮力充分作用到物料颗粒上，松散和分层改善作用显著，精煤产率变大，部分高密度级细小颗粒的混入使得浮物精煤灰分亦变大。

4螺旋分选机

螺旋分选机由矿浆分配器、中心柱、螺旋溜槽和产品截取器等组成[3]。矿粒的分选经历三个阶段：（1）颗粒群在进入溜槽之后的密度分层；（2）轻、重物料依靠离心力作用的横向分布；（3）不同密度的矿粒沿着不同回转半径的产品分割，实现分选过程。螺旋分选机是选矿和选粉煤、粗煤泥的设备之一，在澳大利亚和其他一些国家选煤厂中有着广泛应用，而我国选煤用螺旋分选机在上世纪80年代经过鉴定后才得到推广，推广力度也很有限。但螺旋分选机在我国一些动力煤选煤厂的粗煤泥分选中有着很好的推广应用，其分选及运行效果都比较良好。

螺旋分选机的优势：①一般有效分选密度较高在1.6kg/L以上；②无运动部件，对损耗和维修影响较小；③占地面积小；{4}结构简单；⑤吨煤分选成本低、分选下限低、适应于易洗煤选煤厂；⑥不仅能降灰，而且在脱硫方面，效果也比较显著。

螺旋分选机的缺点：①设备的分选路径较长，导致螺旋分选机较高，机身高度大，增加了给料和循环的难度；②对于煤质发生变化的适应性较差；③如果分选密度较低，分选效果会变差。

5TBS干扰床分选机

TBS（简称）利用上升水流在槽体内产生紊流的干扰沉降分选作用。紊流被视为起密度介质作用，可把粒度小于5mm物料分为两个粒度级，并利用密度的不同来分选[4]。按预定压力和流速由泵打出的上升水流到压力箱，通过紊流板均匀分布于TBS底部。固体物料进入TBS后分层，粗粒或较重的物料集中于槽体的底部，细物料和全部轻物料则朝上走。随着新物料给入，细而轻的物料通过溢流堰到溢流槽，粗重物料则通过由PID闭环控制器自动控制的球形阀门排出。探测器要浸入到紊流中相应高度，用于对槽体内物质密度不间断地监测。一旦达到或超出设定值，控制器便送出一个4～20mA的信号到气动执行器；气动执行器开启球形阀门排出物料直至床层密度降低再关闭阀门。气动执行器能在大于40mm范围内自由、平稳运动，梭形阀门可任意定位。

该设备具有占地面积小，处理能力大，分选精度较高，故障少，自动化程度高，运营费用低，无动力，人料量波动对分选效果影响小，精煤质量、产率及煤泥回收效率高等优势。

6煤泥重介旋流器

煤泥重介旋流器是利用离心力场进行分选的设备。工作时，固、液悬浮液以一定的压力从进料口切线给入旋流器，悬浮液强烈旋转，高密度颗粒随外旋流从底流口排出，密度小的颗粒位于高密度颗粒层的里面，随内旋流从溢流口排出，从而使悬浮液中的不同密度组分得到分选。分选精度高，运行费用比常规浮选低，分选密度宽，对入选原煤质量波动的适应性较强，且其本身无运动部件。

煤泥重介旋流器的优点：分选精度高，运行费用比常规浮选低，分选密度宽，对入选原煤质量波动的适应性较强，且其本身无运动部件。

煤泥重介旋流器的缺点：主要体现在分选效果易受加重质的粒度和分选密度控制等因素的影响。

7粗煤泥分选设备的发展趋势

我国的原煤入洗比例不高，煤炭洗选可为后续深加工创造良好的条件，大大减少煤炭燃烧后的污染。结合国情，煤炭洁净利用应优先解决煤炭利用前的洁净问题，重点开发和推广应用粗煤泥分选和脱水技术，搞好粗煤泥分选是至关重要的。通过以上几种较常见的粗煤泥分选设备的简述，不难发现不同分选设备兼有各自的优缺点和适用条件。因此，选煤厂应根据本厂入选原煤煤质特点，并结合设备各自的特点来确定适合本厂最佳的粗煤泥分选设备，进而使各种分选设备得到广泛的推广和应用，为选煤厂创造更高的经济效益。

结语

（1）在此新型阻尼脉动液固流化床结构下，当上升水流流量增大时，精煤产率和精煤灰分增大；当脉动频率和脉动幅值变大时，精煤产率和精煤灰分先逐渐增大而后变小。（2）在相对较优参数下，新型阻尼脉动液固流化床分选1.00~0.125mm宽粒级粗煤泥实验的精煤产率93.17%，灰分11.26%；尾煤灰分48.16%。

参考文献：

[1]王克兵，李延锋，张旭波，等.三产品液固流化床结构设计及试验研究［J］.煤炭工程，2014，46（11）：115-118.

[2]张迟强，李延锋，陈文刊，等.加重介液固流化床分选宽粒级粗煤泥的试验研究［J］.煤炭工程，2016，48（5）：122-125.