石常省 沃亚琦 马瑞欣

(1.华北科技学院环境工程系,北京东燕郊 101601;2.厦门大学化学化工学院,福建厦门 381000)

液固流化床粗煤泥分选机理与应用研究①

石常省1②沃亚琦2马瑞欣1

(1.华北科技学院环境工程系,北京东燕郊 101601;2.厦门大学化学化工学院,福建厦门 381000)

粗煤泥分选问题成为影响精煤产率提高的主要瓶颈。液固流化床分选机的分选原理能够吻合粗煤泥本身的粒度范围窄、需要低密度分选的特点,是一种结构简单、分选效果较好的新技术 .本文分析了我国粗煤泥分选的现状及存在的问题,指出 TBS干扰床分选机处理粗煤泥的优势。阐述了颗粒特性、流体性质等对分选效果的影响,提出了在试验过程中加大对上升水流流速、分布器结构等因素研究的必要性。

液固流化床分选机粗煤泥分选机理

0 引言

随着机械化采煤程度的提高和地质条件的变化,所开采的煤炭日趋“贫、细、杂”化,从而使需要分选和分级的细粒物料越来越多。据不完全统计,3～0.2mm部分物料的含量一般都在 20%～45%左右,如汾西矿小于 3mm的粉煤产率高达47.9%。有的甚至更高,细粒物料含量的大幅度增加使细粒的分选、回收和利用逐步受到重视。

目前我国的工艺流程基本上是两段 (粗粒用重选、细粒用浮选)或两段半 (粗粒用重选、粗煤泥只回收、细粒用浮选)选煤模式,而国外大多数采用三段选煤模式,即粗粒重选、粗煤泥分选、细粒浮选。而我国细粒煤和难选高硫煤多,从脱硫降灰和提高全粒级分选精度和精煤产率角度考虑,采用三段选煤工艺更加合理。

这种三段选煤工艺的先进性需要通过性能优越的分选设备来体现。目前,大直径重介旋流器具有处理量大,入料粒度范围宽,分选效果好,对煤种和可选性适应性强的特点而作为粗粒煤分选的理想设备。旋流微泡浮选柱对细粒煤和超细粒煤具有选择性好和分选精度高的特点做为细粒煤分选设备的最佳选择。该工艺中新增加的粗煤泥分选是我国选煤的薄弱环节,需要加强研究。液固流化床作为一种先进的粗煤泥分选设备,吸引了研究者的广泛关注。

1 液固流化床分选机的应用现状

液固流化床分选分级机在国外应用于分级已有几十年的历史,但用于回收细粒煤却是在最近20多年才开始的。液固流化床分选机 (TBS)是由古老的“水力分级机”原理发展而来的。第一台 TBS诞生于 1934年。最早主要是用来对石英砂进行分级。20世纪 60年代,TBS就开始用于从矸石山和尾矿池中回收煤,自 20世纪 80年代起英国应用 TBS技术处理毛煤 (ROM)。目前,许多发达国家将它应用于选煤厂中代替螺旋分选机分选粗煤泥或精选螺旋分选机的精矿,使用效果表明,它比螺旋分选机具有更多的优势,目前国外已大量应用于粗煤泥分选。据有关资料报道,它还能用来分选镐石、石英、磷矿等矿物中的重金属。

至今,全世界已有 200多台 TBS用于毛煤加工、从尾矿中回收煤、建筑砂的净化、铸造砂分级、玻璃砂生产、矿砂和赤铁矿砂的加工等。

近几年,在贵州 (响水选煤厂、盘南煤炭开发有限责任公司选煤厂)、沈阳 (红菱选煤厂、西马选煤厂)、徐州 (张双楼选煤厂、三河尖选煤厂)、河南 (神火煤电公司梁北选煤厂、河南永城煤业集团城郊选煤厂)、山东 (兖州矿业集团济二矿选煤厂)等地都已采用了国外引进设备,使用效果比较理想。

2 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。

3 试验研究

以 2～1.5mm粒级的粗煤泥作为液固流化床给料,研究了上升水流速、分选室柱体高度等因素对液固流化床分选效果的影响。

3.1 试验装置

液固流化床分选装置包括给料漏斗、液固流化床床体、给水水箱、产品处理装置等部分,如图 1所示。

图 1 干扰床分选机分选系统图

3.2 试验结果及分析

3.2.1 上升水流速对液固流化床分选的影响

在柱高为 1000mm,给料量为 1000g时,调节上升水流速,对 2～1.5mm粒度级颗粒进行液固流化床分选试验,结果见表 1。

表 1 不同上升水流速下 2～1.5mm粒度级物料分选试验

由表 1可知,随着上升水流速的增大,精煤的产率增加,精煤灰分也随之升高,当上升水流速增大时,密度大的高灰分颗粒将会随水流向上运动进入溢流,从而使精煤产品灰分增加,上升水流速最佳值可在理论计算的基础上通过试验确定。

3.2.2 柱高对液固流化床分选的影响

在上升水流速为 0.079m/s,柱高分别为1000mm、800mm、600mm条件下将 1000g2～1.5粒度级别物料给入液固流化床进行分选试验,结果见表 2

表 2 不同柱高时 2～1.5mm粒度级别物料分选试验

由上表可知,精煤产率随着柱高的增加而增加,同时精煤灰分也随之增加。

柱体偏低时,颗粒在床体中停留时间短,灰分高的颗粒容易进入溢流而污染精煤,分选不充分,影响分选效果,而柱体过高,也容易使得密度小而粒度大的精煤颗粒进入底流,出现跑粗现象而损失精煤。因而,在一定流速下有一最佳柱高,而该柱高在不同流速下不一定得到最佳分选效果,因此,在一定产品灰分要求下,柱高与上升水流速应成一定比例,即分选时最佳上升水流速越大,对应的最佳柱高也应越高。对于这点猜测,仍需进行更系统的实验验证。

4 结语

通过试验研究得到以下结论:

1)实验结果分析表明,液固流化床分选机能够很好的完成粗煤泥的分选。

2)随着上升水流速的增加,溢流精煤产品的产率增加,灰分也随之增加。出于环保节能的考虑应在精煤产品满足灰分要求的前提下尽可能选择低流速。

3)分选中,随着柱体高度的降低,溢流精煤产率增加,灰分也随之增加。

试验中发现各因素之间存在互相影响的关系,分选机理较为复杂,因此,有必要开发能够反映液固流化床分选机理、包含各设计参数和操作参数的数学模型,利用数学模型模拟各参数对干扰床分选过程的影响,预测一定参数下的分选结果,优化干扰床分选机的设计参数及操作参数。

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Study On the Sepatation M echan ism And Application Of L iquid-Solid Fluidized Bed Coarse Sl ime Separator

SHI Changsheng1,WO Yaqi2,MA Ruixin1

(1.Environmental Engineering Depar tment,North China Institute of Science and Technology,Yanjiao Beijing-East 101601;2.Xiamen University,Shameng Fujian 381000)

The separation of coarse slime has become the key point affecting the clean coal yield.The separation theory ofLiquid-Solid Fluidized Bed coarse sl ime separator can match the characteristics of narrow granularity bound,low density separation of coarse sl ime.It is a new technologywith excellent separation results and with simple configuration.The paper analyzed the present status and existingproblemsof the coarse slime separtation in China and pointed out the advantagesof the teetered bed separation in the tream of the coarse slime.The paper stated the particle features fluid properties and others affected to the separation results.The paper pointed out the necessity to enhanced the research on the up-ward water flow velocity,distributor structure and other factors in the test procedure.

liquid-solid fluidized bed separator;Coarse slime;separation mechanism

TD921+.3

A

1672-7169(2011)02-0063-03

2011-02-21

石常省 (1979-),男,江苏徐州人,博士,华北科技学院环境工程系副教授,研究方向:环境保护。