液固流化床粗煤泥分選機理與應用研究①

石常省 沃亞琦 馬瑞欣

(1.華北科技學院環境工程系,北京東燕郊 101601;2.廈門大學化學化工學院,福建廈門 381000)

液固流化床粗煤泥分選機理與應用研究①

石常省1②沃亞琦2馬瑞欣1

(1.華北科技學院環境工程系,北京東燕郊 101601;2.廈門大學化學化工學院,福建廈門 381000)

粗煤泥分選問題成為影響精煤產率提高的主要瓶頸。液固流化床分選機的分選原理能夠吻合粗煤泥本身的粒度范圍窄、需要低密度分選的特點,是一種結構簡單、分選效果較好的新技術 .本文分析了我國粗煤泥分選的現狀及存在的問題,指出 TBS干擾床分選機處理粗煤泥的優勢。闡述了顆粒特性、流體性質等對分選效果的影響,提出了在試驗過程中加大對上升水流流速、分布器結構等因素研究的必要性。

液固流化床分選機粗煤泥分選機理

0 引言

隨著機械化采煤程度的提高和地質條件的變化,所開采的煤炭日趨“貧、細、雜”化,從而使需要分選和分級的細粒物料越來越多。據不完全統計,3～0.2mm部分物料的含量一般都在 20%～45%左右,如汾西礦小于 3mm的粉煤產率高達47.9%。有的甚至更高,細粒物料含量的大幅度增加使細粒的分選、回收和利用逐步受到重視。

目前我國的工藝流程基本上是兩段 (粗粒用重選、細粒用浮選)或兩段半 (粗粒用重選、粗煤泥只回收、細粒用浮選)選煤模式,而國外大多數采用三段選煤模式,即粗粒重選、粗煤泥分選、細粒浮選。而我國細粒煤和難選高硫煤多,從脫硫降灰和提高全粒級分選精度和精煤產率角度考慮,采用三段選煤工藝更加合理。

這種三段選煤工藝的先進性需要通過性能優越的分選設備來體現。目前,大直徑重介旋流器具有處理量大,入料粒度范圍寬,分選效果好,對煤種和可選性適應性強的特點而作為粗粒煤分選的理想設備。旋流微泡浮選柱對細粒煤和超細粒煤具有選擇性好和分選精度高的特點做為細粒煤分選設備的最佳選擇。該工藝中新增加的粗煤泥分選是我國選煤的薄弱環節,需要加強研究。液固流化床作為一種先進的粗煤泥分選設備,吸引了研究者的廣泛關注。

1 液固流化床分選機的應用現狀

液固流化床分選分級機在國外應用于分級已有幾十年的歷史,但用于回收細粒煤卻是在最近20多年才開始的。液固流化床分選機 (TBS)是由古老的“水力分級機”原理發展而來的。第一臺 TBS誕生于 1934年。最早主要是用來對石英砂進行分級。20世紀 60年代,TBS就開始用于從矸石山和尾礦池中回收煤,自 20世紀 80年代起英國應用 TBS技術處理毛煤 (ROM)。目前,許多發達國家將它應用于選煤廠中代替螺旋分選機分選粗煤泥或精選螺旋分選機的精礦,使用效果表明,它比螺旋分選機具有更多的優勢,目前國外已大量應用于粗煤泥分選。據有關資料報道,它還能用來分選鎬石、石英、磷礦等礦物中的重金屬。

至今,全世界已有 200多臺 TBS用于毛煤加工、從尾礦中回收煤、建筑砂的凈化、鑄造砂分級、玻璃砂生產、礦砂和赤鐵礦砂的加工等。

近幾年,在貴州 (響水選煤廠、盤南煤炭開發有限責任公司選煤廠)、沈陽 (紅菱選煤廠、西馬選煤廠)、徐州 (張雙樓選煤廠、三河尖選煤廠)、河南 (神火煤電公司梁北選煤廠、河南永城煤業集團城郊選煤廠)、山東 (兗州礦業集團濟二礦選煤廠)等地都已采用了國外引進設備,使用效果比較理想。

2 液固流化床分選機的工作原理

液固流化床分選機是一種利用上升水流的作用使物料流態化,以粗顆粒、高密度物料作為加重質,實現入料按密度進行分層與分離的重選設備。該分選機主要由給料系統、排料系統、密度控制回路和分選床體四部分構成。其工作原理實質上是基于重力場中顆粒的干擾沉降理論,礦漿進人分選機后與上升水流相遇形成干擾床層,固體顆粒在分選機內做干擾沉降運動,達到穩定狀態后,密度低于干擾床層平均密度的顆粒浮起,進人溢流,密度大于干擾床層平均密度的顆粒穿透床層進入底流,通過底流口排出。干擾床層的密度由排料系統控制,即通過密度傳感器發出的信號控制排矸閘門實現床層密度控制。

3 試驗研究

以 2～1.5mm粒級的粗煤泥作為液固流化床給料,研究了上升水流速、分選室柱體高度等因素對液固流化床分選效果的影響。

3.1 試驗裝置

液固流化床分選裝置包括給料漏斗、液固流化床床體、給水水箱、產品處理裝置等部分,如圖 1所示。

圖 1 干擾床分選機分選系統圖

3.2 試驗結果及分析

3.2.1 上升水流速對液固流化床分選的影響

在柱高為 1000mm,給料量為 1000g時,調節上升水流速,對 2～1.5mm粒度級顆粒進行液固流化床分選試驗,結果見表 1。

表 1 不同上升水流速下 2～1.5mm粒度級物料分選試驗

由表 1可知,隨著上升水流速的增大,精煤的產率增加,精煤灰分也隨之升高,當上升水流速增大時,密度大的高灰分顆粒將會隨水流向上運動進入溢流,從而使精煤產品灰分增加,上升水流速最佳值可在理論計算的基礎上通過試驗確定。

3.2.2 柱高對液固流化床分選的影響

在上升水流速為 0.079m/s,柱高分別為1000mm、800mm、600mm條件下將 1000g2～1.5粒度級別物料給入液固流化床進行分選試驗,結果見表 2

表 2 不同柱高時 2～1.5mm粒度級別物料分選試驗

由上表可知,精煤產率隨著柱高的增加而增加,同時精煤灰分也隨之增加。

柱體偏低時,顆粒在床體中停留時間短,灰分高的顆粒容易進入溢流而污染精煤,分選不充分,影響分選效果,而柱體過高,也容易使得密度小而粒度大的精煤顆粒進入底流,出現跑粗現象而損失精煤。因而,在一定流速下有一最佳柱高,而該柱高在不同流速下不一定得到最佳分選效果,因此,在一定產品灰分要求下,柱高與上升水流速應成一定比例,即分選時最佳上升水流速越大,對應的最佳柱高也應越高。對于這點猜測,仍需進行更系統的實驗驗證。

4 結語

通過試驗研究得到以下結論:

1)實驗結果分析表明,液固流化床分選機能夠很好的完成粗煤泥的分選。

2)隨著上升水流速的增加,溢流精煤產品的產率增加,灰分也隨之增加。出于環保節能的考慮應在精煤產品滿足灰分要求的前提下盡可能選擇低流速。

3)分選中,隨著柱體高度的降低,溢流精煤產率增加,灰分也隨之增加。

試驗中發現各因素之間存在互相影響的關系,分選機理較為復雜,因此,有必要開發能夠反映液固流化床分選機理、包含各設計參數和操作參數的數學模型,利用數學模型模擬各參數對干擾床分選過程的影響,預測一定參數下的分選結果,優化干擾床分選機的設計參數及操作參數。

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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,江蘇徐州人,博士,華北科技學院環境工程系副教授,研究方向:環境保護。