液固流化床粗煤泥分选机理与应用研究_石常省
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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 。
① 收稿日期 :2011 -02 -21 ② 作者简介 :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 。
参考文献 : [ 1] 戴少 康 .选煤 工艺设 计的 思路与 方法 [ M] .北
京 :煤炭工业出版社 , 2003 [ 2] Galvin, K.P..Ageneralizedempiricaldescrip-
tionforparticleslipvelocitiesinliquidfulidized beds[ J] .ChemicalEngineeringScience, 1999, (5 4):8 [ 3] Honaker, R.Q., Paul, B.C., Wang, D.and Ho, K., 1995, “ EnhancedGravitySeparation: an Alternative toFloatation, ” High Efficiency CoalPreparation(ed.S.K.Kawatra, )Society forMining, Metallurgy, andExploration, Inc., Littleton, Colorado, Chapter5:69 -78 [ 4] JaisenN.KohmuenchImprovingefficienciesin water-basedseparatorsusingmathematicalanalysistools[ Dissertation] , Blacksburg, Virginia, USA.2000, 11 [ 5] Xia, Y.K., CFDsimulationoffineparticlegravityseparationinhindered-settlingbedseparators. ChemicalProductandProcessModeling, 2007, 2 (3):11 [ 6] 李延峰 .细粒煤在液固流 态化介质 中高效分离 研究 [ D] .硕士论文 , 2004
第 8卷 第 2期
华北科技学院学报
2011年 4月
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)
摘 要 :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 。 关键词 :液固流化床分选机 粗煤泥 分选机理 中图分类号 :TD921+.3 文献标识码 :A 文章编号 :1672 -7169(2011)02 -0063 -03
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 。
Abstract:Theseparationofcoarseslimehasbecomethekeypointaffectingthecleancoalyield.TheseparationtheoryofLiquid -SolidFluidizedBedcoarseslimeseparatorcanmatchthecharacteristicsofnarrowgranularitybound, lowdensityseparationof coarseslime.Itisanewtechnologywithexcellentseparationresultsandwithsimpleconfiguration.ThepaperanalyzedthepresentstatusandexistingproblemsofthecoarseslimesepartationinChinaandpointedouttheadvantagesoftheteeteredbedseparationinthetreamofthecoarseslime.Thepaperstatedtheparticlefeaturesfluidpropertiesandothersaffectedtotheseparationresults.Thepaperpointedoutthenecessitytoenhancedtheresearchontheup-wardwaterflowvelocity, distributorstructureand otherfactorsinthetestprocedure. Keywords:liquid-solidfluidizedbedseparator;Coarseslime;separationmechanism
64
第 2期
石常省等 :液固流化床 粗煤泥分选机理与应用研究
Hale Waihona Puke Baidu
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 。
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 。
StudyOntheSepatationMechanism AndApplicationOfLiquid-Solid FluidizedBedCoarseSlimeSeparator
SHIChangsheng1 , WOYaqi2 , MARuixin1
(1.EnvironmentalEngineeringDepartment, NorthChinaInstituteofScienceandTechnology, YanjiaoBeijing-East101601;2.XiamenUniversity, ShamengFujian381000)
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 。
产率 % 26.23 15.85 12.60
尾煤
灰分 % 10.79 15.65 17.95
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
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
6 7 8 9 10
上升水流速 m/s
0.053 0.062 0.071 0.079 0.088
产率 %
2.30 22.95 60.31 73.77 78.09
精煤
灰分 %
3.86 4.1 4.35 4.66 5.31
产率 %
99.8 77.05 39.69 26.23 21.91
尾煤
灰分 %
11.20 10.96 11.06 10.79 11.84
63
第 8卷 第 2期
华北科技学院学报
2011年 4月
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 。
3.2 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
上升水流量 m3 /h
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
柱高 mm
100 80 60
产率 % 73.77 84.15 87.40
精煤
灰分 % 4.66 5.57 7.58
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 。
① 收稿日期 :2011 -02 -21 ② 作者简介 :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 。
参考文献 : [ 1] 戴少 康 .选煤 工艺设 计的 思路与 方法 [ M] .北
京 :煤炭工业出版社 , 2003 [ 2] Galvin, K.P..Ageneralizedempiricaldescrip-
tionforparticleslipvelocitiesinliquidfulidized beds[ J] .ChemicalEngineeringScience, 1999, (5 4):8 [ 3] Honaker, R.Q., Paul, B.C., Wang, D.and Ho, K., 1995, “ EnhancedGravitySeparation: an Alternative toFloatation, ” High Efficiency CoalPreparation(ed.S.K.Kawatra, )Society forMining, Metallurgy, andExploration, Inc., Littleton, Colorado, Chapter5:69 -78 [ 4] JaisenN.KohmuenchImprovingefficienciesin water-basedseparatorsusingmathematicalanalysistools[ Dissertation] , Blacksburg, Virginia, USA.2000, 11 [ 5] Xia, Y.K., CFDsimulationoffineparticlegravityseparationinhindered-settlingbedseparators. ChemicalProductandProcessModeling, 2007, 2 (3):11 [ 6] 李延峰 .细粒煤在液固流 态化介质 中高效分离 研究 [ D] .硕士论文 , 2004
第 8卷 第 2期
华北科技学院学报
2011年 4月
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)
摘 要 :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 。 关键词 :液固流化床分选机 粗煤泥 分选机理 中图分类号 :TD921+.3 文献标识码 :A 文章编号 :1672 -7169(2011)02 -0063 -03
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 。
Abstract:Theseparationofcoarseslimehasbecomethekeypointaffectingthecleancoalyield.TheseparationtheoryofLiquid -SolidFluidizedBedcoarseslimeseparatorcanmatchthecharacteristicsofnarrowgranularitybound, lowdensityseparationof coarseslime.Itisanewtechnologywithexcellentseparationresultsandwithsimpleconfiguration.ThepaperanalyzedthepresentstatusandexistingproblemsofthecoarseslimesepartationinChinaandpointedouttheadvantagesoftheteeteredbedseparationinthetreamofthecoarseslime.Thepaperstatedtheparticlefeaturesfluidpropertiesandothersaffectedtotheseparationresults.Thepaperpointedoutthenecessitytoenhancedtheresearchontheup-wardwaterflowvelocity, distributorstructureand otherfactorsinthetestprocedure. Keywords:liquid-solidfluidizedbedseparator;Coarseslime;separationmechanism
64
第 2期
石常省等 :液固流化床 粗煤泥分选机理与应用研究
Hale Waihona Puke Baidu
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 。
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 。
StudyOntheSepatationMechanism AndApplicationOfLiquid-Solid FluidizedBedCoarseSlimeSeparator
SHIChangsheng1 , WOYaqi2 , MARuixin1
(1.EnvironmentalEngineeringDepartment, NorthChinaInstituteofScienceandTechnology, YanjiaoBeijing-East101601;2.XiamenUniversity, ShamengFujian381000)
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 。
产率 % 26.23 15.85 12.60
尾煤
灰分 % 10.79 15.65 17.95
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
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
6 7 8 9 10
上升水流速 m/s
0.053 0.062 0.071 0.079 0.088
产率 %
2.30 22.95 60.31 73.77 78.09
精煤
灰分 %
3.86 4.1 4.35 4.66 5.31
产率 %
99.8 77.05 39.69 26.23 21.91
尾煤
灰分 %
11.20 10.96 11.06 10.79 11.84
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华北科技学院学报
2011年 4月
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 。
3.2 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
上升水流量 m3 /h
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
柱高 mm
100 80 60
产率 % 73.77 84.15 87.40
精煤
灰分 % 4.66 5.57 7.58