脉动液固流化床粗煤泥分选试验研究(2)

分 选

对液固流化床粗煤泥分

选技术在粗煤泥分选中的的优缺点进行了阐述，李延峰对液固流化床粗煤泥分选机理进行了研究，设计了带有新型水流分布器的液固流化床分选机，并在葛店选煤厂取得了较好的分选指标。赵宏霞等人[11]对液固流化床分选机内的颗粒在不同流态下的沉降末速进行了计算。孙路路等人[12]发现稳定且均匀分布的上升水流和均布的粗煤泥下降水流是影响精煤质量和产率的重要因素，并利用 SolidWorks软件设计了具有较高的液固接触效率机械结构的高效干扰床。惠兵、何瑞明、李鑫等人[13-15]

对脉动液固流化床分选性能进行了

研究，发现脉动干扰床分选效果要优于传统干扰床分选机。但对于不同波形脉动水流分选效果探讨及其影响规律研究较少，为此，笔者在传统液固流化床的基础上，改进并设计了新型脉动液固流化床，通过脉动水流的引入强化分选过程中的密度效应，比较常规液固流化床与脉动液固流化床的分选效果，探索最佳的脉动水流波形，并初步分析了脉动液固流化床分选机理，为进一步工业试验和工艺优化提供依据。

1.2试验装置与方法试验设备采用定制的 110 mm有机玻璃脉动液固流化床，主要包括给料系统、脉动水流控制系统和分选系统 3部分，试验装置示意如图 1所示。试验过程中，固定给料浓度为 400 g/ L,给料速度为 2 kg/ min干煤泥。矿浆经搅拌桶充分搅匀后，由泵给入到分选

1试验1.1试验材料试样取自内蒙古酸刺沟选煤厂分级旋流器底流，筛取 2.00~ 0.25 mm粒度作为试验入料，粒度组成如表 1所列，密度组成如表 2所列。Tab. 1粒级/ mm -2.0+ 1.0 -1.0+ 0.25合计

表 1入料粒度组成 Size constitution of feedings灰分/% 29.72 31.03 30.69筛上累计产率/% 25.87 100.00灰分/% 29.72 30.69

产率/% 25.87 74.13 100.00

图 1试验装置示意 Fig. 1 Sketch of test device

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脉动液固流化床粗煤泥分选试验研究

第 42卷 2014年第 12期

机中，煤粒与自下而上的上升水流相遇做干扰沉降运本栏目编辑 张代瑶动，同时形成具有一定密度的流化床层，密度小于床层密度的物料进入溢流成为精煤产品，而密度大于床层密度的颗粒则穿过床层进入底流成为尾矿。试验过程中，通过变频器调节上升水流大小，并借助 PLC编程实现不同波形的上升水流。床层压力自控制系

统采用压力传感器— PID—尾矿阀的控制方案。根据床层压力的设定值和床层压力的检测值之间的偏差，通过 PID进行运算，自动调节设备底部尾矿出口的阀门开度，使床层的检测值能够跟踪设备床层的设定值，从而达到控制设备床层压力稳定的目的。

不同脉动波形对分选效果的影响如图 3所示。 Q1= 0.04×sin / 2 t+ 0.344 m3/ h, (1) Q2= 0.04×sin t+ 0.344 m3/ h, (2) Q3= 0.04×sin2 t+ 0.344 m3/ h, Q4= 0.08×sin / 2 t+ 0.344 m/ h, Q5= 0.08×sin t+ 0.344 m/ h, Q6= 0.08×sin2 t+ 0.344 m/ h,3 3 3

(3) (4) (5) (6)

分析图 3可知，随上升水流脉动频率的增加，不同水流振幅情况下的精煤产率均呈现上升趋势，振幅低时可以获得更高的精煤产率；产品质量方面，在低振幅工况下，随频率增加精煤灰分下降，而当上升水流振幅增加至 0.08 m3/ h时，灰分随脉动频率的增加而增加，小振幅高频率的上升水流可以获得灰分含量为 15.55%,产率为 77.47%的最佳分选指标。当脉动波形为高振幅与高频率的组合时，床层稳定性会遭到破坏，此时仅可获得灰分含量为 15.90%,产率为 74.80%的指标，分选效果下降。由此可见，小振幅高频率的脉动水流更有利于促进液固流化床内部床层的松散，减少颗粒间的包裹与夹带，通过颗粒的加减速效应，强化密度分选，分选效果得到改善。

2结果与讨论2.1恒定水流液固流化床分选试验不同上升水流 Q和床层压力对液固流化床分选效果的影响如图 2所示。从图 2可以发现，当上升水流Q保持恒定时，随床层压力的增大，分选机内固相容积浓度增大，导致床层密度和分选密度变大，精煤产率和精煤灰分呈现单调递增趋势；当床层压力保持恒定时，精煤灰分和产率也均随上升水流的增加而增加，大的上升水流也能获得高的精煤产率，说明流化床的分选密度受到床层压力和上升水流的双重影响。此外，随上升水流 Q的逐步增加，精煤产率随床层压力的增加而增大趋势减缓。

分 选94

图 3不同脉动波形对分选效果的影响 Fig. 3 In uence of pulsing ow waveform on separation effects

将各脉动水流分选指标与上升水流为 0.344 m3/ h、床层压力为 18.6 kPa的恒定水流试验指标相比发现：当振幅为 0.04 m3/ h时，脉动水流可获得更高的精煤产率和更低的灰分。例如，在振幅为 0.04 m3/ h且频图 2不同上升水流和床层压力对分选效果的影响 Fig. 2 In uence of rising ow and bed pressure on separation effects

率为 60次/ min时，精煤产率可提高 2.09%,灰分下降 0.09%;当振幅为 0.08 m3/ h时，其所得的精煤产率均要低于恒定

水流。这也进一步说明脉动水流的波形要匹配物料的性质，不合理的脉动并不能改善分选效果。分别采取上升水流为 0.344 m3/ h床层压力为 18.6 kPa的恒定水流试验和振幅为 0.04 m3/ h且脉动频率为 60次/ min (即低振幅高频率)脉动水流试验的精煤产品，筛分后计算得到精煤各粒级产率及灰分情况，如图 4所示。

2.2脉动水流液固流化床分选试验为探究脉动水流对液固流化床的分选效果的改善，寻找最佳的脉动水流波形，以 2.1节的试验为基础，固定床层压力为 18.6 kPa,PLC编程选取以下 6种按不同正弦波形变化的上升水流 (见式 (1)~ (6)),观察方程发现，6种波形水流在其一个完整脉动周期内与恒定上升水速为 0.344 m3/ h时的上升水量相同。

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Fig. 4

图 4精煤各粒级产率及灰分比较 Comparison of yield and ash content of each particle size of clean coal

从图 4可以看出，引入脉动水流后，-2.0+ 1.0 m m低灰粗粒级产率提高 2.62%,其灰分变化不明显；而对 -1.0+ 0.25 mm细粒级的影响主要表现在产品质量的改善，灰分可降低 1.70%;由此可见，脉动水流在一定程度上可降低入料中粗粒级错配率，同时强化细粒级基本按密度分选。

作用随之强化。值得注意一点是，在水流上升末期和下降初期，水流加速度会对分选产生一定程度的不利影响。脉动频率和振幅对分选分层效果的影响过程，简单讨论如下：脉动水流的振幅影响着床层扬起的高度和松散度，有关文献表明，床层所需的扬起高度与给料粒度呈正相关关系，因此，针对 TBS入料粒度小、范围窄的特点，要求的床层扬高小。由此可见，TBS只需要小振幅的水流，过高的振幅会严重破坏床层的稳定性。从另一方面讲，振幅的引入对扩宽入料粒度范围有着积极的意义。脉动频率对分选效果的影响主要体现在对颗粒加速度的影响；低频率脉动时，水流速度、煤粒直径以及形状因素对分选的不利影响越发突出，分选效果恶化；当采用高频率脉动时，加速度因素影响得到加强，直径和形状影响削弱，床层可以更充分地按密度进行分选。

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