距径比对煤用螺旋分选机流膜厚度分布及分选效果的影响.pdf

doi 10. 11799/ ce202005032 收稿日期 2019-09-18 作者简介 李吉辉1987, 男, 河南荥阳人, 博士, 讲师, 从事矿物加工原理、 工艺及设备方向的研究工作, E-mail lijihuisci outlook. com。 引用格式 李吉辉, 霍亚洋, 叶贵川, 等. 距径比对煤用螺旋分选机流膜厚度分布及分选效果的影响 [J]. 煤炭工程, 2020, 525 154-157. 距径比对煤用螺旋分选机流膜 厚度分布及分选效果的影响 李吉辉, 霍亚洋, 叶贵川, 杨 烽, 杨 帅, 田明坤, 马力强 中国矿业大学北京, 北京 100083 摘 要 以寺河选煤厂粒度范围为 1. 50. 5mm 的粗煤泥为样品, 在传统煤用螺旋分选机结构 基础上, 设计了距径比分别为 0. 40、 0. 37 和 0. 34 的三台螺旋分选机, 考察了距径比对煤用螺旋分 选机流膜厚度分布及粗煤泥分选效果的影响规律。 结果表明 在螺旋分选机的横截面上, 流膜厚度 呈内缘薄外缘厚的规律; 距径比对流膜厚度的影响明显, 0. 34 距径比内缘流膜厚度大, 0. 40 距径 比外缘流膜厚度大; 对于此易选粗煤泥, 对比三个距径比螺旋分选机的分选效果, 发现距径比越 高, 螺旋分选机分选精煤产率越高、 尾煤灰分也相应显著提升。 关键词 螺旋分选机; 粗煤泥; 流膜厚度; 螺距 中图分类号 TD942; TD455 文献标识码 A 文章编号 1671-0959202005-0154-04 Effect of distance-diameter ratio on flow film thickness distribution and separation effect of coal spiral separator LI Ji-hui, HUO Ya-yang, YE Gui-chuan, YANG Feng, YANG Shuai, TIAN Ming-kun, MA Li-qiang China University of Mining and Technology Beijing, Beijing 100083, China Abstract The coarse slime with a particle size range of 1. 50. 5mm in Sihe Coal Preparation Plant is taken as the samples. Based on the structure of traditional spiral separators for coal, three spiral separators with pitch diameter ratio of 0. 40, 0. 37, and 0. 34 are designed, and the effects of pitch diameter ratio on flowing film thickness distribution and the separation effect of coarse slime in coal spiral separator are investigated. The results show that on the cross-section of the spiral separator, the flowing film thickness is thinner at the inner edge and thicker at the outer edge. And the effect of the pitch diameter ratio on the flowing film thickness is obvious, the pitch diameter ratio of 0. 34 is thicker than that of the inner edge, and the pitch diameter ratio of 0. 40 is thicker than that of the outer edge.For the easy separation of coarse slime, compared with the separation effect of the spiral separator with three pitch diameter ratios, it is found that the higher the pitch diameter ratio, the higher the clean coal yield by the spiral separator, and the content of tail coal ash is also significantly increased. Keywords spiral separator; coarse slime; flow film thickness; pitch 我国炼焦煤选煤厂多采用重选与浮选相结合的 工艺, 随着重选设备的大型化, -1mm 的煤泥得不 到有效的分选, 同时浮选工艺对0. 25mm 煤泥的 分选效果较差, 提高 1 0. 25mm 粗煤泥的分选效 果对完善我国煤炭分选工艺具有重要意义。 选煤厂 常用的粗煤泥分选设备主要有煤泥重介旋流器、 TBS 干扰床、 水介质旋流器和螺旋分选机等。 相对 于其他粗煤泥分选设备, 螺旋分选机具有结构简 单、 分选效率高、 无噪音、 无转动部件、 无动力、 维修费用极少及使用期限较长等优点[1-6], 在澳大 利亚、 南非等国用于精选 0. 076 3mm 粉煤[7-9]。 螺旋分选级依靠自身流膜特性, 在离心力场和重力 场共同的作用下进行高效分选。 我国在 20 世纪 80 年代将螺旋分选机应用于煤炭分选, 先后研制出 451 第52卷第5期 煤 炭 工 程 COAL ENGINEERING Vol. 52, No. 5 XL 系列、 SML 系列、 ZK-LX 系列螺旋分选机以及 振动螺旋干法分选机, 多用于动力煤选煤厂和可选 性较好的炼焦煤选煤厂[10-16]。 螺旋分选机具有较久的历史, 但相关理论研究 在最近 30 年才日渐完善。 在螺旋槽中, 水流具有螺 旋运动和断面环流两种运动方式, 构成了一个三维 空间的复合螺旋线运动。 在分选时, 螺旋运动不但 可以输送、 分散和分层矿物, 而且是断面环流产生 的主要原因。 断面环流可以加速矿物的径向分带, 提高分选效率和降低精矿灰分[9,17-23]。 目前国内外 对螺旋分选机的水流厚度研究较少, 本文在传统煤 用螺旋分选机结构基础上, 自行设计了三个距径比 分别为 0. 40、 0. 37 和 0. 34 的螺旋分选机, 并通过 自制的厚度测定装置, 考察这三个距径比下螺旋分 选机的流膜厚度和分选效果, 为薄流膜分选机理研 究奠定基础。 1 螺旋分选系统及试验方法 1. 1 试验煤样 试验煤样为山西寺河矿粗煤泥入料, 煤种为无 烟煤。 煤样粒度和密度分析结果见表 1、 表 2。 原煤 灰分在 21. 84, 是低灰的粗煤泥入料。 煤样粒度主 要分布在 1. 50. 5mm 之间, 占 92. 24, 其中 1. 0 0. 71mm 占比最多, 为 37. 24。 煤样的密度主要分 布在 1. 41. 5g/ cm3, 根据煤样可选性曲线图 1得 到设定精煤灰分为 10时, 精煤产率为 82, 理论 分选密度为 1. 7g/ cm3, 可选行为易选。 表 1 煤样粒度分析 粒级/ mm产率/ 灰分/ 正累计 产率/ 灰分/ 负累计 产率/ 灰分/ 1. 54. 61 26. 414. 6126. 41100. 0021. 84 1. 5122. 9125. 3127. 5225. 4995. 3921. 62 10. 7137. 2419. 2464. 7721. 9072. 4820. 45 0. 710. 532. 0920. 7096. 8521. 5035. 2321. 72 0. 50. 252. 8130. 7299. 6621. 763. 1532. 09 -0. 250. 34 43. 52100. 0021. 840. 3443. 52 表 2 煤样密度分析 密度级/ g cm -3 产率/ 灰分/ 浮物累计 产率/ 灰分/ 沉物累计 产率/ 灰分/ 分选密度0. 1g/ cm3含量 密度/ g cm -3 产率/ 1. 817. 4479. 0310022. 1317. 4479. 03 合计10022. 13 图 1 可选性曲线 1. 2 分选试验系统 在传统煤用螺旋分选机结构基础上, 设计加工 了距径比分别为 0. 40、 0. 37 和 0. 34 的三台直径 650mm 横向倾角 15的 5 圈螺旋分选机, 分选试验 系统如图 2 所示。 1. 3 流膜厚度测试 流膜厚度测量装置主要由径向横梁、 螺纹杆和支 撑梁组成如图 3 所示。 在螺旋分选机支撑梁上固定 图 2 分选实验系统 径向横梁, 沿横梁水平方向等距设 18 个竖直螺纹孔, 分别安装螺纹杆, 靠近内缘的螺纹杆起固定位置的作 用。 测量时, 旋转调整其他 17 根螺纹杆高度使下端 与流膜上液面相切, 测得流膜液面距离槽底的竖直高 度以计算流膜厚度。 流膜厚度测试原理如图 4 所示, H 为螺旋分选机中某一半径处液面和槽底之间的竖直 高度, h 为该半径处的流膜厚度, β 为该半径处的横 向倾角, 用 H 和 β 余弦值的积近似表征 h。 本文测定步骤如下 将 40kg 清水加入搅拌桶, 551 2020 年第 5 期 煤 炭 工 程 研究探讨 图 3 流膜厚度测量示意图 图 4 流膜厚度测试原理图 用渣浆泵将水输送到螺旋分选机入料口, 使水流平 铺在槽面上, 然后调节变频器使液流的流量稳定在 2. 0m3/ h 左右, 在螺旋分选机的每一圈共五圈多 次测量流膜厚度, 通过游标卡尺准确读数, 取平均 值进行计算。 1. 4 分选实验 在进行分选实验时, 在混料桶中加入 30kg 水和 10kg 的煤样, 充分搅拌混匀后, 用渣浆泵将矿浆输 送到螺旋分选机入料口, 使矿浆平铺在槽面上, 然 后调节变频器使矿浆的流量为 2. 0m3/ h 左右, 待矿 浆稳定后, 通过螺旋分选机底部 4 个径向分布的取 样管收集样品, 对产品进行过滤、 干燥和化验。 2 试验结果与分析 2. 1 流膜厚度沿螺旋线方向的分布特征 对螺旋分选机流膜厚度测定结果如图 5图 7 所示。 图 5 距径比为 0. 40 的螺旋分选机流膜厚度变化 由图 5 可知, 在一定流量条件下, 流膜厚度随 着螺旋分选机距离轴心的半径增加而增加, 在临近 图 6 距径比为 0. 37 的螺旋分选机流膜厚度变化 图 7 距径比为 0. 34 的螺旋分选机流膜厚度变化 槽的外边缘时, 流膜厚度从最高值迅速降低。 流膜 厚度在半径为 160mm约二分之一槽体半径前较小 且几乎不变, 当半径大于 180mm, 流膜厚度增加明 显。 这是由于受到离心力和重力的共同作用, 运动 初始, 槽面的上层流体不断向外缘运动, 造成液面 堆积; 而在外缘处, 流体势能累积得到释放, 转换 为切线方向动能, 流膜变薄。 对于内缘, 五圈的流 膜厚度变化不大, 对于外缘, 前两圈的流膜厚度明 显增加, 至第三圈后流膜厚度分布基本保持不变, 此时流体基本保持受力的平衡状态, 流态基本稳定。 2. 2 距径比对流膜厚度分布的影响 对比三个距径比螺旋分选机流膜厚度分布图 5图 7发现, 在内缘时, 0. 34 距径比的螺旋分选 机流膜厚度最大, 其分布更符合薄流膜分选的期望, 因为较厚的内缘流膜可以促进高密度颗粒在内缘的 积聚。 而对于 0. 37 和 0. 40 距径比螺旋分选机, 在 相同半径处, 内缘流膜厚度逐渐降低。 对于外缘流 膜厚度, 0. 40 距径比的螺旋分选机最大, 随着距径 比降低依次减小。 由此, 可以推断, 对于易选物料, 可以采用较 大的距径比, 实现更多精煤在外缘的富集; 对于分 选密度附近含量较高的难选物料, 可以采用较小的 距径比, 增加内缘流膜厚度, 以促进中高密度颗粒 向内缘的运动与分离。 对于不同距径比, 前两圈的流膜厚度均不稳定, 后三圈的流膜厚度分布基本保持不变, 说明随着流 体沿螺旋线方向运动的进行, 流体受力逐渐平衡, 651 研究探讨 煤 炭 工 程 2020 年第 5 期 流膜厚度分布也趋于保持稳定。 2. 3 距径比对粗煤泥分选效果的影响 由三台不同距径比的螺旋分选机对煤样进行分选 试验, 结果见表 3。 可以得出, 采用螺旋分选机进行 以 1. 500. 5mm 粒级为主的粗煤泥分选时, 分选完成 时物料主要集中在外槽, 即 3、 4 号取样点位置, 说 明图 4图 6 得到的流膜厚度分布规律符合实际分选 结果。 其中低密度颗粒集中在外缘, 精煤产率高, 富 集效果较好; 而高密度颗粒集中在内槽, 尾矿灰分 高, 排矸效果好。 这是因为低密度颗粒所受的重力比 高密度颗粒小, 易浮在流膜上层, 受到离心力、 重力 和水流作用力的合力朝向外缘; 而高密度颗粒沉在下 层, 受到的离心力、 重力、 摩擦力和水流作用力的合 力朝向内缘, 因此同时产生了纵向分层和横向分离运 动。 对比不同距径比螺旋分选机的分选数据, 发现精 煤灰分在低于 10时, 距径比为 0. 40 的分选机精煤 产率高, 同时尾煤灰分也高, 精煤富集和排矸效果比 其他两台分选机要好。 说明对于此易选粗煤泥样品, 相对大的螺距对分选有利。 表 3 不同距径比螺旋分选机分选试验数据表 取样管编号 距径比 0. 40 产率/ 灰分/ 距径比 0. 37 产率/ 灰分/ 距径比 0. 34 产率/ 灰分/ 113. 0968. 8117. 7966. 1415. 2967. 55 28. 7732. 4212. 6826. 6717. 8120. 65 318. 8115. 6536. 4410. 7536. 6710. 92 459. 338. 0433. 098. 6430. 238. 73 合计精煤34 78. 149. 8769. 539. 7566. 99. 93 合计尾煤12 21. 8654. 2130. 4749. 7133. 142. 31 3 结 论 1 在一定流量条件下, 流膜厚度随距离螺旋分 选机轴心的半径增加而增加, 但在小于半径的二分 之一的内缘, 流膜厚度变化不大; 从半径的二分之 一位置起, 流膜厚度迅速增加, 在临近槽的外边缘 时流膜厚度达到最大值。 2 内缘流膜厚度随距径比的降低而逐渐增加, 外缘流膜厚度随距径比的升高而增加。 对于 1. 50 0. 50mm 易选粗煤泥, 距径比为 0. 40 的螺旋分选机 分选效果优于距径比为 0. 37 和 0. 34。 由此推断, 对 于易选物料, 可以采用较大的距径比, 实现更多精 煤在外缘的富集, 对于分选密度附近含量较高的难 选物料, 应采用较小的距径比, 以增加内缘流膜厚 度, 以促进中高密度颗粒向内缘的运动与分离。 参考文献 [1] 崔广文, 赵 辉, 徐东升, 等.粗煤泥分选新工艺的探讨 [J]. 煤炭加工与综合利用, 2014 10-13. 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