我国西部煤炭分选洁净的途径.pdf

1 歹名r -3 干乏 礼 我国西部煤炭分选洁净的途径‘ 流化床高效干法选煤技术 骆振福 中国矿业大学化工学院 徐州2 2 1 0 0 8 摘要我国有 2 / 3以上的煤炭资源分布在西部等缺水地区，西部大开发中煤炭的分选洁净及利用 十分必要。本文在分析气固流化床特性的基础上，对流化床干法分选理论进行了深人研究，揭示了空气 重介质流化床的分选机理。试验结果表明空气重介质流化床可有效地分选煤炭，为我国西部煤炭资源 的分选洁净提供了一条途径。 关扭词西部煤炭分选流化庆 A NE W C OAL C L E ANI NG P ROC E S S F LUI DI ZED BED DRY S EP ARATI ON S UI TABLE F OR THE W E S TERN REGI ON OF CHI NA L u o Z h e n f u C h i n a Mi n i n g T e c h n o lo g y U n i v e r s i t y 2 2 1 0 0 8 A b A r a c t Mo re t h a n 2 / 3 o f C h i n a s c o a l i s d e p o s i t e d i n t h e w e s t e r n r e g i o n w h e r e t h e r e is a l a c k o f w a t e r , C o a l c l e a n i n g i s o f g r e a t i m p o r t a n c e f o r t h e d e v e l o p m e n t o f t h e r e g io n . T h e p a p e r i n t r o d u c e s t h e t h e o r y o f c o a l d ry s e p e r a t i o n a n d t h e m e c h a n i s m o f I l u i d i z e d b e d u s i n g g a s a s h e a v y m e d i u m. T e s t r e s u l t s h o w s t h a t I l u i d i z e d b e d d ry s e p e r a t i o n is a s u i t a b l e m e t h o d t o c l e a n c o a l i n t h e w e s t e r n r e g i o n o f C h i n a K e y w o r d s D r y s e p e r a t io n o f c o a l , F l u id iz e d b e d s e p e r a t i o n p r o c e s s 煤炭在我国一次能源消费结构中占7 2 左右， 而且煤炭作为主要能源在今后相当长时期内不会有 大的改变，而我国的煤炭人选比例只有2 5 ，动 力煤仅为 1 1 ，在我国的煤炭消费结构中，动力 煤占8 0 以上，这就造成十分严重的燃煤引起的 环境污染 如烟尘，二氧化硫和酸雨 。据统计， 1 9 9 7 年全国5 0 2 排放量约为2 3 4 6 万t ，烟尘排放 量为 1 8 7 3万 t ，酸雨影响面积占国土 3 0 ，这其 中嫉煤造成的S 0 2 和烟尘排放量分别占9 0 和 8 0 ，因此必须大力发展洁净煤技术，保护环境， 综合利用煤炭资源，作为洁净煤技术源头的燃前洁 净选煤技术则应优先发展。 在选煤领域 ，国内外普遍采用湿法分选方法， 而我国的煤炭资源有2 / 3以上分布在西部等缺水地 区，随着国家西部大开发的实施，煤炭资源的分选 洁净也迎来了新的机遇和挑战，西部地区煤炭洁净 利用显得尤为突出。研究适合我国国情，特别是西 部地区煤炭特点的高效干法选煤技术已十分迫切。 在空气重介质流化床干法选煤研究方面，俄罗 斯、美国、加拿大、日 本等都在作研究，但都没有 实现工业化。中国矿业大学自1 9 8 4年开展该项研 究，先后经历模型试验、中试，工业性试验，拥有 自主的知识产权。 1 流化床的分选理论 1 . 1 气固两相流化床的似流体性质 气固两相流化床在一定气速操作下的鼓泡床阶 国家自然科学荃金资助项目 5 9 9 7 4 0 3 0 1 2 中国矿业 2 0 0 1 年第 1 0卷第 5期 段具有流体的特性， 具体表现为 ①两连通床层能 自动调整同一水平面 【 图 1 a .②当容器倾斜 时，床层上表面仍保持水平 图 1 6 a③床层 中任意两点压力差大致等于此两点间的床层静压头 〔 图1 c .④具有象流体一样的流动性，如在容 器壁上开孔，颗粒将从孔口流出 图 1 d .⑤ 小于床层密度的物体将浮于床面，反之，则沉于床 底。基本符合阿基米德定律 〔 图1 e. - P b d I U , I U , ， 这里C o 为曳力系数。 U ， 为加重质 颗粒与被选物料的相对运动速度，m/ s 。根据对被 选物料在床层中所受各力的分析，可将其在流化床 中的运动方程写为 6， 一 6 n dPbg 一 告 n dpg 6 “ dZ IU ,IU , 2 式中， p 为被 选物 料的 密 度， k g / m 3 ; a 为 被选 物料在流化床中运动的加速度二m/ s 。整理可得; 。 P b 理g 留l u lu , 3 |HJ人八︸嘴，1刁矛 L厂卜卜卜卜r卜r戈‘ 之 戈舀 式 ‘ ， ， 中 P b - PP g 为 静 置 于 流 化 床 中 的 被 选 物 料单独受床层有效浮力时的运动加速度，故称其为 浮 力 作 用 项 ; 对 曳 力 作 用 项 毕 M I U ,因 U , 二 vp 图 t 气固两相流化床的似流体性质 U , 一U, 性曳力项 称 一 黯IU IU ， 即 U ， 一 0 时 的 曳 “ 为 ” ，称总曳力项减去粘性曳力项而剩余的部 磷一研礴一研 1 . 2 空气重介质流化床的分选机理 如上所述，尽管气固流化床具有似流体性质， 但并非所有状态的气固两相流化床适用于矿物按密 度分离 分选 。空气重介质浓相高密度流化床具 有良好的分选性能，其特性是流化床密度在三维 空间均匀稳定，床层中只有少许微泡逸出床面，加 重质返混小，但要实现被分离矿物按流化床密度分 离，要求被分离矿物的粒度足够地大于固相加重质 颖粒粒度，使得被分离矿物受到的流化床平均密度 的浮力作用占主导，并且克服床层介质阻力的作用 而分层。 假定流化床中气体压力场的分布是由床层的加 重质颖粒群决定的，少量的被选物料并不能改变流 化床层压力的总体分布。则被选物料周围的气体压 力场仍可由流化床的压力场分布公式近似代替， 即 分为运动曳力项，这里，U U分别为加重质颗 粒与被选物料的运动速度， m / s 。令 U 二 d I P b 一 尸 I g C U P b 则U 。 为被选物料在流化床中的自 由沉降末速 m/ s 。将 U ， 代人式 3 可得 Pb P gP QD Podp ‘二 ‘二 当U , O 时， 当p 二 Pb时， 鱼 P 1 P g 当U , 二 Pb 一 P 0 时， A l二 〔 1 - p g 当U , N - P 3 时， 可以 忽略， 这里d ， 为加重质颗粒的平均直径， m。对于 二 r_ 、 _ ， ‘_ _ ， ._ . ， 卜。 二_ _ ，C . 曳刀 ， 叫 萝 照 均 项 侃 体 0 9戈 刀 公 式 研 共 与 作 于 气 1 我国西部汽炭分选洁净的途径 料在流化床中严格按照密度进行分选;当U , } RL 0 且P b - P 时， 被选物料的 运动趋势完全由 加重质颗 粒与其相对速度决定，而浮力项不再起任何作用。 当U , P b 一 P 。 时， 曳力将加强浮力作用项而 有助于物料按密度进行分离;当U , P b 一 p 1 u , 1 且U , p b - p 0 5 此时， 被选物料在床层中的运动趋势将与其按 密度分选时的运动趋势相反。 可见，在实际的流态化分选床中进行分选时， 轻重产物的错配是由床层的粘性错配效应和运动错 配效应同时作用的结果， 被选物料除了象在静流体 中那样因床层的 “ 粘性错配效应”使得重产物由于 没有足够的沉降时间而未能进人沉物产品中外，还 可能由于加重质颗粒的 “ 运动错配效应”造成轻重 产物的同时错配。由粘性曳力、 运动曳力和u ， 的 算式可知，随着被选物料粒度的减少，其比表面积 增大，从而其沉降末速减小、所受曳力与自身重力 之比增大。所以，随着被选物料粒度的减小，分选 过程中的粘性错配效应和运动错配效应都有增大的 趋势。 2 试验系统与设备 在理论研究的基础上，进行实验室模型试验、 中试，研究解决了分选过程的连续进行及与之相适 应的分选工艺系统与配套设备，为进一步的工业型 分选机和工业生产系统的研究开发奠定了坚实的基 础。空气重介质流化床干法选煤系统包括 人选原 煤准备、煤炭分选、加重质净化与回收、 供风、除 尘等工艺环节。 2 . 1 5 0 t / h 空气重介质流化床干法分选机 5 0 t / h 空气重介质流化床干法分选机由空气 室、气体分布器、分选室和产品输送刮板等装置组 成，如图2所示。人选原煤 5 0 -6 m m采用振动 给料机给人分选机，在均匀稳定的流化床中，人选 物料按床层密度分层，轻密度物料上浮，重密度物 料下沉，无级链刮板输送机分别将浮物和沉物排出 机外，完成分选过程。 除 半人 料加 重 质 喘 尘 歼石 谕 。 压缩空气 图 2 5 0 t / h 空气重介质流化床干法分选机示意图 2 . 2 分选试验结果与分析 表 1 是人选原煤、 精煤、 尾煤的浮沉试验结果 及产品分配率计算，据此绘制产品分配曲线。人选 原煤属极难选煤，灰分为3 1 . 6 8 ，结果表明当 分选密度为1 . 4 6 g / c m 3 时， 精煤灰分为 1 3 . 9 5 , 可能偏差E p 值为0 . 0 5 ， 分选数量效率达9 0 . 0 8 , 取得了良好的分选效果 表 1 产品浮沉组成及分配率计算 密度级 咬 k g / L 计算原嫉精煤尾煤 分R率 念愁怂愁 一1 . 3 0 1 . 3 0-1 . 3 5 1 . 3 5 -1 . 4 0 1和 一1 . 4 5 1 . 4 5一1 . 5 0 1 . 5 0-1 . 6 0 j .j6 0-1 . 8 0 1 . 8 0 合计 2 5. 2 9 9. 7 5 2 2. 1 8 7. 2 0 3. 1 3 4. 3 2 5. 9 7 2 2. 1 6 1 0 0. 0 0 7. 9 0 1 3. 0 7 1 7 . 27 2 4. 0 8 3 0. 8 5 3 7. 7 5 5 1 . 9 0 8 2. 2 4 31. 6 8 4 1 . 5 0 1 4. 5 1 3 0. 9 7 7. 9 1 2 5 0 1. 3 1 0. 8 4 0. 4 6 1 0 0 _ 0 0 2 4. 3 4 8. 5 1 1 8. 1 6 4. 6 4 1 . 47 0. 7 7 0. 4 8 0. 2 7 5 8 . 6 4 7. 9 0 1 3. 1 1 1 7. 2 2 2 3. 6 8 3 0. 0 8 3 8. 4 1 5 1. 7 1 7 8. 3 1 1 3. 9 5 占产品 2. 31 3. 01 9. 7 1 6. 1 8 4 0I 8. 5 9 1 3. 2 7 5 2. 9 2 1 0 0 . 0 0 占人料 0. 9 5 1. 2 4 4. 0 2 2. 5 6 1 . 6 6 3. 5 5 5. 4 9 2 1. 8 9 4J. 3 6 7. 9 6 1 2. 7 8 1 7. 4 8 2 4. 8 0 31 . 5 4 3 7. 61 5 1 . 9 2 8 2. 21 5 6 8 2 3. 7 6 1 2. 7 2 1 8. 1 2 3 5. 5 6 5 3 口 4 8 1. 1 8 91 . 9 6 9 8. 7 8 3 结束语 空气重介质流化床干法选煤技术是一项高效的 干法分选方法，可以有效地分选5 0 一6 m m粒级煤 炭， 可能偏差E p 值可达0 . 0 5 - 0 . 0 7 ， 与目 前湿法 分选中最好的重介质选相比美。其分选密度调节范 围 宽， 可在1 3 0 0 一2 3 0 0 k g / m 3 之问调节， 具有较 强的适应性。 该技术大大简化了选煤工艺，省去了复杂而耗 资很大的煤泥水处理系统，因而工程投资和生产费 用都低于同厂型湿法选煤系统。为我国广大缺水和 严寒地区，特别是西部地区的煤炭分选加工开辟了 一条有效的干法选煤途径。.. 收稿 日期2 0 0 1 年 2月 1 6日 中国矿业2 0 0 1 年第 1 0 卷第5 匆