TBS干扰床及其在粗煤泥分选中的应用.pdf

★加工转化 ★ TBS干扰床及其在粗煤泥分选中的应用 张志文 美国KRS公司北京代表处,北京市朝阳区青年沟东路煤炭大厦, 100013 摘 要 简要介绍了TBS干扰床的工作原理,回顾了国内外TBS研究所取得的成果。重 点介绍了该设备及相关工艺在中国的应用情况,分析了使用TBS干扰床的经济效益,以及由 此带来的洗选工艺的变化。 关键词 煤泥分选 TBS干扰床 1 引言 粗煤泥的分选一直是困扰国际选煤界的一个重 要问题。传统的跳汰 浮选工艺存在严重的跑粗现 象;而新建的采用预先脱泥的重介-浮选工艺的选 煤厂,由于磨损,脱泥筛筛缝变大,跑粗现象仍然 存在,浪费了大量的资源。另外,按015mm脱泥, 脱泥效率存在问题,相当部分的- 015mm的物料进 入重介系统,影响重介旋流器的高效运行。随着采 煤机械化程度的提高,入选原煤中煤泥的含量也逐 渐增多,解决粗煤泥分选的问题日显迫切。为此, 国内外都做了大量研究,取得了一定成果,包括螺 旋分选机和小直径重介质旋流器等。然而,尽管螺 旋分选机操作成本较低,但其分选密度受到限制, 即相对分选密度总是高于116 ,而且对入选原煤量 和性质变化适应性差,设备参数不易确定和调节, 入料分配系统复杂,同时占地面积也较大。小直径 重介质旋流器提高了分选效率,但需要使用和回收 更细的磁铁矿粉,系统复杂,操作成本较高,设备、 管路、阀门容易磨损,维护保养困难,并且操作、 调整方面比其它选煤方法要求更严格。 TBS干扰床是近年来受到普遍关注并于2000年 以后在国外迅速获得广泛应用的粗煤泥分选设备, 它以低成本高效率成为目前分选粗煤泥的最佳解决 方案,特别是对于炼焦煤选煤厂更有意义。 2 TBS干扰床概述 211 干扰床分选机的发展历史 TBS是英文Teetered Bed Separator的缩写,是 由古老的水力分级机发展而来的。由于采用干扰沉 降原理,且在分选过程存在悬浮液床层,研究人员 将这种设备称为干扰床。第1台TBS诞生于1934 年。早期的TBS是作为分级机使物料按粒度进行分 级而使用的,主要用于处理砂料。目前的TBS既可 以作为分级设备,也可作为分选设备。经过多年的 研究和发展,它的分选密度逐步降低,最近有报道 说分选密度最低已可达到1135 ,而且保持良好的分 选效率。1964年, TBS首先在英国用于煤炭的分 选。进入21世纪,该技术在煤炭领域发展迅速。至 今,全世界已有240多台TBS安装使用,其中约 140台用于处理煤炭,其余用在建筑砂的净化、铸 造砂分级、玻璃砂生产、矿砂和赤铁矿的加工等。 212 TBS干扰床的结构和工作原理 图1为TBS干扰床的结构示意图。其主体部分 是一个简单的柱型槽体,槽体的底部有一个布满冲 孔并呈一定角度的布水板。水按一定的压力由底部 给入,经过布水板进入干扰床工作室,形成上升水 流。布水板的作用是使水在工作室内均匀分布。干 扰床的上部有1个入料井,矿浆切向给入入料井, 入料浓度一般在40 ～60 。干扰床的顶部设有溢 流槽。从外观上看TBS干扰床与浮选柱有点相象。 入料经入料井向下散开,与上升水流相遇,使 矿物颗粒在工作室内做干扰沉降运动。由于颗粒密 度的不同,其干扰沉降速度存在差异,从而为分选 提供了依据,其分选过程主要取决于各种颗粒相对 于水的沉降速度。沉降速度大于上升水流流速的颗 05 中国煤炭第32卷第12期2006年12月 粒进入底流,而沉降速度小于上升水流流速的颗粒 进入溢流。在干扰床的下部形成由悬浮颗粒组成的 流化床层,该床层中颗粒高度富集,成为自生介质 层。与在纯水中的情况不同,颗粒在下降过程中相 互干扰,并经历一个密度梯度,限制了物料进入底 流。当系统达到稳定状态时,入料中那些密度低于 干扰床层平均密度的颗粒将浮起,进入溢流。而那 些比干扰床层平均密度大的颗粒就穿透床层进入底 流,并通过设备底部的排料口排出。 图1 TBS干扰床结构示意图 为了使干扰床能有效地工作,必须使槽体中干 扰床层悬浮液的平均相对密度保持稳定。为此,在 工业装置中配备了一个反馈控制器,它用压力传感 器探测床层悬浮液中某一特定水平的压力,并将其 转换成密度。PID控制器从传感器得到4～20mA信 号,此信号和传感器上方的悬浮液实际密度成正比。 将此实际密度值与操作的设定值相比较,如果实际 密度高,执行器就会使排料阀打开,排出床层中多 余的物料。相反,如果实际密度低,控制系统将阻 止床层中物料的排放。 213 干扰沉降速度的数学模型 TBS干扰床对矿物的分选主要取决于各种矿物 颗粒相对于水的沉降速度。颗粒干扰沉降速度的预 测一直以来就是一项巨大的任务,目前所建立的模 型均由国外研究人员提出,在复杂程度上变化很大, 而且大多数研究考虑的是相同密度不同粒度的颗粒, 很少关注不同密度颗粒的系统。后者的研究更复杂 一些。目前,用基本模型对滑移速度进行准确的预 测是不可能的,大多数模型都依靠经验因素。不同 的研究者提出了不同的干扰沉降速度表达式,以描 述干扰沉降床层中颗粒的运动状态。如 Galvin模 型。Galvin于1999年提出计算颗粒干扰沉降速度的 公式如下 Ui Vti [ ρi-ρm/ ρi-ρ ] n-1i , n 5110127Re019/ 110 011Re019 式中ρm是悬浮介质的密度,ρi指固体颗粒密度,ρ 为水的密度。该公式可用于对由不同密度颗粒构成 的悬浮体中的颗粒进行滑移速度计算。 目前国内对于干扰床分选机的研究,主要在中 国矿业大学和黑龙江科技学院进行。但由于起步较 晚,尚未取得有突破性意义的研究成果。 3 TBS干扰床的特点、规格和主要技术参数 TBS干扰床有以下主要特点不用磁铁矿粉或 类似的介质,不用药剂,生产成本低;无运动部件, 几乎无动力消耗仅控制系统用少量电能 ; 用水量 低。根据所处理物料的粒度和性质不同,一般每平 方米工作面积用水10～20m3;能实现低密度分选, 生产低灰精煤;分选密度可以全自动调节,简单易 行;对入料的变化适应性强;结构紧凑,占地面积 小,可降低基建费用;运行过程无须专人看守,且 维护保养简单方便。 用于处理煤炭的TBS干扰床,能有效分选4～ 011mm的细粒煤,但入料粒度上下限之比以4∶1 为宜。表1列出的是目前市场上销售的TBS的规格 及主要技术参数。4m直径的TBS干扰床已经完成 设计,并正在测试当中。 4 TBS干扰床在我国选煤厂的应用现状 411 采用TBS干扰床的基本工艺 干扰床作为粗煤泥的分选设备,在炼焦煤选煤 厂中,可以与重介质法和浮选法配合使用。常见工 艺是原煤预先以110mm脱泥, 110mm粒级物 料由重介系统分选, - 110mm粒级物料经分级旋流 器分级,底流 1 10～0125mm作为TBS入料,溢 流 - 0 125mm进入浮选。 与传统的按015mm脱泥的工艺相比,此工艺的 优点在于减轻浮选的工作量,降低生产成本;提 高浮选效率,解决了“跑粗”问题,提高精煤产率, 节约资源;改善脱泥效果,减少了进入重介系统的 煤泥量,进而改善重介旋流器的分选效果,提高其 处理能力;允许较大的脱介筛筛孔,使脱介更容易, 提高了介质回收率,降低了介质消耗;甚至可减小 脱介筛尺寸。 15 TBS干扰床及其在粗煤泥分选中的应用 表1 目前市场上销售的TBS规格及主要技术参数 标称直径 / m 设计处理能力 / th- 1 箱体直径 / mm 箱体容积 / m3 设备高度 / mm 最大外径 / mm 尾矿排料口 数/个 设备净重 / t 118 211 214 310 3165 45 60 80 125 180 1800 2100 2400 3000 3600 511 710 1010 1516 2715 3337 3384 4162 4162 4985 2310 2610 3093 3616 4574 1 1 3 3 3 1150 1174 3149 4140 7125 注表1中的设计处理能力仅是参考值,煤质不同,处理量会有所出入,通常实际运行时的生产能力要大于表中的数值; 入料煤泥浓度约在40 ～50 。 412 TBS干扰床在国内的应用情况 目前国内已引进7台TBS干扰床分选机,分别 用于沈阳煤业集团西马选煤厂和红菱选煤厂、贵州 盘南煤炭开发有限公司响水选煤厂、徐州矿务集团 张双楼选煤厂、兖矿集团南屯选煤厂和济宁二号井 选煤厂。其中西马选煤厂的TBS已于2005年9月投 入运行,处理粒度范围为110～01125mm ,设备直径 为214m。表2为西马选煤厂实际生产数据。 表2 西马选煤厂洗煤化验分析记录 日期 2005年12月 时 间 灰分/ TBS入料TBS精矿TBS尾矿 18～19日 21～22日 22～23日 23～24日 24～25日 22 30391851915183117 1 10311701712664165 3 50361631718779127 20 50571081017181134 22 45661981113982118 1 20531001012480199 3 00391391117180188 20 45531021119380104 5 2032129111379167 21 00371911211279198 23 10391941217979139 1 30411121613579119 20 50521871112578195 22 45261931016278174 24 3039143916679148 平均灰分431211219879119 从表2可看出,干扰床分选机对粗煤泥分选效 果良好,能够得到较低灰分的精煤和较高灰分的尾 煤,并且现场人员反映设备运行稳定,性能可靠。 5 结论 国内外的大量实验与现场数据均表明, TBS是 一种经济有效的粗煤泥分选设备,分选密度可控、 可调,最低可达114g/ l ;单位处理量大,占地面积 小;其可能偏差Ep值的商业合同保证值是0112 , 但现场实际情况要比这好得多。通过使用TBS,可 以降低精煤灰分,提高精煤产率。根据国外研究与 现场使用实例,下列情况适于应用TBS分选机。 1粉煤加工,要求出低灰分产品,低分选点 以及有大量邻近分选密度的物料存在时, TBS通常 能表现出比螺旋分选机更大的优势。 2 TBS干扰床特别适合分选1～0125mm粒级 物料,如果将TBS用于工艺流程中重介旋流器和浮 选之间,将获得十分明显的技术经济效益。 3 - 015mm级浮选不能有效地回收粗粒级精 煤。而TBS干扰床可以有效回收这部分物料,补偿 浮选系统的不足。 TBS干扰床技术将改变我国现行传统的炼焦煤 洗选工艺,因而具有广阔的市场前景。 参考文献 [1] Drummond , R1, Nicol , S1, and Swanson , A11 “Teetered bed separators the Australian experience”, 2002 , XIV In2 ternational Coal Preparation Congress1South African Institute of Mining and Metallurgy1 [2] 英国MEP公司资料,2005 [3] Peng , F1, et al , 20041 “Perance of hindered - settling bed density separator in fine coal cleaning circuit ,”SME Preprint Number 04 - 1851 [2] Galvin , K1P1, et al , 20021 “干扰床分选机动力学” 第十 四届国际选煤会议论文集中译本,李国森译 [4] Galvin , K1P1, Pratten , S1J1, and NICOL , S1K11 “Dense medium separation using a teetered bed separator1 “Minerals en2 gineering ,199912 [5] 赵宏霞1 干扰床分选技术的研究1 中国矿业大学硕士 学位论文,2005责任编辑 康淑云 25 中国煤炭第32卷第12期2006年12月