物料在振动力场流化床中的分离.pdf

第3 6 卷第1 期中国矿业大学学报 V 0 1 ．3 6N o ．1 2 0 0 7 年1 月J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g ＆T e c h n o l o g yJ a n ．2 0 0 7 文章编号1 0 0 0 1 9 6 4 2 0 0 7 0 1 一0 0 2 7 0 6 物料在振动力场流化床中的分离 骆振福1 ，M a o m i n gF A N 2 ，赵跃民1 ，陶 1 ．中国矿业大学化工学院，江苏徐州 2 ．D e p a r t m e n to fM i n i n gE n g i n e e r i n g ，U n i v e r s i t yo fK e n t u c k y ， 秀祥1 ，陈增强1 2 2 1 1 1 6 ； L e x i n g t o n ，K Y4 0 5 0 6 ，U S A 摘要我国2 ／3 以上的煤炭资源分布在西北等于旱缺水地区，煤炭的高效干法分选技术十分必 要，基于振动流化床的分选特性，在8 0m m 2 0 0m m x20 0 0m m 连续式振动流化床分选系统上 研究了不同条件下物料在床层中的分离规律及分选效果，结果表明流化床的似流体特性、水平方 向的激振力以及流化床的溢流作用是入选煤在床层中连续分层和移动的动因，在本试验条件下， 振动方向d 一4 0 。，有效分选带长18 5 0m m 时，可以发挥振动流化床的最大分选效能，可能偏差E 值达0 ．0 7 5 ，可以实现细粒煤的连续有效分选． 关键词物料；振动流化床；分离 中图分类号T Q0 2 8 ．6文献标识码A S e p a r a t i o no fM a t e r i a li naV i b r a t i o nF l u i d i z e dB e d L U OZ h e n f u l ，M a o m i n gF A N 2 ，Z H A OY u e m i n l ，T A OX i u x i a n 9 1 ，C H E NZ e n g q i a n 9 1 1 ．S c h o o lo fC h e m i c a lE n g i n e e r i n ga n dT e c h n o l o g y ，C h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g ＆T e c h n o l c g y ， X u z h o u ，J i a n g s u2 2 1 1 1 6 ，C h i n a ； 2 ．D e p a r t m e n to fM i n i n gE n g i n e e r i n g ，U n i v e r s i t yo fK e n t u c k y ，L e x i n g t o n ，K Y 4 0 5 0 6 ，U S A A b s t r a c t M o r et h a n2 ／3o fc o a lr e s o u r c ed e p o s i t e di nn o r t h w e s ta r e a so fC h i n a ，w h e r ew a t e rr e s o u r c ei si n s u f f i c i e n t ．I ti sn e c e s s a r yt od e v e l o pah i g he f f i c i e n c yd r yc o a ls e p a r a t i o nt e c h n o l o g y ． B a s e do nt h es e p a r a t i o nc h a r a c t e r i s t i co fav i b r a t i o nf l u i d i z e db e d V F B ，t h es e p a r a t i o nl a wa n d e f f i c i e n c yo ff e e dc o a l si na8 0F i l m 2 0 0m m 20 0 0m mc o n t i n u o u s l yV F Bi nd i f f e r e n tc o n d i t i o n sw e r es t u d i e d ．R e s u l t ss h o wt h a tt h ep s e u d o f l u i dc h a r a c t e r 。v i b r a t i o nf o r c ei nh o r i z o n t a l d i r e c t i o n ，a n do v e r f a l le f f e c to fg a s s o l i d sf l u i d i z e db e dc o n d u c e ds e p a r a t i n ga n dm o v i n go ff e e d c o a l si nt h eb e d ．T h eV F Bp o s s e s st h eb e s ts e p a r a t i o np e r f o r m a n c ew i t ha nEv a l u eo f0 ．0 7 5a ta v i b r a t i o nd i r e c t i o no fd 4 0 。，a ne f f e c t i v es e p a r a t i o nl e n g t ho f18 5 0m m ．T h eV F Bc a ne f f i c i e n t l Ys e p a r a t ef i n ec o a l sc o n t i n u o u s l y ． K e yw o r d s m a t e r i a l ；v i b r a t i o nf l u i d i z e db e d ；s e p a r a t i o n 我国煤炭资源非常丰富，煤炭作为主要能源这 一格局在今后相当长时间内不会改变，面临的问题 就是如何洁净煤炭、利用煤炭．目前我国煤炭洁净 利用做得很不够，煤炭的入选比例仅3 0 ％，动力煤 更低，造成十分严重的环境污染 如二氧化硫，酸 雨，烟尘等 D - 2 ] ．水资源短缺是全球性问题，我国西 北地区更是缺水．然而，目前选煤领域普遍采用湿 法选煤，如跳汰选、重介质选、浮选等，而我国的煤 炭资源有2 ／3 以上分布在西北缺水地区，因此研究 开发适合国情的煤炭干法高效分选方法，实现煤炭 收稿日期2 0 0 6 一0 2 ～2 0 基金项目国家自然科学基金项目 9 0 5 1 0 0 0 2 ；国家自然科学基金重点项目 9 0 2 1 0 0 3 5 ；教育部科学技术研究重大项目 3 0 6 0 0 8 作者简介骆振福 1 9 6 3 ，男，江苏省宜兴市人，教授，博士生导师，工学博士，从事洁净煤技术、特别是流化床分选方面的研究 E - m a i l z f l u o c u m t ．e d u ．c n T e l 0 5 1 6 - 8 3 9 9 5 2 8 3 万方数据 2 8中国矿业大学学报 第3 6 卷 资源的洁净利用非常迫切[ 3 。4 ] ．众所周知，我国原煤 中细粒含量很高， 6 m m 含量一般在5 0 ％以上， 有的高达7 0 ％，因此，研究细粒煤干法高效脱硫降 灰方法十分重要． 普通流化床干法分选研究已有近3 0a ，但因采 用的加重质粒度较粗，床层中加重质的宏观返混现 象，容易引起被选物料 特别是细粒物料 的再混 合，难以对细粒煤进行有效分离[ 5 。] ．将外来能量 如磁场、振动等 引人普通流化床、强化气固和固 固之间的接触、提升流化床的均匀稳定性和分选性 能是近年来新的研究方向E 8 - 1 2 3 ，本文基于振动流化 床静态分选研究，着重进行动态条件下物料在振动 流化床中的分离规律及分选效果的研究． 1 试验系统及方法 试验研究是在8 0m m 2 0 0m m 20 0 0m m 连续式振动流化床分选系统上进行的，如图1 所 示．该试验系统主要由流化床体、振动电机、排料 轮、给料装置、供风系统等组成，流化床的密度由安 装在床体侧壁的U 型管压差计在线测量得到．在 振动和气流的作用下，床体内的加重质 具有一定 粒级的磁铁矿粉 流态化，形成三维空间密度均匀 的流态化床层，入选物料从给料装置给人流化床 层，在水平方向的激振力和气固悬浮体的溢流作用 下向排料端移动，期间不断地按床层密度分层，轻 重产物到达排料端后通过排料装置排出，从而完成 物料的分离． 1l2 图1振动流化床连续分选试验系统 F i g ．1 S c h e m a t i cd i a g r a mo fav i b r a t e df l u i d i z e d b e da p p a r a t u s 1 ．除尘口；2 ．给料装置；3 ．精煤轮；4 ．尾煤轮； 5 ．振动电机；6 ．流化床体；7 ．橡胶弹簧；8 ．流量计； 9 ．阀门；1 0 ．风包；1 1 ．鼓风机 文献I - 2 ] 研究了振动参数对流化床分选性能的 影响，结果表明了振动方向对分选效果确有不同程 度的影响，垂直振动时的分选效果要优于水平振 动．在连续分选过程中分选介质的状态及人选物料 在床层中的运动轨迹、停留时间等都与振动方向有 关，既应满足及时排料的需要，又应保证其良好的 分选性能．为此我们安排了一组试验，研究不同振 动方向下入料在床层中的分选过程，并以此优化确 定振动方向，发挥分选机最佳的分选精度．试验安 排见表1 所示，表中各参数是根据文献E 2 3 中静态 分选试验结果确定的． 表1 试验安排 床高7 5m m ，气速0 ．8 8c m ／s ， 振动强度1 ．6 3 。床层密度1 ．7 2g ／c m 3 T a b l e1 E x p e r i m e n t a ld e s i g n sf o rd y n a m i cs e p a r a t i o n 将床层调节到分选状态，等床层稳定后，以Q 一3k g ／m i n 的给料量给人入选原煤 6r a m ，当 分选机处于连续稳定的分选状态时分别在精煤排 料口和尾煤排料口采样 产品与加重质的混合物 ， 采样完毕后停机，打开分选室上封盖，对床层进行 采样分析，每个采样点沿床高四等分采样，产品方 案见表2 ，采样点分布如图2 所示． 表2动态分选试验的产品方案 T a b l e2P r o d u c t ss c h e m eo fd y n a m i cs e p a r a t i o n 图2采样点分布示意图 F i g ．2S a m p l i n gp o i n t si nt h ea p p a r a t u s 2 试验结果与讨论 表3 ～6 及图3 ～4 为不同条件下的试验结果． 在同一振动方向的试验条件下，我们就试验2 的结 果作一分析讨论．由试验结果可以看出，人选物料 进入分选室向排料端移动的过程中不断地按床层 密度分层，物料在不同采样点沿床高的密度分布各 不相同．第1 层物料中轻物 其密度小于分选密度 含量由后向前 即由入料口向排料口方向 基本保 持不变，只是略有减少 见图4 a ～4 d ；而第2 ，3 ，4 层物料中的轻物含量极少，由后向前只是略有增 加，这3 层中第2 层含量居多，第4 层含量最少．这 说明入料中的轻物由于其密度低于床层密度，所以 自入料点起基本浮在床层表面 第1 层 ，只是由于 床层中加重质的返混等不稳定因素，造成少量精煤 万方数据 第1 期骆振福等物料在振动力场流化床中的分离 轻物 混杂在其它各层中．而第1 层物料中的重物 其密度大于分选密度 含量由后向前则逐步减少， 且密度越大减少越快 见表3 ～5 中第3 列及图4 f ， g ，第2 ，3 层中的重物含量由后向前也逐步减少； 而第4 层中的重物含量则逐步增加，且密度越大， 增加越快．这说明入料中的重物进入分选室后因其 密度大于床层密度，所以随着物料的移动逐步开始 沉降分层，直至沉入床底，第2 ，3 层只是为人料的 沉降提供分层空间，是过渡区域．对比各产品方案 积，可以看出，靠近排料端的采样点3 分选效果最 好，就产品方案工而言，无论损失在尾煤中的精煤， 还是精煤中尾煤的污染都比较少；而靠近入料口的 采样点其分选效果则较差，尤其是第l 层中重物的 污染大．上述分层规律说明了人料在移动过程中处 于不断地按床层密度分层之中，在动态情况下振动 流化床具有良好的分选性能．在采样点3 产品方案 工的实际分选密度为1 ．7 1g ／c m 3 ，接近床层观测 密度1 ．7 2g ／c m 3 ，可能偏差E 值为0 ．0 7 5 ，这说明 分配曲线 见图3 中的上、下污染 损失 区域面入料移动到采样点3 时已经得到了有效分选． 表3试2 采样点1 的物料在各层的密度分布及分配率计算 T a b l e3P a r t i t i o nc o e f f i c i e n t sa n dd e n s i t yd i s t r i b u t i o no fc o a l i nd i f f e r e n ts t r a t u m sa ts a m p l i n gp o i n t1o fe x p e r i m e n t2 表4试2 采样点2 的物料在各层的密度分布及分配率计算 T a b l e4P a r t i t i o nc o e f f i c i e n t sa n dd e n s i t yd i s t r i b u t i o no fc o a li nd i f f e r e n ts t r a t u m sa ts a m p l i n gp o i n t2o fe x p e r i m e n t2 表5试2 采样点3 的物料在各层的密度分布及分配率计算 T a b l e5P a r t i t i o nc o e f f i c i e n t sa n dd e n s i t yd i s t r i b u t i o no fc o a li nd i f f e r e n ts t r a t u m sa ts a m p l i n gp o i n t3o fe x p e r i m e n t2 万方数据 3 0中国矿业大学学报 第3 6 卷 表6试2 采样点4 。5 物料 最终产品 的密度组成及分配率计算 T a b l e6P a r t i t i o nc o e f f i c i e n t sa n dd e n s i t yd i s t r i b u t i o no fc o a l p r o d u c t s a ts a m p l i n gp o i n t s4a n d5o fe x p e r i m e n t2 1 8 0 2摹70 谆6 0 累笔 3 0 翟 01 ．31 ．4 1 51 ．6 1 ．7 1 ．8 1 ．92 ．02 ．12 ．2 密度／ g - c m ‘1 a 方案I O1 ．31 ．41 ．5 1 ．6 1 ．71 ．81 ．92 ．0212 ．2 密度／ g c m ’1 b 方案Ⅱ 图3试2 各采样点产品方案的分配曲线 密度／ gc m l c 方案Ⅲ F i g ．3 P a r t i t i o nc u r v e so fp r o d u c ts c h e m e sa td i f f e r e n ts a m p l i n gp o i n t so fe x p e r i m e n t2 采样点 a - 1 ．3g ／c m ’级 4 2 采样点 b 1 ．3 ～1 ．4g ／c m 3 级 采样点 e 16 ～1 ．8g ／c m 3 级 4 2 2 0 1 0 5 采样点 c 1 ．4 ～1 ．5g ／c m 3 级 9 6 莲6 婪 犁。 2 采样点一 d 15 ～l 6g ／c m 3 级 采样点采样点 D1 ．8 ～2 ．0g ／c m 3 级 g 十20g ／c m 3 级 试2 各密度级入料沿分选机长度方向的分布变化 F i g ．4 D i s t r i b u t i o no fd i f f e r e n td e n s i t i e sc o a l sw i t hl e n g t hd i r e c t i o ni ne x p e r i m e n t2 表7 ～9 是不同振动方向下的分选结果的主要 技术指标对比，从表中数据可以看出，就分选效果 而言，试3 最好，试2 次之，试1 最差；就入料在床 层中的停留时间 分选时间 而言，试3 最长，试2 次之，试1 最短．因此从分选精度方面要求，振动角 度越大越好，这与静态分选试验结果一致．但从处 摹旃醚求 ∞∞舳加∞如们如加m 芝褂温惫 鋈棼州衄 鋈龚} 剞姐 蓬婪州姬 q 譬婪剞姐 万方数据 第1 期骆振福等物料在振动力场流化床中的分离 理量要求考虑，振动角度越大，其处理量就越小，因 为振动角度越大，人料在床层中的停留时间就越 长，移动速度就越慢，处理量也就越小．对比以上3 组试验结果，当振动方向口一4 0 。时，振动流化床既 能保证人料有足够的分选时间及较高的分选精度， 又可以最大能力来处理入料．因此在本试验装置条 件下，振动方向控制在a 一4 0 。左右为佳．为了有助 于物料在床层中的移动，方便控制其停留时间，分 选机后部 入料端 的高度可微调，通过调节其高度 可使分选机向前 排料端 有一个小的水平倾角 0 2 ．2 0 1 ．9 7 1 ．8 2 另外，从表7 ～9 中第2 ，5 列的数据可以发现， 沿料流方向，随着入料的不断分层，其分选精度不 断提高．当振动方向a 一3 0 。时，采样点3 的分选效 果最好，但可能偏差E 值仍较高，达0 ．0 9 6 ，实际分 选密度也高于床层观测密度，这说明入料还没有得 到有效分选即被排出机外，分选带太短．当a 一4 0 。 时，入料在采样点3 已基本得到有效分选，可能偏 差E 值仅为0 ．0 7 5 ，实际分选密度也接近床层观测 密度，表明在该试验条件下，有效分选带长只需 18 5 0m m 即可实现有效连续分选．当a 一5 0 。时，人 料在床层中的移动速度较慢，入料在采样点3 已得 到有效分选，说明该试验条件下有效分选带长只需 18 5 0I T l m ，或更短．对比试2 及试3 中产品方案工 的分选效果，可以发现两者较为接近，这说明振动 流化床已基本发挥了最好的分选性能，有效分选带 长约需18 5 0m m ，若再增加分选带长，可能偏差E 值基本不变． 3 结论 振动流化床分选系统中，流化床的似流体特 性、水平方向的激振力和流化床的溢流作用使得人 料在床层中连续分层和移动，振动流化床可以实现 对细粒煤的连续有效分选，在本试验条件下，当振 动方向口 4 0 。，有效分选带长为18 5 0m m 时，可 以发挥振动流化床的最大分选效能，可能偏差E 值为0 ．0 7 5 ． 万方数据 3 2中国矿业大学学报 第3 6 卷 参考文献 1 , 1 3 骆振福，赵跃民．流态化分选理论[ M 1 ．徐州中国矿 业大学出版社，2 0 0 2 1 3 1 1 5 8 ． [ 2 1 骆振福，M a o m i n gF A N ，赵跃民，等．振动参数对流 化床分选性能的影响I - J ] ．中国矿业大学学报，2 0 0 6 ， 3 5 2 2 0 9 2 1 3 ． L U 0Z h e n - f u ，M a o m i n gF A N ，Z H A OY u e - m i n 。e t a 1 ．E f f e c to fv i b r a t i n gp a r a m e t e r so ns e p a r a t i o np e r f o r m a n c eo ff l u i d i z e db e d s [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g T e c h n o l o g y ，2 0 0 6 ，3 5 2 2 0 9 2 1 3 ． [ 3 1L U OZF ，Z H A OYM ，T A OXX ，e ta 1 ．P r o g r e s s i nd r yc o a lc l e a n i n gu s i n ga i r - d e n s em e d i u mf l u i d i z e d b e d s [ J ] ．C o a lP r e p a r a t i o n ，2 0 0 3 ，2 3 1 2 1 3 2 0 ． [ 4 ] W E ILB ，W A N GGY ，H A OL ，e ta 1 ．M o v i n gb e h a v i o ro fa no b j e c ti n g a s s o l i df l u i d i z e db e d s [ J ] ． J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g T e c h n o l o g Y E n g l i s hE d i t i o n ，2 0 0 5 ，1 5 1 7 - i 1 ． [ 5 ]陈清如，杨玉芬，骆振福．流态化技术干法脱炭的理 论分析与试验研究F J ] ．中国矿业大学学报，2 0 0 3 ， 3 2 6 6 3 2 - 6 3 5 ． C H E NQ i n g r u ，Y A N GY u - f e n ，L U OZ h e n - f u ． T h e o r e t i c a la n a l y s i sa n de x p e r i m e n t a lr e s e a r c ho nd r y r e m o v i n gc a r b o nw i t hf l u i d i z a t i o nm e t h o d [ 3 1 ．J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g T e c h n o l o g y ． 2 0 0 3 ，3 2 6 6 3 2 6 3 5 ． [ 6 ]T A N A K AZ ，0 S H I T A N IJ ，K U B 0Y ．D r yc o a l c l e a n i n gi nD r e w b o yb a t ht y p eb yd r yh e a v ym e d i u m [ 7 1 1 - 8 3 [ 9 ] E l o ] [ 1 1 ] 1 , 1 2 3 [ c 1 ／／C H E NQR ，T A N A K AZ ．D r yS e p a r a t i o n S c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ．X u z h o u C h i n aU n i v e r s i t y o fM i n i n g ＆T e c h n o l o g yP r e s s ，2 0 0 2 7 3 7 8 ． A K I Y A M AT ，Y o S H I K A W AT ．E f f e c t so fv e s s e l m a t e r i a lo nt h ea i rp r e s s u r ed i s t r i b u t i o nw i t h i nv i b r a t i n gp a r t i c l eb e d s l , J ] ．P o w d e rT e c h n o l o g y ，1 9 9 9 ，1 0 3 2 1 3 9 1 4 4 ． L U 0ZF ，Z H A OYM ，C H E NQR ，e ta 1 ．E f f e c to f g a sd i s t r i b u t o ro np e r f o r m a n c eo fd e n s ep h a s eh i g h d e n s i t yf l u i d i z e db e df o rs e p a r a t i o nE J ] ．I n t e r n a t i o n a l J o u r n a lo fM i n e r a lP r o c e s s i n g ，2 0 0 4 ，7 4 1 4 3 3 7 3 4 1 - B E E C K M A N SJM ．S t a b i l i z a t i o no ff l u i d i z e db e db y h o r i z o n t a lv i b r a t i o n sl , J 1 ．P o w d e rT e c h n o l o g y ，19 8 6 ， 4 5 1 7 7 1 8 1 ． E C C L E SER ，M U J U M D A RA ，A R U NS ．C o r r e l a t i o nf o rc y l i n d e r - t O - b e dh e a tt r a n s f e ri na e r a t e dv i b r a t e db e d so fs m a l lp a r t i c l e s [ J ] ．D r y i n gT e c h n o l o g Y ，1 9 9 2 ，1 0 1 1 6 5 1 8 7 ． M A T C H E T TAJ ，Y A N A G I D AT ，0 K U D A I R A Y ，e ta 1 ．V i b r a t i n gp o w d e rb e d s ac o m p a r i s o no f e x p e r i m e n t a la n dd i s t i n c te l e m e n tm e t h o ds i m u l a t e d d a t a [ J ] ．P o w d e rT e c h n o l o g y ，2 0 0 0 ，1 0 7 1 1 3 3 0 ． L U 0ZF ，Z H A OYM ，C H E NQR ，e ta 1 ．S e p a r a t i o nc h a r a c t e r i s t i c sf o rf i n ec o a lo ft h em a g n e t i c a l l y f l u i d i z e db e d [ J ] ．F u e lP r o c e s s i n gT e c h n o l o g y ， 2 0 0 2 ，7 9 1 6 3 6 9 ． 责任编辑姚志昌 万方数据