重介质旋流器直径的选择.pdf

N o ．6 ，2 0 0 9 煤炭加工与综合利用 C O A LP R O C E S S I N G C O M P R E H E N S I V EU T I L I Z A T I O N 重介质旋流器直径的选择 杜振宝，路迈西，蒋栋，杜兵，崔东宇 中国矿业大学 北京 化学与环境工程学院，北京1 0 0 0 8 3 摘要介绍了中国选煤行业的发展概况，论述了大直径与小直径重介质旋流器组各自的 主要分选特点，通过试验比较了各自的分选效果，分析了造成分选效果差异的主要原因，建议 在重介质旋流器设计选型时，应结合入料上限要求和处理量大小，权衡利弊，合理选择旋流器 的直径。 关键词选煤；旋流器；直径；试验；选择 中图分类号iT D 4 5 5 ．7文献标识码A文章编号1 0 0 5 - 8 3 9 7 2 0 0 9 0 6 - 0 0 2 7 - 0 3 进入2 1 世纪以来，中国的选煤工业迎来了一 个发展建设的高潮。其主要特点是建设大型高 效现代化选煤厂，起点标准比较高。重介质选煤 是一种高效率的重力选煤方法，从目前来看重介 质旋流器选煤方法及其工艺所占比例越来越大。 1 中国选煤行业的发展 1 近年来中国选煤厂原料煤设计入选能力 和实际入选量增加较快。1 9 8 2 年设计入选能力为 1 2 0 M t ／a ，2 0 0 7 年已经接近1 0 0 0 M t ／a 。近年原料 煤实际入选量递增如图l 所示，2 0 0 7 年已达 9 0 3 M t ／a ，成为名符其实的世界选煤大国[ 1 ] 。 1 2 0 0 二8 0 0 蛔 蚓4 0 0 一 O 2 0 0 02 0 0 32 0 42 0 0 5 2 0 0 6 2 0 0 7 年份 图1 实际入选量递增曲线 2 选煤厂设计入选能力增大。与1 9 8 2 年相 比，2 0 0 7 年中国选煤厂最大的设计入选能力增幅 巨大 表1 。据不完全统计，已经投产设计入选 收稿日期2 0 0 9 - 0 7 - 2 7 作者简介杜振宝 1 9 8 0 一 ，男，河北迁安人，中国矿业 大学 北京 化学与环境工程学院矿物加工工程专业2 0 0 8 级在读 硕士研究生，研究方向矿物加工理论、工艺和设备。 能力超过2 0 0 0 t ／h 的选煤厂有1 6 座。 表1中国选煤厂最大的设计入选能力 项目动力煤选煤厂／t h - 1 炼焦煤选煤 - ／t h - 1 3 先进的选煤技术得到广泛应用。能适应 煤炭不同可选性、入选粒度范围广、分选效率 高、易于实现自动控制、单机处理能力大的重介 质选煤技术得到大力推广，已取代跳汰选煤，成 为中国的主导选煤技术。中国的各类选煤技术应 用比例如表2 所示。 表2 中国各类选煤技术应用比例 2 大直径或小直径旋流器组的选择 随着大型选煤厂的增加，选煤设备的大型化 已经成为当前选煤界和设计单位关注的热点。关 于大直径或小直径旋流器组的选择是关注的热点 之一。旋流器直径的大小对处理能力、入料上 限、有效分选下限及分选效果均有直接影响。 2 ．1 旋流器直径与处理量 从表面上看，由多台小直径旋流器组成的旋 流器组的总体处理能力与一台大直径旋流器的处 理能力相当。所以在设计中对旋流器直径的选择 有两种一是选用1 台大直径的旋流器；二是采 万方数据 2 8 煤炭加工与综合利用2 0 0 9 年第6 期 用2 台以上小直径的旋流器组来代替。旋流器直 径与处理量的关系可以用下式表示‘2 1 Q 2 0 0 xD 2 旋流器直径与循环介质量的关系可以用下式 表示‘2 I Q ’ 7 0 0 ～8 0 0 D ‘5 式中Q 旋流器处理量，t ； Q ’旋流器循环介质量，m 3 ／h ； D 旋流器直径，m 。 由上式可以看出，一组4 台q b 6 0 0 m m 的旋流 器组处理量为2 8 2 t ／h ，l 台q 1 2 0 0 m m 的旋流器 处理量为2 8 8 t ／h ，两者的处理能力相当。旋流器 的处理量与直径的平方成正比，随着直径的增加 处理能力显著增加；而循环介质量与直径的2 ．5 次方成正比，即随着直径的增大，循环介质量的 增大速度要大于处理量增大的速度，这就意味着 循环介质泵的能耗会随直径的加大而大大增加。 2 ．2 大直径与小直径旋流器组的特点 众所周知，重介质旋流器是在高速离心力场 下对矿物进行分选的。矿物能否获得有效的离心 因数，是决定物料能否分选的主要因素。离心因 数的定义式为口J ， 瓦F l 嚣 詈 式中卜离心因数； F h 口c 矿粒所受离心力及离心加速 度； 兄、g 矿粒所受重力及重力加速度。 据有关资料记载，离心力与矿物颗粒粒径和 旋流器直径之间的关系式为1 2J F l 2 T 省r K s d 3 百H 艿一a g 式中扣矿物颗粒粒径； D 旋流器直径； 卜旋流器入料压头； 卜矿物颗粒密度； △悬浮液密度； 卜与切向速度有关的系数。 由上式可知，离心力与旋流器的直径成反 比。对一定粒径的矿物颗粒而言，旋流器直径越 大，在同样压头条件下，对矿粒产生的离心力越 小，所以在同等条件下，大直径的旋流器有效分 选下限必然比小直径的粗。若想弥补这一缺点， 必须按相同比例加大入料压头，以获得足够的离 心力。因此大直径旋流器的优点是可减少生产 系统设备台数，实现工艺环节单机化，便于实现 自动化控制，简化工艺布置，减少厂房体积；缺 点是对细粒级物料的分选效果存在问题。 小直径旋流器组的优点正是大直径旋流器的 缺点，而它的缺点也是大直径旋流器的优点。 3 大直径或小直径旋流器组的生产效果 国外，澳大利亚在生产实践中尝试用1 台 中1 0 0 0 m m 大直径旋流器来代替采用Y 型分配器 人料的2 台q D 7 1 0 m m 小旋流器，试验结果表明， 产率和效率都没有因此受损失，而且，中1 0 0 0 m m 大直径旋流器的分选效果略好于0 7 1 0 m m 旋流器 组HJ ，见表3 。 表3 澳大利亚R i v e r s i d ；选煤厂采用 不同旋流器分选效果比较 国内，东曲矿选煤厂在生产实践中用1 台 中1 2 0 0 m m 大直径旋流器 A 系统 来代替采用切 线分配器入料的4 台q 6 1 0 m m 的旋流器组 C 系 统 ，其分选效果对比见表4 。由改造后的重介A 系统与原重介c 系统分选效果对比 表4 还可看 出改造后的重介A 系统在保证精煤产品合格的 前提下，混煤带精煤 1 4 5 k g ／L 密度级 损失 比C 系统有明显降低，分选效率比C 系统提高了 1 0 ．6 8 ％。可见，1 台中1 2 0 0 r a m 大直径旋流器的 分选效果要优于4 台q 6 1 0 m m 的旋流器组口】。 造成上述现象的原因，并不是分选效率与旋 流器的直径无关，而是大直径旋流器对分选效率 产生的损失与分配器分配不均对分选效率造成的 损失，其程度基本相当。 南非曾对重介质旋流器组用不同结构的人料 分配器 包括切线分配器；Y 型分配器；T 型分 配器等 进行了模拟试验。研究证实，所有结构 的分配器都出现了偏压和粒度、流量分配不均的 万方数据 2 0 0 9 年第6 期杜振宝，等重介质旋流器直径的选择 现象，各旋流器的磨损程度也不均衡，结果使各 旋流器的分选密度和分选条件有差异，反而影响 了旋流器组总体分选效果㈨。东曲矿选煤厂4 台 似i 1 0 m m 的旋流器给料方式为切线分配器给料， 如图2 所示。 表4 东曲矿选煤厂不同旋流器的分选效果比较 图2东曲矿选煤厂重介质旋流器组安装方式 笔者与三名操作人员每人负责1 台旋流器， 同一时间截取旋流器溢流产品，所测精煤产品灰 分见表5 。从分析结果可知，只强调旋流器直径 大小对分选效果的影响，而忽视旋流器组入料分 配不均的危害是片面的。 表5 旋流器组单台溢流产品 4 结论 对于大型选煤厂，因小时处理量大，若采用 小直径旋流器，所用台数多，用分配器给料会出 现分配不均现象，若每台单独给料又会出现系统 过于复杂、能耗过高的问题，因此设计时多考虑 用大直径旋流器居多。关于大直径旋流器对细粒 级分选效果差的弱点，如果在大处理量条件下， 既要保证宽粒级人料的整体分选效果，又想尽量 降低分选下限，这种要求本身就矛盾，很难兼顾 两全。所以应该抓住主要矛盾，把满足整体分选 效果达到最佳值放在首要位置去考虑。为此，建 议在重介质旋流器设计选型时，应结合入料上限 的要求和处理量的大小，全面权衡利弊，合理选 择旋流器的直径。 参考文献 [ 1 ]赵树彦．中国选煤的发展和三产品重介质旋流器选煤技 术[ J ] ．洁净煤技术，2 0 0 8 0 3 1 2 一1 3 ． [ 2 ]彭荣任，等．重介质旋流器选煤[ M ] ．北京冶金工业 出版社，1 9 9 8 ． [ 3 ]戴少康．选煤工艺设计的思路与方法[ M ] ．北京煤炭 工业出版社，2 0 0 3 [ 4 ] 澳大利亚 KRL e a c h 等．G O O N Y E L L A 和R I V E R S I D E 选煤厂采用一台D 1 0 0 0 m m 和两台D 7 1 0 m m 重介质旋流器 分选效率比较[ c ] ．第1 3 届国际选煤会议论文集， 1 9 9 8 ． [ 5 ] 梁宇．B a t e c 型跳汰机与大直径有压给料两产品重介质 旋流器联合工艺在东曲矿选煤厂的应用实践[ J ] ．选煤 技术，2 0 0 8 0 5 3 4 3 6 ． 【6 ] JBOS m a r t 等 南非 ．重介质旋流器尺寸对分选效率的 影响[ c ] ．第1 3 届国际选煤会议论文集，1 9 9 8 ． 万方数据