纵轴流风筛式清选装置参数的试验研究

287 科学管理2020年第2期重介质旋流器分选下限及浮选机的分选上限均为0.5mm，但在实际生产中，重介质旋流器对细粒级的分选效率低，浮选机对粗粒级分选效率低，导致两者之间的粗煤泥得不到有效分选，容易造成重介产品脱介效果差、精煤回收率低等问题。因此，对粗煤泥分选机（TBS）的分选效果进行优化研究有着十分重要的意义。本次研究采用高河洗煤厂生产数据进行统计分析，本厂（1.5~0.2mm）粒级的粗煤泥采用英国MEP公司的TBS干扰床进行分选。1 干扰床分选机系统检查（1）准备系统。准备系统的主要任务是实现对末煤筛下水中物料的分级。其中，较粗颗粒由TBS进行分选，较细颗粒由浮选机进行分选，为评定分级旋流器的分级效果，同一时间段内对分级旋流器的入料、溢流和底流分别进行了样品采集。结果显示，旋流器分级效果较好，溢流无跑粗发生，底流-0.125mm含量占产品产率的19.00%，灰分为29.68%，底流夹细较严重，特别是-0.074mm粒级仍占10.92%，灰分高达37.32%。此部分细粒级物料在TBS中不会得到有效分选，大部分将进入TBS溢流。（2）分选系统。分选系统的主要任务是实现末煤（1.5-0.25mm）粒级的按密度分选，为评定洗煤厂TBS分选效果，同一时间段内对TBS的入料、溢流和底流分别进行了样品采集。从各粒级物料在TBS中的分配率可以看出，作为按密度分选的TBS干扰床分选机，其存在较严重的按粒度分级效果，特别是>1mm粒级有约50%分配入底流中，这是导致TBS底流粗粒级灰分偏低的根本原因。（3）产品后处理系统。尾矿通过高频筛脱水后混入混煤销售，溢流精矿通过浓缩旋流器分级后，与重介精煤合并作为精煤产品，其灰分的高低在一定程度上影响总精煤产品质量。末精煤产品灰分的高低主要取决于TBS干扰床分选机效果的好坏，同时在一定程度上也与TBS干扰床分选机溢流的脱泥效果相关，由前述试验结果可以看出，TBS溢流产品中存在22.60%产率灰分为28.27%的较高灰分细粒（<0.125mm）。若脱除效率较低，此部分物料必定严重影响末精煤产品质量。2 干扰床分选系统优化与效果评定（1）顶水量对分选结果的影响。在入料量基本相同情况下，把TBS分选机在密度设定为1.27g/cm3条件下，改变顶水量，采集溢流、底流样品进行筛分。实验发现对于相同粒级物料，由不同顶水量对各粒级分配曲线的影响可以看出：随顶水量增加，各粒级分选密度均有减小趋势，粗粒级表现更加明显，顶水量由90m3/h增加至100m3/h时分选密度降低较少，顶水量由100m3/h增加至110m3/h时分选密度降低较多；各顶水量下粗粒级损失均较大，特别是顶水量为110m3/h时粗粒级损失更加严重。（2）设定密度对分选结果的影响。入料量基本相同情况下，保持顶水量不变，设定不同的密度，并分别采集溢流、底流样品进行分选效果评定得出：随密度设定值增大，各粒级实际分选密度增大；密度设定值在1.27g/cm3及以下时，低密度粗粒损失较大，密度设定值为1.29g/cm3时，细粒级分选密度偏高，但>0.125mm合粒级灰分仍合格；综合现场情况，分选密度设定值应为1.28g/cm3左右。（3）TBS分选效果跟踪结果。通过上述分析，对TBS分选机分选参数进行优化，并完成部分管网改造。优化改造后，TBS分选效果明显改善。首先是粗精煤泥灰分降低，优化改造前，+0.125mm平均灰分为11.15%，高于现场要求的产品质量指标；粗精煤泥灰分降低约2个百分点，符合工艺要求，产品质量稳定。同时，TBS尾煤灰分从44.35%提高至70%以上，精煤损失减少，分选精度明显改善。3 干扰床分选机流场的数值模拟（1）计算初始条件和边界条件。本次数值模拟利用Fluent软件提供的前处理软件Gambit 2.4.6，按照高河洗煤厂使用的干扰床分选机（TBS）结构参数进行物理模型构建，计算中选取液相为20℃时水，密度为998.2kg/m3，粘度为1.003×10-3Pa·s；固-液多相流计算时，根据实际情况假设煤颗粒的粒度和密度，并与连续相介质水按一定比例混合后给入到干扰床分选机。进口边界条件：矿浆流量175m3/h，顶水流量取100m3/h。出口边界条件：关闭下部尾矿排放口，以此来研究流态化床层形成过程中流体的干扰床分选机的分布规律。重力场条件：计算过程考虑到重力对干扰床分选机内部流场的影响，设置重力加速度为-9.81m/s2。（2）固-液多相流矿浆密度分布。由干扰床分选机内部矿浆密度分布可以看出，高密度区主要集中在顶水分布板上方和尾矿排放口附近，沿顶水分布板向干扰床分选机（TBS）分选效果优化研究李江鹏山西高河能源有限公司 山西 长治 047100摘要：为了改善干扰床分选机（TBS）的动态分选环境，使分选机具有良好的分选效率。利用Fluent软件对TBS结构参数进行模型构建，分析系统存在问题，针对问题结合流体动力学有关公式计算，对分选机的顶水量、设定密度进行优化，同时结合物料的筛分实验，对相关结构参数进行数值模拟分析。改进后的分选机经过试验验证，分选效率显著提高，能够有效的确保设备正常运行。关键词：TBS 干扰床 分选 筛分 模拟

实验一 流体流动阻力的测定

一、 实验目的和任务

1.了解流体流过管路系统的阻力损失的测定方法；

2.测定流体流过圆形直管的阻力，确定摩擦系数λ与流体Re的关系；

3.测定流体流过管件的阻力，局部阻力系数ξ；

4.学会压差计和流量计的使用方法；

5.识别管路中各个管件、阀门，并了解其作用；

二、实验原理

流体的流动性，即流体内部质点之间产生相对位移。真实流体质点的相对运动表现出剪切力，又称内摩擦力，流体的粘性是流动产生阻力的内在原因。流体与管壁面的摩擦亦产生摩擦阻力，统称为沿程阻力。此外，流体在管内流动时，还要受到管件、阀门等局部阻碍而增加的流动阻力，称为局部阻力。因此，研究流体流动阻力的大小是十分重要的。

1．直管摩擦系数λ测定

流体在管道内流动时，由于流体粘性作用和涡流的影响产生阻力。阻力表现为流体的能量损失，其大小与管长、管径、流体流速等有关。流体流过直管的阻力计算公式，常用以下各种形式表示：

(1) 2L h2fud＝

)2( 2gudLH2f＝

或 )3( 2LPPP221fud＝－＝－

式中hf ——以能量损失表示的阻力，J／kg；

Hf ——以压头损失表示的阻力，m液柱；

△Pf——以压降表示的阻力，N／m2

L——管道长，m

d——管道内径，m；

u——流体平均流速，m/s；

P——流体密度，kg／m3；

λ——摩擦系数，无因次； g——重力加速度，g一9.81m/s2。．

λ为直管摩擦系数，由于流体流动类型不同，产生阻力的原因也不同。层流时流体流动主要克服流体粘性作用的内摩擦力。湍流时除流体的粘性作用外，还包括涡流及管壁粗糙度的影响，因此λ的计算式形式各不相同。层流时，利用计算直管压降的哈根－泊谡叶公式：

２００６年第５期　煤　炭　工　程　

干扰床分选机分选粗煤泥的试验研究　

陈子彤，刘文礼，赵宏霞，路迈西　（中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院，北京１０００８３）　摘要：文章介绍了干扰床分选机试验系统及试验方案，并对新汶矿业集团汶南煤矿不同　粒度级别的粗煤泥进行了干扰床分选试验，探讨了干扰床分选机分选粗煤泥的一般规律，证明　了干扰床分选技术是一项分选精度高、简单可靠富有发展潜力的可行技术。　关键词：干扰床分选机；上升水流速；分选密度；可能偏差　中图分类号：ＴＤ９４　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７１—０９５９（２００６）０５—００６９—０２　在文献［１］中，对干扰床分选机的工作原理及分选理　论进行了研究。指出了干扰床分选机颗粒干扰沉降速度的　计算方法，及干扰床分选机分选粗煤泥的理论基础。本文　在上述基础上，以新汶矿业集团汶南矿不同粒度级别的粗　煤泥为研究对象，进行了干扰床分选机的分选试验研究，　分析了干扰床分选机分选粗煤泥的一般规律。　ｌ干扰床分选系统　试验室所用的干扰床分选系统图如图１所示，系统由　三部分组成：给料系统、上升水系统和分选系统。　

精　

泵　图１　干扰床分选机分选系统图　样阀　

１）给料系统：由给料漏斗和下导管组成。粗煤泥和水　预先混合均匀，然后以一定的速度连续给入干扰床分选　机中。　２）上升水系统：由水箱、泵、流量计及液体分布器组　成。水箱中的水由泵打入到分选机底部的上升水分配器，　流量计用以计量进入分选机的水量，通过阀门和流量计的　配合使用来控制进入干扰床的水量；液体分布器使进入干　扰床的水在横断面上呈均匀分布，保证分选机内干扰床具　有良好、稳定的流态化状态　。　３）分选系统：即干扰床分选机主体，粗煤泥在干扰床　分选机中依据其干扰沉降速度差异完成分选。　２试验总体方案　本次研究煤样来自新汶矿业集团汶南选煤厂的粗煤泥。　煤样采集后分别用标准套筛进行筛分，获得各个窄粒度级　别的粗煤泥作为试验煤样。　各粒级粗煤泥在干扰床分选机中分选规律的研究步骤　如下［３，４］：　１）对各粒级粗煤泥进行浮沉试验，确定其可选性。　２）根据可选性资料和假定的精煤灰分确定理论分选密　度，进而确定出预测的实际分选密度。　３）根据预测的实际分选密度及干扰沉降速度经验式，　确定上升水流速。　４）根据确定的上升水流速，进行干扰床分选试验。　５）对精矿、尾矿的浮沉组成进行分析。　６）评定干扰床分选机的分选效果。　３分选效果的评定　评定重选设备分选效果的指标通常包括可能偏差Ｅ。、　不完善度ｊ、数量效率口和错配物总量。对于以水为分选介质　的分选设备（如跳汰机）的分选效果通常以不完善度　来评　定，而以重介质悬浮液为分选介质的分选设备（如重介旋流　器）的分选效果通常以可能偏差Ｅ　来评定。干扰床分选过程　中，粗煤泥实际上是在由水和悬浮颗粒形成的悬浮液中进行　收稿日期：２００５—１２—２０　作者简介：陈子彤（１９５６），男，湖南长沙人，教授级高工，现于中国矿业大学（北京）攻读博士学位，从事洁净煤技　术应用研究。　

第二章 跳汰选煤

第一节 跳汰选煤原理

2－1（A）跳汰机的工作原理是什么？

答：跳汰是在交替上升和下降的水流中，使受分选的物料按颗粒密度不同进行分离的过程，跳汰机是实现这种过程，且使这种操作得以连续进行的设备。

跳汰机由箱体、隔板、风阀、筛板及自动控制系统组成。隔板是未达机底的垂直隔板，将机箱分成两个部分，带有筛板的工作室和空气室。由于风阀的进、排气作用，在空气室中造成交替上升和下降的脉动水流，受分选的物料中各种不同密度和形状的颗粒，就是在这样的水流中进行分离。

当水流向上冲击时，筛面上的物料被扬起，并呈悬浮状态，轻重、大小不同的矿粒具有不同上升和下沉的速度。互相移动位置，在上升水流末期，不同密度和粒度的颗粒开始按各自的沉降速度下沉，高密度的粗颗粒沉降得最快，位于下层，低密度的细颗粒位于上层，当水流下降时，又产生吸啜作用，高密度的细颗粒在吸啜力下，穿过粗粒间的间隙，透过筛板落入机体下部，称谓“透筛”排料，低密度的细粒煤由于沉降速度慢，覆盖在上层。

在连续跳汰过程中，入料一方面在上升下降交变的水流中按密度分层，另一方面又在水平流的作用下，物料由入料端向排料端移动，上层的轻产物将与水一起，流过溢流堰，排出机外，中煤与矸石分别从矸石段和中煤段的排料闸门排放到机体下部，并与透筛物料一起被斗式提升机运走。

2－2（A） 物料在跳汰机中是如何分层的？

答：选煤工作者对跳汰分选的过程作了大量研究，提出了不少理论见解，但因影响跳汰过程的因素很多，这些理论只能反应跳汰过程某些方面的规律性，而不能概括全过程的实质，尽管如此，这些理论对生产还是起到一定的指导意义。跳汰分层机理的研究有不少理论假说，可归纳为两大类：

第一类：速度理论。速度理论研究床层中不同粒度和密度的矿粒在脉动水流运动中，在各种力的作用下运动的速度和加速度，并认为不同矿粒运动的速度和加速度的区别是分层的原因。

第二类：粒群--统计理论。粒群--统计理论是从床层整体的内在不平衡因素（位能差、悬浮体密度差）来研究分层过程。