销售热线   010-53279888       0315-5918118    客户热线   0315-5913666
技术中心
常见问题
无压给料三产品重介质旋流器内物料切向速度的简要分析和对策
 
 
 
发布时间:2011-06-21

摘要:对无压给料三产品重介质旋流器内物料切向速度可能滞后于重悬浮液切向速度进行了分析,找出了精煤带矸的根本原因,采取行之有效的对策,保证了精煤质量稳定。
关键词:物料切向速度;精煤带矸;无压给料;三产品重介质旋流器
       以唐山国华科技有限公司研制开发的具有原创性自主知识产权的国际领先水平的3GDMC系列无压给料三产品重介质旋流器为代表的重介质龙8国际官方网站技术近年来得到突飞猛进的发展,大面积的推广应用已成为我国由龙8国际官方网站大国迈向龙8国际官方网站强国的主要标志之一。如何在提高重介质旋流器数量效率、尽可能减少煤炭资源损失的同时,保证精煤质量的稳定、杜绝污染是人们格外关注的问题。
本文就此对重介质旋流器内分选矿粒的切向速度作简要分析,采取有效对策,彻底解决了精煤污染问题。
1 旋流器内物料的切向速度
       无压给料三产品重介质旋流器结构示意见图1。其工作原理是:入选原料煤从第一段圆柱型旋流器的顶端中心管给入,合格重悬浮液由介质泵加压后从该旋流器下部切线给入,被选物料在离心力场和密度场的作用下,轻产物伴随一部分密度较低的重悬浮液通过内旋流从旋流器下端中心管排出,成为精煤;重产物与部分密度较高的重悬浮液通过外旋流沿旋流器内壁向上,进入第二段圆柱—圆锥型旋流器,分选出中煤和矸石。 




                                                     图1  无压给料三产品重介质旋流器结构示意图
       物料在重介质旋流器中的分选过程,主要取决于旋流器内离心力场和密度场,由二者共同作用来决定它们的运动方向,即是成为重产物还是成为轻产物。可通过对被选物料受力情况来分析它们在旋流器中的径向运动趋势,矿粒在旋转流动的密度场中受到的作用力,主要是离心力和重力,而离心力要比重力大几十倍甚至上百倍,因此,在分析过程中可忽略重力的影响。
这样,当被选矿粒(将其视为质点)质量为m,密度为δ,在旋转半径为R处的切向速度为V时,作用于颗粒的离心力F1为:
  …………(1)
在该处密度为∆的同体积重悬浮液,施加给矿粒的向心拖力F2为:
 …………(2)
矿粒所受的合力F为:
 …………(3)
       上式表明,当δ>∆时,F为正值,物料被甩向外旋流成为重产物;当δ<∆时,F为负值,物料被甩向内旋流成为轻产物。
       在传统的专业书刊上,经常引用这个经典的表达式,来解释重介质旋流器的分选原理。但在该式中将矿粒切向速度V1和重悬浮液的切向速度V2理想地视为等值。笔者认为鉴于在实际的固液二相旋转流中,是由液相带动固相运动的,所以二者的切向速度是不可能完全相等的。即矿粒的切向速度V1不同程度地小于重悬浮液的切向速度V2,因此根据(1)、(2)式,矿粒所受到的合力F可改写为:
 …………(4)
设 ,将其代入(4)式中,则:
 …………(5)
设重悬浮液临界密度

…………(6)
(6)式代入(5)式得:
 …………(7)
      
上式说明只有当V1=V2时, ,矿粒才按重悬浮液密度∆进行分选。当某一矿粒的切向速度滞后于液流速度时,即V1< V2,则∆/>∆,那么其就按高于重悬浮液密度∆进行分选。当该矿粒的δ<∆/时,F为负值,则它受到一个指向轴心的合力,于是穿过内外旋流的分界面,进入内旋流。这就是在生产中造成不应属于精煤的重产物颗粒混入引发精煤污染问题。
       由式(6)可绘制出 比值与 比值的关系曲线(见图2)。由此图可知,随矿粒的切向速度减小,临界密度急剧增大,例如当矿粒的切向速度是重悬浮液的切向速度70%时,其对应的临界密度将是重悬浮液密度的2倍。


                                               图2  临界密度比值和矿粒切向速度比值的关系曲线
       当密度为δ的矿粒滞后于重悬浮液的切向速度多少时,作用它本身的合力F会变为负值,即改变径向方向,趋于内旋流,而混入精煤中?可由(7)式的临界条件进行计算,
时,
 …………(8)
       由(8)式,计算出重悬浮液∆=1.40kg/L时,矿粒临界切向速度V1与重悬浮液的切向速度V2的百分比值见表1。由该表可看出当某一密度级的颗粒虽然其δ>∆,但因为小于这临界百分比值,就有可能改变其运动方向,进入轻产物中,从而污染精煤。
                               表1  在重悬浮液∆=1.40kg/L时的矿粒临界切向速度百分比值

矿粒密度 kg/L
1.45
1.50
1.55
1.60
1.65
1.70
临界百分比值V1/V2×100  %
98.26
96.61
95.04
93.54
92.11
90.75
矿粒密度 kg/L
1.75
1.80
1.85
1.90
1.95
2.00
临界百分比值V1/V2×100  %
89.44
88.19
86.99
85.84
84.73
83.67
2 解决精煤带矸的有效措施
      
无压给料三产品重介质旋流器投产使用初期曾出现过精煤中混有少量的矸石颗粒(俗称精煤带矸),从上节的简析可以知晓这是由于某些高密度矿粒,切向速度小于重悬浮液切向速度所造成的。现分析其产生的原因并介绍予以解决的有效对策。
2.1 解决原料煤结团现象
       当龙8国际官方网站厂的原料煤因其外在水分高,煤泥量大且含有粘土类矿物杂质多时就会产生原料煤结团情况,或者北方气候严寒而冻结成团。由于被分选物料在旋流器内停留时间极为短暂,结团的煤炭松散开需要一定的时间(或来不及松散),某些高密度矿粒,没有从旋转的重悬浮液里获得同步的切向速度,以致影响了精煤质量。
       一些龙8国际官方网站厂为了解决这种不利于分选的现象,设置了一台润湿用刮板输送机,引入少部分合格重悬浮液,将原料煤充分润湿,松散开后再进入重介质旋流器分选。
2.2 提高入料的切向速度
       原料煤沿轴向依靠自重无压进入旋流器,在此时它们的切向速度为零,而后随着径向位移,旋转的重悬浮液液流带动物料同步运动,其切向速度才得以增大。
为了使物料尽快达到其切向速度,在旋流器入料口切向给入部分合格重悬浮液,其方向与旋流器内的液流方向一致,从而促进入料既同向又同步旋转。
2.3 设置布料锥
       笔者在临涣龙8国际官方网站厂发现3GDMC1200/850A型重介质旋流器在少部分合格重悬浮液改为切向进入旋流器给料管后,在其中间形成一个与旋流器内部相互贯通的空心柱,部分被选物料(含矸石)通过中心空气柱仍以极小的(甚至为零的)切向速度进入旋流器内部,因此仍然会产生精煤带矸现象。
       笔者结合现场的给料管实际高差,经反复试验,成功地研制出物料分配加速装置。其工作原理是部分合格重悬浮液切线方向进入后,在给料管内壁与该装置之间形成一个全充满的旋转液流环。原料煤给入时,由分配加速装置的布料锥将其均匀地分散到周边旋转的液流中,使全部颗粒得到加速。该装置属无动力部件,仅对物料的走向加以引导,矿粒被加速的真正动力仍来源于切向有压给入的合格重悬浮液,所以它的流量与速度至关重要,将直接影响物料被加速的程度。
3 影响精煤带矸的主要工作参数
       重介质旋流器主要的可调工作参数——工作压力(即合格重悬浮液给入压力)和处理量的大小直接影响精煤是否带矸。
3.1 工作压力
       重悬浮液和矿粒的切向速度V的大小直接与工作压力有关,可由下式表示:
m/s …………(9)
式中:
μ——流量系数;
g——重力加速度,m/s2
H——工作压力,m水柱。
       工作压力不但要保证第一段圆柱型旋流器内合适的矿粒切向速度,而且也要保证第二段圆柱—圆锥型旋流器内中煤与矸石分离所需要的切向速度。工作压力过高会使旋流器内中心空心柱增大,并形成极不稳定、极不匀称的气液界面,同样会使分选效果变坏。所以工作压力的选取和调整对精煤是否带矸也很关键。
3.2 处理量
       根据临涣龙8国际官方网站厂的煤质情况和生产实践,3GDMC1200/850A型重介质旋流器处理量大于360t/h时,就会出现精煤污染现象,并且精煤带矸程度随处理量的增大而加剧。原因在于:有压给入的合格重悬浮液所具有的动能在工艺条件不变的前提下是个常数,它所带动的物料旋转速度随着处理量的增加而降低,当处理量过大时,将使颗粒的切向速度大幅下降,从而会引发精煤带矸现象的发生。
       原料煤中的煤泥量多少决定了重介质悬浮液的粘滞阻力,它对矿粒运动起到了干扰作用,尤其是对<1mm的颗粒影响极大,颗粒的切向速度随着煤泥浓度的增高而急剧减小,可用经验式表示:
 …………(10)
式中:
VH——颗粒干扰状态切向速度;
V ——颗粒自由状态切向速度;
λ ——固体体积百分数(容积浓度);
n ——干扰指数。
       对龙8国际官方网站厂而言,确定合理的处理量,不但要参照重介质旋流器的设计值,更要考虑到煤泥量的多少。需要指出的是煤泥量不但影响旋流器分选效果,而且也影响脱介和煤泥水处理工作的好坏。
4 结语
       无压给料三产品重介质旋流器在简化传统的龙8国际官方网站工艺、减少次生煤泥量、提高分选效果、方便管理、节省基建投资和生产费用等方面具有无可比拟的优势,通过对矿粒在旋流器内的切向速度可能滞后的原因分析,有针对性地采取了行之有效的措施,彻底解决了精煤带矸问题,这对于大型、简化、高效重介质旋流器龙8国际官方网站工艺的普及和推广具有重要意义。
 
龙8国际官方网站-龙8国际注册-龙8国际平台入口版权所有 冀ICP备10014612号
Copyright © Beijing Guohua Technology Group Corporation. All rights reserved.