分選機(jī)的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究

張 靜

（山西焦煤霍州煤電李雅莊礦洗煤廠， 山西 臨汾 031400）

0 引言

煤炭是我國基礎(chǔ)能源，在未來其將仍然在我國能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位。煤炭的應(yīng)用會(huì)帶來懸浮物，對環(huán)境造成污染。實(shí)現(xiàn)煤炭的清潔化利用是非常有必要的，除了在煤炭應(yīng)用中采用先進(jìn)的燃燒技術(shù)外，還需對原煤進(jìn)行處理，重點(diǎn)脫除其中的灰分和無機(jī)硫。干擾床分選機(jī)作為煤炭洗選的關(guān)鍵設(shè)備，其在實(shí)際應(yīng)用中具有高自動(dòng)化水平、低能耗以及高效率的優(yōu)勢。但是，針對粗煤泥的分選而言，由于粗煤泥中的中間密度級物料的含量較多，導(dǎo)致采用傳統(tǒng)分選機(jī)時(shí)對應(yīng)的困難較大[1]。因此，本文將根據(jù)實(shí)際需求完成對新型分選機(jī)的設(shè)計(jì)，并對所設(shè)計(jì)分選機(jī)的效果進(jìn)行試驗(yàn)研究。

1 分選方案的優(yōu)選

本文重點(diǎn)將根據(jù)實(shí)際分選需求采用流體模擬分析軟件對不同結(jié)構(gòu)的新型分選機(jī)的性能進(jìn)行對比，從而設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)最佳、性能最優(yōu)越的分選機(jī)。

為解決有些物料非常難洗選的問題，需要為其設(shè)計(jì)更加有效的分選方案。對于難分選的物料，由于待分選物料主要的特征為其中間級粒度的物料含量較大，也就是說各級物料的密度相對均勻[2]。因此，針對上述問題，需對難以分選的物料采取兩段分選的方案實(shí)現(xiàn)其功能，包括底流再分選或溢流再分選兩類方案，如圖1 所示。

圖1 兩段分選方案示意圖

上述兩段分選方案的核心區(qū)別在于底流再分選方案中二段的流速大于一段的上升水流；溢流再分選方案中二段的流速小于一段的上升水流。兩種分選方案的詳細(xì)對比如表1 所示。

表1 底流再分選和溢流再分選方案對比

在上述對底流再分選方案和溢流再分選方案對比的基礎(chǔ)上，本文將采用溢流再分選方案為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)新型分選機(jī)。

2 新型分選機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于所確定的溢流再分選的兩段分選方案，本節(jié)將參照其原理完成新型分選機(jī)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.1 新型分選機(jī)給水結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

從原理上講，影響物料分選效果的關(guān)鍵因素之一為給水情況。分選機(jī)的給水情況主要與其給水結(jié)構(gòu)相關(guān)，包括給水泵、管路、布水裝置等。其中，布水裝置是給水結(jié)構(gòu)的核心，其對是否能夠保證上升水流穩(wěn)定進(jìn)入分選空間中作用顯著[3]。一般情況下，布水裝置的功能主要依靠布水板或者流體分布器實(shí)現(xiàn)。本小節(jié)重點(diǎn)完成流體分布器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

在分選機(jī)上需要布置一定數(shù)量水平支管，水平支管的布置疏密程度對分選效果會(huì)有一定的影響。當(dāng)水平支管的間距過小時(shí)，雖然對應(yīng)的上升水流相對均勻，但是會(huì)影響最終的排料效果；當(dāng)水平支管的間距過大時(shí)，雖有利于排料但是對應(yīng)上升水流波動(dòng)相對嚴(yán)重。經(jīng)研究，將水平支管的間距設(shè)定為6 mm 為最佳。

該新型分選機(jī)采用U 型連通器的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)分選空間與供水結(jié)構(gòu)的連接，基本結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 U 型連通器結(jié)構(gòu)

針對圖2 中的連通器結(jié)構(gòu)，可采用三種給水結(jié)構(gòu)，包括右側(cè)直接給水、右側(cè)直接給水+底部布水板、U 型給水結(jié)構(gòu)。三種結(jié)構(gòu)對應(yīng)的管路內(nèi)的速度仿真對比如圖3 所示。

圖3 不同給水結(jié)構(gòu)對應(yīng)截面速度仿真結(jié)果

由圖3 可知，右側(cè)直接給水結(jié)構(gòu)對應(yīng)的上升水流波動(dòng)嚴(yán)重；而右側(cè)直接給水+底部布水板結(jié)構(gòu)和U型給水結(jié)構(gòu)的上升水流相對穩(wěn)定，而且U 型給水結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性更好。因此，本分選機(jī)確定為U 型給水結(jié)構(gòu)。

2.2 分選腔參數(shù)確定

2.2.1 分選腔直徑確定

鑒于PVC-U 質(zhì)地輕、耐腐蝕以及容易加工等特點(diǎn)，本分選機(jī)分選腔配套的給水管采用PVC-U 材質(zhì)。根據(jù)GB/T 20221—2006 的相關(guān)規(guī)定，并結(jié)合分選機(jī)的實(shí)際功能要求，分選腔的直徑不宜過大也不宜過小。同理，在仿真計(jì)算的基礎(chǔ)上確定分選腔的具體參數(shù)如表2 所示。

表2 分選腔直徑參數(shù) 單位：mm

2.2.2 分選腔高度及底流口直徑確定

結(jié)合分選機(jī)的處理能力以及上述已經(jīng)確定的分選機(jī)其他結(jié)構(gòu)參數(shù)，初步確定分選腔高度為600 mm、900 mm 和1 200 mm；底流口直徑為10 mm、20 mm 和40 mm。對于上述不同分選腔高度和底流口直徑所組成的九種組合下的速度云圖進(jìn)行對比。具體如下：

隨著底流口直徑的減小，對應(yīng)上升水流的穩(wěn)定性越好；但是，當(dāng)?shù)琢骺谥睆竭^小時(shí)，會(huì)影響設(shè)備最終的排料性能[4]。因此，確定底流口直徑為20 mm。

而且，當(dāng)分選腔高度大于900 mm 時(shí)，對應(yīng)設(shè)備上升水流才開始區(qū)域穩(wěn)定；而且，在1 200 mm 時(shí)，整個(gè)分選腔內(nèi)的水流已經(jīng)十分穩(wěn)定了。因此，確定分選腔高度為1 200 mm。

3 分選機(jī)的試驗(yàn)研究

根據(jù)上述所設(shè)計(jì)的分選機(jī)的參數(shù)進(jìn)行加工，并根據(jù)相互關(guān)系進(jìn)行安裝，組裝成的分選機(jī)實(shí)物如圖4 所示。

圖4 分選機(jī)實(shí)物

將如圖4 所示的分選機(jī)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，對所設(shè)計(jì)的分選機(jī)的最佳運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行確定。在大量實(shí)踐運(yùn)行的基礎(chǔ)上，對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)總結(jié)得出如下：該分選機(jī)對應(yīng)的最佳入料粒度為1.0～0.25 mm；分選機(jī)的最佳內(nèi)筒流量為1.8 cm3/h，最佳外筒流量為2.0 cm3/h。

對應(yīng)的在不同階段的效果和灰分比如表3 所示。最終分選后精煤的回收率可達(dá)90.68%，具有較為優(yōu)秀的分選效果。

表3 分選機(jī)不同階段分選效果

4 結(jié)論

煤礦洗選的主要作用是將煤炭中的灰分進(jìn)行去除，避免燃燒時(shí)造成嚴(yán)重的粉塵，從而對環(huán)境造成污染[5]。分選機(jī)作為煤礦洗選的關(guān)鍵設(shè)備，其對密度相對均勻物料的分選效果較差。針對此問題，本文設(shè)計(jì)了基于二段再分選的方法的三產(chǎn)品干擾床分選機(jī)，重點(diǎn)對該設(shè)備的給水結(jié)構(gòu)，分選腔高度、直徑以及底流口直徑等參數(shù)進(jìn)行確定，并總結(jié)如下：

1）采用U 型給水結(jié)構(gòu)，對應(yīng)分選腔的高度為1 200 mm，分選腔外筒直徑為200 mm，內(nèi)筒直徑為75 mm，中筒直徑為110 mm；底流口直徑為20 mm。

2）確定該分選機(jī)的最佳運(yùn)行工藝參數(shù)如下：入料粒度為1.0～0.25 mm；內(nèi)筒流量為1.8 cm3/h，外筒流量為2.0 cm3/h。最終分選后精煤的回收率可達(dá)90.68%。