冲洗水旋流器分级试验研究

引言

我国煤炭资源储量丰富,煤炭在能源消费结构中占主导地位。在煤炭行业的黄金十年,电力、民用及炼焦等领域对煤炭的消费都很巨大,现阶段虽然各大煤炭企业都积极倡导转型,但在化石能源中煤炭占有的比例依然最高。煤炭燃烧产生的污染物对空气质量影响巨大,对环境破坏严重,故政府提出了多项政策以改善目前的状况,其中一项就是加强对煤炭的洗选效率,大力推进洁净煤的利用。煤炭洗选可以提高煤炭洁净利用的效率,减少煤炭直接燃烧排放的污染物量,对经济的可持续发展具有积极作用。不同粒度和密度的入料在分选设备中的沉降特征不同,这就是分选理论的依据所在。笔者设计了冲水分级试验,得到了冲水压力与分级效果间的定量关系,从而为冲洗水旋流器在工业中的应用提供了一定的依据。

1试验概况

本次试验进行前设置入料浓度和入料口压力固定。在冲水试验中,如果冲水压力较大,则冲水旋流器对入料的分级过程会受到较大影响,进而降低分级效率,而且冲水压力较大会带来较为显著的载荷,从而将增加设备的运行负载,缩短其服务寿命,故冲水压力不宜过大。本次试验中设置冲水压力0.005~0.030MPa,间隔为0.005MPa,共取6组。在不同的冲水压力下冲水的流量不同,试验时冲水压力与流量的关系如表1所示。

2试验结果

2.1分级产物产率分析

冲水试验完成后,得到了不同冲水压力对应的分级产物产率和流量比,如表2所示。

从表2可以看出,随着冲水压力增大,溢流产率和流量比均在逐渐增加。究其原因,入料口压力试验前设置为固定不变,也就是说入料流量几乎也是不变的:冲水旋流器进行冲水试验过程中排水通道主要是沉沙嘴,从该位置排出的冲水会加大底流的流量,从而提高流量比,即冲水压力增大,流量比随之增加。而溢流产率的增加也就意味着底流产率的减少。

2.2分配率分析

冲水压力在0~0.030MPa之间共设置了7组值,则令每个值对应的分配率分别为分配0~分配6,具体统计结果如表3和表4所示。

2.3分离粒度和分级粒度分析

冲水压力在0~0.030MPa得到的相应分离粒度和分级粒度值如表5所示。

从表5可以发现,随着冲水压力的增加,分离粒度和分级粒度也在逐步增大。总体上,粒度增大的速率较小,增幅较小,这说明通过增大冲水压力来增大分级粒度的效果并不明显。寻求分级粒度和冲水压力间的定量关系,发现二者几乎呈线性关系,相关系数可达0.95,如图1所示。

2.4分级精度分析

冲水压力在0~0.030MPa之间得到相应分级精度如表6所示。

从表6可以发现,冲水压力从0MPa增加到0.030MPa过程中,25%分配率对应的粒度先增大后减小,在冲水压力0.020MPa下25%分配率对应的粒度值达到最大,为66.81μm:而75%分配率对应的粒度几乎随着冲水压力的增大而减小:可能偏差从105.54μm减小到49.66μm,然后又增大到63.20μm,意味着分级精度是先增大后减小,当冲水压力为0.020MPa时分级精度最高。对分级精度和冲水压力间的定量关系进行了拟合分析,发现拟合曲线几乎为三次曲线,相关系数可达0.97,如图2所示。

本次试验研究结果显示,通过冲水可提升分级精度,但并不是冲水压力越大分级精度就越高,从图2的拟合趋势可得,当冲水压力为0.023MPa时可能偏差达到理论上的最小值,为48.43μm,此时分级精度达到理论上的最高值。

2.5分级效率分析

冲水压力在0~0.030MPa之间得到相应粗粒正配效率、细粒正配效率及分级效率如表7所示。

从表7可以看出,冲水压力从0MPa增大到0.015MPa,粗粒正配效率在逐步增加,冲水压力从0.015MPa增大到0.030MPa,粗粒正配效率在逐步减小,冲水压力为0.015MPa时正配效率达到最大,为90.24%:细粒正配效率同样随着冲水压力的增大而先增大后减小,冲水压力为0.020MPa时正配效率最大,为60.35%。对于分级效率,当冲水压力为0.020MPa时,分级效率达到最大值,为48.78%,相比未进行冲水状态,分级效率增大了6.71%。

3结论

本文在冲水分级试验的基础上得到了冲水压力与分级效果间的定量关系,从而为冲洗水旋流器在工业中的应用提供了一定的依据。得到主要结论如下:(1)对于平均粒度在0.1mm以下的部分,各曲线的分配率差值随粒度的增大逐步减小,而当粒度在1mm左右时各个分配率较为接近。(2)分级粒度和冲水压力间呈线性关系,通过增大冲水压力来增大分级粒度的效果并不明显。(3)通过冲水可提升分级精度,但并不是冲水压力越大分级精度就越高,当冲水压力为0.023MPa时可能偏差达到理论上的最小值,此时分级精度达到理论上的最高值。(4)当冲水压力为0.020MPa时,分级效率达到最大值,为48.78%,相比未进行冲水状态,分级效率增大了6.71%。