具有水跃复锥结构的煤泥旋流重选柱研究

【摘要】由于大直径重介质旋流器有效分选粒度下限较高,同时浮选对+0.25mm粒级回收率较低,配备有粗煤泥独立分选环节的三段式分级分选模式已广泛被选煤厂所采用,开发高效粗煤泥分选设备对于推动粗煤泥分选技术的发展具有重要意义。论文以水介质旋流器为雏形,借鉴Levis水力分级机阻流斜板产生上升流的思想,设计了一种正反向锥体叠加的水跃复锥结构,锥面自上到下由一段反锥、二段折返正锥与三段反锥构成不连续折返结构。由于二段折返正锥的设置,锥段高度更小,因此这种新型具有水跃复锥结构的水介质旋流器被命名为煤泥旋流重选柱,已取得国家发明专利授权。锥段结构改进的目的是提高设备对粗煤泥的分选精度。论文以煤泥为分选对象,就Φ150mm煤泥旋流重选柱结构、操作参数对分选效果的影响进行了试验研究,确定了煤泥旋流重选柱最佳锥段结构与适宜的操作参数范围,借助Fluent6.3.26模拟了结构、操作参数对煤泥旋流重选柱内部流场特性的影响规律,并在此基础上将煤泥旋流重选柱放大至Φ700mm成功应用在粗煤泥生产实践。论文主要结论如下：(1)通过煤泥旋流重选柱与不同锥角水介质旋流器的对比试验,验证了正反向锥体叠加的水跃复锥结构设计思想,确认了煤泥旋流重选柱较传统水介质旋流器分选精度高。在90。锥角单锥上叠加折返正锥后,分选强度增加,低密度粗粒损失明显降低,分选密度与110°锥角水介质旋流器相近,+1mm粒级可能偏差0.058,0.5-1mm粒级可能偏差0.083。(2)研究了煤泥旋流重选柱二段正锥锥面位置、锥面角度、锥面长度对煤泥旋流重选柱分选效果的影响,借助曲面分析确定了各参数对分选的影响规律。结果表明：对分选影响程度顺序为锥面长度>锥面锥角>锥面位置；随二段正锥锥面长度增加,粗粒精煤灰分、尾煤灰分与精煤产率增加,分选效率降低；随二段正锥锥面角度增加,粗粒精煤灰分、尾煤灰分与精煤产率增加,分选效率略有降低；随二段正锥锥面位置上移,粗粒精煤灰分、尾煤灰分与精煤产率减小,分选效率略有增加。(3)研究了煤泥旋流重选柱一段、三段反锥锥角对煤泥旋流重选柱分选效果的影响规律。方差分析结果表明三段锥角对分选的影响程度大于一段锥角；随三段锥角增大,精煤灰分、尾煤灰分与精煤产率明显增加,但三段锥角为130°时,尾煤灰分较低,分选效果差。一段锥角对精煤灰分、尾煤灰分与精煤产率的影响不明显。(4)研究了煤泥旋流重选柱底流口直径、溢流管直径、溢流管插入深度与入料压力、入料浓度对煤泥旋流重选柱分选效果的影响规律。结果表明：随溢流管直径增加与底流口直径减小,粗粒精煤灰分、尾煤灰分与精煤产率增加；随溢流口插入深度增加,粗粒级溢流产率、溢流灰分、底流灰分增加,但插入深度较大时,细粒分选效果变差,煤泥旋流重选柱溢流管插入筒体深度应在150mm左右为宜；随入料压力增大,溢流产率、溢流灰分、底流灰分略有增加,分选效率有所降低,煤泥旋流重选柱入料压力应控制在0.08-0.15MPa之间；随入料浓度增加,溢流灰分增加,粗粒级底流灰分变化不大,但细粒级底流灰分降低,分选效率下降,煤泥旋流重选柱入料浓度控制在小于160g/L。(5)基于广义偏斜正态分布构建了四参数分配曲线数学模型,模型具有较高的拟合精度与适应性。分选密度δP与可能偏差Ep代表曲线的位置与中间段的陡峭程度,偏斜系数κ与峰度系数K分别对分配曲线对称性和分配曲线两端的形态具有良好的指示作用。偏斜系数为正值,曲线发生左偏,低密度物损失加大；偏斜系数为负值,曲线发生右偏,高密度物污染加大。峰度系数大,分配曲线两端的分选精度高。(6)借助广义偏斜正态分布的四参数分配曲线数学模型定量评定了不同锥角水介质旋流器与不同锥段结构煤泥旋流重选柱的分选效果。结果表明：煤泥旋流重选柱分选精度高于各锥角水介质旋流器。锥面长度由较短变为中等长度时,分选密度变化不大,分选精度略有提高,锥面长度最长时,曲线明显右移,分选密度增加明显,分选精度变差；锥面角度对分选密度和精度有一定影响,15°锥角时分选密度略低于10°锥角,20°锥角时分选密度明显高于15°锥角,15°锥角时分配曲线最陡峭,分选精度最高；随锥面位置上移,分选密度略有增加,中间锥面位置时分选精度略高。煤泥旋流重选柱在一、三段锥角均为90°、二段正锥锥面长度15mm、锥面角度15°、锥面位置30mm时0.25-3mm宽粒级分选可能偏差0.114,分选精度最高。(7)借助Fluent计算软件,利用RSM湍流模型与MIXTURE多相流模型组合,研究了煤泥旋流重选柱与不同锥角水介质旋流器内部流场特性的差别及结构与操作参数对煤泥旋流重选柱内部流场特性的影响规律。结果表明：煤泥旋流重选柱的二段正锥将轴向零速包络面打断为两部分,与单锥水介质旋流器相比,轴向零速包络面直径扩大,柱锥交界面附近径向30-50mm处轴向速度增大,这些变化使得煤泥旋流重选柱分选密度较90°锥角水介质旋流器分选密度增加；另外,煤泥旋流重选柱锥段大部分区域的湍流强度明显低于单锥水介质旋流器,使分选更加稳定,从而分选精度最高。(8)设计了直径700mm煤泥旋流重选柱并应用于沙曲选煤厂粗煤泥分选工业实践,经调试确定煤泥旋流重选柱入料压力为150KP,溢流管插入深度650mm时分选效果较好,工业效果评定结果显示：+0.25mm粒级精煤灰分8.31%,尾煤灰分49.21%,分选数量效率94.45%。+lmm粒级可能偏差0.056,0.5-1mm粒级可能偏差0.115,分选效果良好。
【作者】董连平；
【导师】樊民强；
【作者基本信息】太原理工大学，矿物加工工程，2014，博士
【关键词】煤泥旋流重选柱；粗煤泥；分选；结构优化；分配曲线；计算流体动力学；

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