吳華衡

(大同煤礦集團(tuán)大友選煤有限責(zé)任公司，山西 大同 037000)

引 言

煤炭資源一直是我國主要的消耗能源，隨著使用年限的不斷增加，煤炭資源日益枯竭，所以對(duì)煤炭資源的高效利用成為了首要的目標(biāo)，煤炭洗選作為煤炭加工[1]的重要環(huán)節(jié)，成為眾多學(xué)者研究的目標(biāo)，最大化地提升煤炭資源的利用率[2-3]成為了現(xiàn)如今熱議的話題，實(shí)現(xiàn)煤炭資源的最大化利用可以有效地提升洗煤廠的經(jīng)濟(jì)效益[4]，減少煤炭資源的污染。

1 顆粒受力方程研究

干擾床分選機(jī)是洗煤工作的重要設(shè)備，其工作原理就是在分選機(jī)的上升水流利用水力作用對(duì)物料的顆粒大小進(jìn)行分選，以達(dá)到洗煤的工作目標(biāo)。縱觀整個(gè)分選分層的過程可以發(fā)現(xiàn)，干擾床分選機(jī)的主要原理就是利用物料的重力不同來達(dá)到分選分層的目的。顆粒較大的物料受到的重力相對(duì)較大，所以沉到了分選機(jī)的最底層，而相對(duì)較小的物料受到的離心力的作用浮在了分選機(jī)的上端。所以了解干擾床的分選理論可以更加有效地提升洗煤廠的分選效率和分選質(zhì)量。

物料在分選過程中受到了重力和上升水流給予的浮力等，顆粒在上升或下沉的過程中受到彼此給予的摩擦力也對(duì)物料的分選造成了一定的影響，本文研究了分選過程中顆粒的受力情況等，并給出了式(1)。

(1)

式中，F(xiàn)a為顆粒與流體之間的阻力；v為顆粒相對(duì)于流體的速度；Cb為阻力系數(shù)(一般為顆粒的尺寸與雷諾數(shù)的關(guān)系式)；D為物料顆粒的迎流。

分選的過程中，物料在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)由于運(yùn)動(dòng)速度改變而引起的因?yàn)榱黧w黏度而產(chǎn)生的一定阻力，其計(jì)算公式如式(2)。

(2)

式中，F(xiàn)b為顆粒受到的黏性阻力；d為顆粒的直徑；v為顆粒的速度；va為流體的流速；t為分選時(shí)間；α為特征時(shí)間。

以上的公式考慮到了顆粒間的作用力，但在實(shí)際的分選分層中，顆粒受到重力和浮力等作用時(shí)，顆粒的運(yùn)動(dòng)方向一般都是跟水流方向相同，所以在考慮顆粒分選過程中的受力情況時(shí)，往往可以忽略顆粒之間的作用力等，所以，在考慮單個(gè)顆粒的受力情況時(shí)，顆粒受力的運(yùn)動(dòng)方程會(huì)明顯簡化，簡化后的單個(gè)顆粒在分選過程中的顆粒受力分析方程如式(3)、式(4)。

(3)

(4)

式中，ρ為水的密度；ρs為物料顆粒的密度。

本文通過對(duì)分選過程中的顆粒運(yùn)動(dòng)方程分析得出了物料顆粒在分選過程中的受力情況，且根據(jù)單個(gè)顆粒的運(yùn)動(dòng)情況對(duì)顆粒在分選過程中的受力情況進(jìn)行了研究。

2 干擾床粗煤泥分選對(duì)比

為了更好地對(duì)粗煤泥分選過程進(jìn)行研究和分析，本文選取傳統(tǒng)的干擾床和阻尼干擾床對(duì)粗煤泥的分選進(jìn)行分析，通過達(dá)到選煤廠的選煤效果來對(duì)比兩者的區(qū)別，并從上升的流體速度和入料口的入料速度等方面對(duì)干擾床的參數(shù)進(jìn)行了一定的優(yōu)化分析。先將上升水流注入到入水管處，經(jīng)過射流的方式將流體注入到分選機(jī)內(nèi)，等到上升流體的速度達(dá)到穩(wěn)定后將一定量的物料通過入料口注入到分選機(jī)中，經(jīng)過一段時(shí)間后對(duì)分選機(jī)的溢流和底流進(jìn)行研究和計(jì)算，對(duì)比不同分選機(jī)的分選效果和分選效率。

當(dāng)精煤的分選灰分在0.1以下時(shí)，分選的上升流體的速度設(shè)定為0.045 m/s，入料口的入料速度設(shè)置為1.0 kg/min，入料口的質(zhì)量濃度設(shè)置為0.2 kg/L，精煤的分選分配曲線如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)干擾床的分選分配圖

根據(jù)圖1和檢測的數(shù)據(jù)可以看出，傳統(tǒng)的干擾床在進(jìn)行分選的過程中，當(dāng)顆粒的密度在1.3 g/cm3時(shí)，重產(chǎn)物的分配率只有20%，此時(shí)重產(chǎn)物的分配率明顯較小，此時(shí)的原煤產(chǎn)率只有12.55%；當(dāng)顆粒的密度為1.35 g/cm3時(shí)原煤的產(chǎn)率為46.3%，而尾煤的產(chǎn)率為6.1%，此時(shí)的重產(chǎn)物的分配率達(dá)到了41%；隨著顆粒的密度增長到了1.45 g/cm3時(shí)此時(shí)的重產(chǎn)物分配率達(dá)到了51%，此時(shí)的原煤產(chǎn)率為11.4%，尾煤的產(chǎn)率達(dá)到了5.8%。隨著物料顆粒密度的增加，物料的重產(chǎn)物分配率也在逐漸上升，且在物料的顆粒密度為1.35 g/cm3時(shí)原煤的產(chǎn)率最高，當(dāng)物料的顆粒密度達(dá)到2.0 g/cm3時(shí)，此時(shí)的尾煤產(chǎn)率達(dá)到最大值17.1%，物料重產(chǎn)物的分配率達(dá)到最大值為93%。

阻尼干擾床的分選效果與傳統(tǒng)干擾床分選效果的對(duì)比，首先要保證客觀條件的一致性，所以在進(jìn)行阻尼干擾床的分選效果試驗(yàn)的時(shí)候，首先設(shè)置一系列的參數(shù)，參數(shù)的設(shè)定為：分選上升流體的速度設(shè)定為0.045 m/s，入料口入料速度設(shè)置為1.0 kg/min，入料質(zhì)量濃度設(shè)置為0.2 kg/L。此時(shí)的阻尼干擾床的分選分配曲線如圖2所示。

圖2 阻尼干擾床的分選分配圖

從圖2和檢測數(shù)據(jù)可以得出，隨著物料的顆粒濃度不斷增加，物料的重產(chǎn)物分配率也逐漸增加，當(dāng)顆粒的密度在1.35 g/cm3時(shí)，此時(shí)的分選原煤的比例最高，達(dá)到了46.3%；當(dāng)物料的顆粒的密度在1.3 g/cm3時(shí)，此時(shí)的分選尾煤的產(chǎn)率達(dá)到最大值18%。隨著物料的顆粒密度的不斷增加，原煤的產(chǎn)率呈現(xiàn)出先增大后減小再增大的趨勢，最大值和最小值出現(xiàn)在顆粒密度在1.35 g/cm3和顆粒密度在1.75 g/cm3時(shí)，而尾煤的產(chǎn)率隨著顆粒密度的增加呈現(xiàn)出先增大后減小再增大的趨勢，最大值和最小值分別出現(xiàn)在顆粒密度為1.45 g/cm3和顆粒密度1.75 g/cm3時(shí)，最大的重產(chǎn)物的分配率出現(xiàn)在顆粒密度為2 g/cm3，此時(shí)的重產(chǎn)物分配率達(dá)到了97%。

為了更加清楚地分析和研究傳統(tǒng)干擾床的分選效果和阻尼干擾床的分選效果，本文將兩者的重產(chǎn)物分配率隨著顆粒密度的變化曲線進(jìn)行比較，便于更加清楚地分析出傳統(tǒng)干擾床和阻尼干擾床的分選效果。對(duì)比圖如圖3所示。

圖3 阻尼干擾床和傳統(tǒng)干擾床對(duì)比圖

圖3中的A為阻尼干擾床的分選效果圖，B為傳統(tǒng)干擾床的分選效果圖。對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)顆粒密度為1.25 g/cm3時(shí)，此時(shí)的傳統(tǒng)干擾床的重產(chǎn)物分配率略高于阻尼干擾床的重產(chǎn)物分配率；當(dāng)顆粒的密度達(dá)到1.35 g/cm3時(shí)，此時(shí)倆者的重產(chǎn)物分配率幾乎持平，隨著顆粒的密度不斷增加，阻尼干擾床的重產(chǎn)物分配率明顯高于傳統(tǒng)干擾床的重產(chǎn)物分配率；當(dāng)物料的顆粒密度為1.65 g/cm3時(shí)，此時(shí)的阻尼干擾床的重產(chǎn)物分配率與傳統(tǒng)干擾床的重產(chǎn)物分配率的差值達(dá)到最大值，差值為9.1%。由圖3得知，阻尼干擾床相對(duì)于傳統(tǒng)的干擾床來說可以較好地提升精煤的產(chǎn)率，對(duì)選煤廠的分選工藝提供了一定的指導(dǎo)意義，更好地完成了選煤廠的選煤任務(wù)，提升了選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論

1) 通過對(duì)干擾床分選機(jī)的分選機(jī)理的分析，對(duì)物料的顆粒受力情況進(jìn)行研究，得出了單個(gè)物料顆粒在分選機(jī)的分選作用下的受力情況，對(duì)分選的效率改進(jìn)提供了理論指導(dǎo)。

2) 對(duì)傳統(tǒng)干擾床和阻尼干擾床的重產(chǎn)物分配率隨著顆粒密度的變化曲線進(jìn)行分析，得出了原煤的產(chǎn)率都在顆粒密度為1.35 g/cm3時(shí)達(dá)到最大值，而尾煤的產(chǎn)率在2 g/cm3時(shí)達(dá)到最大值。

3) 對(duì)比了傳統(tǒng)干擾床和阻尼干擾床的重產(chǎn)物分配率隨著顆粒密度的變化率發(fā)現(xiàn)，當(dāng)物料的顆粒密度為1.65 g/cm3時(shí)，此時(shí)的阻尼干擾床的重產(chǎn)物分配率與傳統(tǒng)干擾床的重產(chǎn)物分配率的差值達(dá)到最大的9.1%，阻尼干擾床的分選效果優(yōu)于傳統(tǒng)干擾床。