基本信息
- 项目名称：
- 新型高效干扰床分选机
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 新型高效干扰床分选机是利用不同密度颗粒在水介质中沉降速度差异实现物料分选。该设备通过在给料管处加超声波发生器以实现煤基质与煤系矿物的解离，在分选腔内合理布置斜管，同时在分选腔侧壁上加隔膜装置，解决了传统干扰床分选机入料粒度范围窄、流动状态单一、不易打碎团聚物料，处理量低，对煤质适应能力差等问题，是一种新型、高效粗煤泥分选设备。以年入选150万吨选煤厂为例，可创效益900多万元。该设备已获国家专利，专利号为: ZL 2008 2 0069692.5，具有较高的科学性、先进性，对粗煤泥具有良好的分选效果，经济效益显著。并在土壤淘洗、石英砂分级、测定矿物密度组成等方面也具有广阔的应用前景。
- 详细介绍：
- 新型高效干扰床分选机说明 新型高效干扰床分选机是针对传统干扰床分选机分选区域内流态单一、分选效果差、处理能力小和对煤质适应性差等弊端，通过在分选腔内合理增设倾斜管，同时引入隔膜和超声波，开发设计的一种粗煤泥分选设备。该设备将干扰沉降分选、浅层沉降分选、跳汰分选有机的结合起来，使得设备的处理能力和精度都大大提高。 该新型干扰床分选机主要用于粗煤泥的分选，其结构由入料井、分选床体（倾斜管、尾煤收集锥）、隔膜装置、控制系统、给水系统五大部分组成。入料井布置在分选机的一侧，采取单边给料，内设挡板使物料均匀输送到床体中部；分选机床体主要由干扰床层段和尾煤收集段组成，在干扰床层段上部布置倾斜管，倾斜角度为60°；在干扰床层段侧壁布置隔膜装置，由电机带动减速器实现隔膜的水平直线运动，从而产生脉动水流；分选床层段底部两侧布置缓冲水包，内部采用管网式水流分配器；精煤由精煤收集槽收集，尾煤有控制系统实现自动排放。 其创新之处在于： 1. 引入脉动水流强化密度分选效应； 2. 基于浅层沉降采用倾斜管增大设备处理能力； 3．利用超声波能强化入选物料解离。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的： 粗煤泥的分选是世界各主要选煤国关注的焦点之一，1997年澳大利亚推出的干扰床分选技术受到广泛关注，该技术引入我国后，鉴于我国细粒煤普遍难选的煤质特征，干扰床分选技术在实际应用中暴露出诸多问题。本课题旨在通过对这些问题的剖析和理论分析提出系统解决方案，进而研制样机并进行实验验证，最终形成具有独立知识产权的适合中国煤质特性的新型高效干扰床分选技术。 基本思路： 调节参数及流态单一，致使传统的干扰床分选机分选效果差、处理能力小、对煤质适应性差，为解决以上问题，提出了结合浅层沉降原理以跳汰强化干扰沉降分选效应的基本思路，具体措施如下：1.引入隔膜产生脉动水流以强化分选效果；2.引入倾斜管以增大处理能力；3.利用超声波改善入料性质。基于以上思路设计加工实验样机并进行对比性试验，取得良好的实验效果。 创新点： 1.引入脉动水流强化密度分选效应；2.基于浅层原理采用倾斜管增大设备处理能力；3.利用超声波能强化入选物料解离。 技术关键： 1.隔膜冲程和频率的调节；2.倾斜管布置的间距、角度等；3.自控系统的稳定性和灵敏度；4.超声波频率的调节。 技术指标： 型号（mm）：360×140×2300；粒度范围（mm）：3.0～0.25；Ep 值（g/cm3）：<0.12；分选密度(g/cm3)：1.45～1.70；入料浓度：40%～60%；处理量（t/m2*h）：20～40
科学性、先进性
- 干扰床分选机分离精度取决于不同性质颗粒沉降末速的差异，颗粒在水中的自由沉降末速V0为： V0=1.195d[(δ-1)^2/μ]^1/3 式中δ和d分别为颗粒的密度和粒径；μ为水的动力黏度系数。显然粒度和密度会对分离精度产生影响，强化分选过程的密度效应是提高分离效率的关键。 在忽视机械阻力的前提条件下通过受力分析，可以得到单位质量颗粒在水流中运动的微分方程式： dv/dt=(δ-1)g/δ-6φVc^2/πdvδ±u/δ-j/δ×dvc/dt 式中：dv、φ和j分别为颗粒的当量直径、球形系数和附加质量系数；Vc和u分别为颗粒与水流间的相对运动速度和水流加速度。匀速上升水流其加速度为0，而脉动水流能有效地弱化煤粒粒度和形状效应，强化了密度的主导效应，从而提高分选效率。 浅层沉淀原理认为沉淀面积决定沉淀效率，而在沉淀区域增设斜管能增大沉淀面积，从而增加设备的处理量。 超声波能促使煤浆中的矿物连生体沿其界面破碎，实现煤粒和矸石的解离，还能改变煤粒的表面理化特性，改善分选效果。
获奖情况及鉴定结果
- 荣获2009年6月河南省第七届“挑战杯”课外学术科技作品竞赛一等奖
作品所处阶段
- 生产阶段
技术转让方式
- 设计图纸、技术理论指导、实物
作品可展示的形式
- 实物、产品、模型、图纸、现场演示、图片、 录像、样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： 经超声波预处理后的浓缩煤泥浆通过单边给料管，顺挡板至分选床体中部分散开，与上升水流（由水泵打入分选机底部通过管网式流体分布器产生的扰动水流）相遇而形成干扰床层（流态化床层），固体颗粒在分选机内做干扰沉降运动，达到稳定状态时，密度低于干扰床层平均密度的颗粒将浮起，进入溢流，精煤溢流经脱水后得到合格精煤，密度大于干扰床层平均密度的颗粒就穿透床层进入沉物流；分选过程中，隔膜往复运动使分选机机体内产生脉动水流以改善分选效果；流化床上部的倾斜管使上浮精煤中夹杂的重颗粒二次沉降降低了其对精煤的污染。沉物由尾煤收集锥底收集排放，排放过程由控制系统实现，以此来保证分选过程的连续。 适用范围及推广前景： 粗煤泥分选、土壤淘洗、石英砂分级、测定矿物密度组成 经济效益预测与市场前景分析： 精煤产率明显提高，经济效益显著。以入洗能力150万t／a的选煤厂为例，精煤产率提高1%，年精煤产量提高1.5万t，可年创效益900多万元。
同类课题研究水平概述
- 国外干扰床研究现状： 国外对干扰床的研究较早，目前比较常见的有三种：Teetered Bed Separator(TBS)、Cross Flow Separator、Reflux Classifier(RC)，各设备在实验和应用过程中均有优缺，多在粒度范围窄时分选效果良好。 Heiskanen研究发现当入料粒度＞0.8mm时，干扰床的分选效率会明显降低；当入料粒度＜0.1 mm 时，其处理能力急剧下降；分选0.8～0.074 mm的粗粒煤泥时，干扰床分选机取得较好的分选效果。 Newling等研究发现快速排除多余入料水能提高分选机的处理量和分选效率。 R．Drummond指出TBS技术在处理3～0.25 mm粒级物料所具有的优势已得到越来越多的认可，它的分选密度可小于1.60 g/cm3。并且TBS技术可以应用到很多方面，包括在新建厂处理毛煤，或为提高产品等级对螺旋分选产品再加工，或对粗粒尾矿进行扫选。 K. P. Calvin研究了2～0.375 mm入料煤泥的自生介质以及加入重介质的干扰床分选，认为通过增加悬浮液的密度可以提高TBS的分选性能。美国能源部煤炭中心Alledonia OH选煤厂所用的干扰沉淀床分选机是stokes的CMI型干扰床层分选机（TBS），分选粒度范围为2～0.25 mm，处理量为240t/h。当粒度级为4.75～0.150 mm时，其Ep值为0.06，分选密度为1.86 g/cm3。 国内干扰床研究现状： 中国矿业大学刘文礼、赵宏霞等利用干扰床分选机对1.25～0.8mm粗煤泥进行了分选试验，结果表明，干扰床分选机能够对上述粗煤泥实现分选，并具有很好的分选效果。 陈子彤对1.25～1.6mm，0.8～1.6mm，0.28～1.6mm粗煤泥分别进行了研究，得出它们的Ep值分别为0.08、0.1和0.15。 中国矿业大学李延锋在试验室自行设计和制作了干扰床分选模型机，分别对窄粒级和混合粒级原煤进行了初步试验研究，探讨了几种提高宽粒级物料分选效果的方法。结果表明，干扰沉淀床分选机对于6～1mm和3～0.5mm粉煤无论在高分选密度还是低分选密度都能获得较好的分选效果。 同时也有不少科研单位制作了干扰床分选机，应用结果不是特别理想，仅在处理细粒煤时分选效果较好。
