专题综述-离心力场在选煤中的应用.doc

1、离心力场在选煤中的应用摘要：文章介绍了选煤技术中常用的离心力场的几种应用，分别说明了它们的工作过程和原理，以及相关机械的特点。突出说明离心力场具有场强大、方向可变、大小可控制等优点，是选煤常用的基本原理。重介质旋流器的出现推进了重介质选煤的进程，使分选难选、极难选煤成为可能。离心力场在选煤厂有着广泛而关键的作用，应用于各种选前准备、分选以及选后产品处理等作业。关键词：离心力场；重介旋流器；离心浮选；螺旋分选机；离心脱水机；分离因数；分级旋流器；旋流筛The application of centrifugal force field in the coal preparationAbstrac

2、t: This article describes several applications of the centrifugal force field in coal preparation technology , describe the process and principles of their work, and mechanical characteristics. Highlights the centrifugal force field has a field strength and variable direction , size can be controlle

3、d, etc.,which is the basic principle in coal preparation. The emergence of heavy medium cyclone propulsion heavy medium coal preparation process,making it possible to sorte refractory, extremely difficult-sorting coal. Centrifugal force field has a key role in the coal preparation plant, used in var

4、ious pre-election preparations, sorting, and after the election, product handling and other operations.Key words: centrifugal force field； dense medium cyclone； centrifugal flotation；spiral sorting machine；centrifugal dewatering machine； separation factor； grading cyclone；vortex sieve前言有人说选煤的基本原理就是简

5、单的阿基米德定律，但如何将简单的阿基米德定律转化成能帮助实际生产的工程，这才是选煤的关键。最初的重选只是依据沉降理论，按照颗粒煤在水中沉降末速的不同进行分离、分选。为了强化细粒煤尤其是微细颗粒煤按密度分选和按密度分级的过程，可以采用惯性离心加速度a去取代重力加速度g，这就是近几十年来出现的离心力场中的分选与分离技术。1在现代的选煤厂中，无处不见离心力场的应用，它贯穿选煤流程的整个过程，应用于分级、分选、脱水脱泥等环节。在离心力场中选煤与在重力场中选煤，原则上是相似的，不同的是作用在颗粒煤上并促使其运动的力场是离心力而不是重力。在离心力场中，离心力的作用方向、大小以及加速度、在整个力场中的分布规

6、律，都不同于重力场。1例如：在重力场中，颗粒在整个运动期间，在介质中所受到的重力G0及重力加速度g0都是常数；在离心力场中不同，离心力F=m2r和离心加速度a=2r，是旋转切向速度及旋转半径的函数，而且一般来说，它们随着半径的增加而加大。2离心力的作用方向是在垂直于旋转轴线的径向上，因此离心力场中的选煤过程是在径向上发生的。此外，颗粒煤还受到沿径向的阻力。然而，所受重力可以忽略不计。 离心力场在分选中的应用1.1 重介旋流器自从重介旋流器应用于选煤行业，选煤效果得到明显提升。随着采矿机械化程度的提高和开采深度的加深，以及用户对精煤质量要求的提高，使原煤的质量变坏，细粒物料的比例越来越多，原煤的

7、可选性变差，在采用粗粒物料重介质分选机的同时，对细粒重介质旋流器的应用越来越多。重介质旋流器是一种利用离心力场强化细粒煤及微细粒级煤在重介悬浮液中分选的设备，能使密度差值小（0.1含量大）的难选和极难选煤也能得到较高的分割精度。根据给料方式不同，可以分为有压给料式和无压给料式两种。有压给料是指被选原煤和重介悬浮液预先混合后，用泵或定压箱压入旋流器内，给料压力的大小决定了旋流器的工作压力大小。无压给料式重介质旋流器的特点是重介悬浮液与煤分开给入旋流器中，即重介悬浮液用泵或定压箱压入旋流器中形成漩涡流，而煤靠自重进入，并被卷进漩涡流内进行分选。1旋流器是一种自身无运转部件,结构简单,廉价的选煤设备

8、,结构简图见图1。图1旋流器结构示意图工作时物料沿入料口切向进入筒体,煤粒在旋流器内作回转运动,受到相当于重力加速度几十倍的离心力。由于煤粒受到离心力的作用,这个过程比在重力场要快几十倍。颗粒在旋流器中所受的离心力可由下式计算:2F =d36(-)2r (1)式中的2r为离心加速度,离心加速度与重力加速度之比即离心系数(C =2rg),也就是相当重力加速度的倍数。 “分离锥面”学说可用来概括重介质旋流器的分选过程，即在旋流器内存在一个低密度与高密度物体的分离界面，这个界面是轴向零速面和径向零速面的综合面，其形状基本上是锥面，该界面上的介质密度一般等于煤粒的分离密度。进入旋流器后，煤粒在离心力的

9、作用下，处在“分离锥面”内侧的高密度煤粒由内侧向外侧移动，如果它的密度比“分离锥面”附近重介悬浮液的密度高，则该煤粒就越过“分离锥面”进入下沉流，并从底流口排出。反之，就仍停留在上升液流中，并由溢流口排出。如果低密度的煤粒处在“分离锥面”外侧，则向内侧移动。若 “分离锥面”附近重介悬浮液的密度高于它的密度，那么该煤粒将越过“分离锥面”进入上升流中，并从溢流排出。反之，就仍留在下降流中，由底流口排出。所以煤粒在旋流器中的实际分选密度可以表示为“分离锥面”上的重介悬浮液的密度。1.2 离心浮选传统的机械搅拌式浮选机的浮选作用是在重力场中进行的,为了缩短煤泥停留时间,增大处理量,人们进行了许多的探索

10、,离心力场浮选技术就是在不断地探索中提出来的。离心力场浮选不同于重力场浮选，煤颗粒受到的质量力比重力强大的多,而且可以对离心力场强度进行调节从而改变离心力的大小,进而改变离心力场中煤颗粒的质量力。9尤其是对于细粒或微细粒浮选,离心力场发挥了非常显著的作用，利用良好限制的离心力场浮选技术,可以大大缩短浮选时间,减小浮选空间,从而提高生产能力。3研究离心力场浮选并能使其转化为促进实际生产的离心浮选机械，这将是一项非常有潜力的工程事业。如何完善离心力场浮选机械，这还需要做很多准备工作。具体来说有:流体力学始终贯穿于选煤学的发展,应该大力开展流体力学在选煤理论中应用的研究工作;充分应用数值化模拟计算软

11、件如FLU-ENT等来进行理论分析和完善设计;重视实验室试验和利用试验的监测方法,为设计更完善的离心力场浮选机提供支持。1.3 螺旋分选机螺旋分选机中，煤泥浆受到重力，自流给入螺旋槽体。流动过程中,由于绕螺旋的中轴做螺旋线运动，产生向心力。在浮力和重力的综合作用下,轻产物无法提供足够的向心力，被甩到螺旋槽体的外侧,而重产物则分配在内侧。最终,通过排料端的切割板,将其分开。如果单独收集两个切割板中间部分的物料,可得中煤产品。生产过程中,若要达到很好的分选效果,控制入料的浓度和分选槽中的料层厚度是非常重要的。4螺旋分选机由于处理量较小、占地面积较大的经济效率原因，导致其应用范围较窄，目前主要用于粗

12、煤泥分选,分选粒度上限为3 mm,下限达0.15 mm。2 离心力场在分级和脱水浓缩中的应用2.1 分级旋流器水力分级旋流器的分级理论是，由于两相或多相之间存在密度差，煤颗粒之间所受到的离心力不同，从而分布在不同区域。因为离心力场的强度可以达到重力场场强的几十乃至几百倍，所以水力分级旋流器的分离效率比重力分级设备的分离效率较高，分级效果显著。它是一种高效的浓缩、分级设备。其有处理量大、效率高、体积小、无运动部件、性能稳定等优点。因其对煤泥水分级、浓缩效果明显，还具有结构简单、维护方便等多方面特点，所以被大规模应用于选煤行业。水力分级旋流器的分级粒度与处理能力和旋流器直径大小相关,不同直径的水力

13、旋流器,其分级粒度和处理能力均不相同。5以直径350mm的水力旋流器为例,它的分级粒度为0.06-0.05mm,单机处理能力可达40100m3/h。水力旋流器还被用于预先分级、浓缩，在选煤工艺中拥有不可替代的地位。常见的分级旋流器应用在下列情况:粗煤泥选前或者是脱水前预先分级浓缩；浮选前对煤泥水的隔粗处理。2.2 旋流筛旋流筛是一种利用旋流过程离心力场作用的，高效的脱水设备。其是水力旋流器、离心机和弧形筛三者的有机结合体，因此兼有它们各自的优点,性能可靠、结构简单。选煤厂生产实践中可见其广泛的应用。旋流筛综合了水力旋流器、弧形筛和离心机的特点。6它的工作过程是,定压箱或者是泵将一定浓度的入料给

14、入旋流筛的喷嘴并切向进入导向筛。由于煤颗粒同时受到离心力、摩擦力及煤颗粒自身重力的共同作用,料流由直线运动转变为顺着筛壁呈螺旋线下降的螺旋流运动。分级的实质是，大颗粒物料受到离心力的作用比小颗粒大从而紧贴锥形筛网旋转,形成外物料层；相反细颗粒料流受到的离心作用不是很明显，所以居于内层。大颗粒和小颗粒分别在自身重力作用下，同时作螺旋式的向下流动。物料在重力和离心力共同作用的结果是，沿径向方向，较多的固体颗粒分布在外层，因此外层密度大,同时外层颗粒受到的摩擦阻力也大,旋流速度低(沿螺旋的圆周切线速度低),向下螺旋坡度大(垂直于圆周平面向下的速度大)；然而对于内层,固体颗粒少、密度小、不会受到筛网的

15、摩擦阻力、摩擦阻力小,因而旋流速度大,向下螺旋坡度小。由于整个旋流筛内的液体受到离心作用大于自身重力效果，且摩擦作用不足以提供足够的向心力，所以透过物料及筛面被排出筛网之外。外层的大颗粒筛上物沿锥形筛筛面下滑,由底部排出,从而达到固液分离的目的，6 如图2所示。图2旋流筛工作原理示意图和固定的弧形筛及锥形筛不同的是，旋流筛中物料和筛面都是在做螺旋运动,且其中不同颗粒及筛面运动参数不同。颗粒在筛面上运动的路线较固定筛相比增加几十倍,筛面的利用率也得到增加,有用面积增大，脱水效果明显提高。况且筛面的磨损较固定筛相比更加均匀,从而增加筛网的服役期限。2.3 离心脱水机利用离心力来实现固液分离的过程称

16、为离心脱水过程。完成离心脱水过程的机器统称为离心脱水机。离心脱水过程可以采用两种不同的原理：离心过滤法和离心沉降法。7离心过滤是把所处理的含水物料加在多空的转筒（筛篮）中，在离心力的作用下，固体在转子筛面上形成沉淀物，液体则通过沉淀物和筛面的孔隙排出。7离心沉降是把固体和液体的混合物加在筒形（或锥形）转子中，由于离心力的作用，固体在液体中沉降，沉降后的物料进一步受到离心力的挤压，挤出水分达到固液分离。7颗粒在离心力场中的沉降与在重力场中的沉降有着本质区别。在重力场中，颗粒沉降的加速度与沉降颗粒所在的位置无关。但在离心力场中，颗粒运动的离心加速度却是个变数，它与颗粒的回转半径有关。另外，在重力场中重力线方向是垂直向下的，而离心力线则互不平行。离心机按照不同的定义, 可分成不同的种类。根据分离原理, 机器的用途以及机器的运转过程不同, 离