我國選煤行業(yè)跳砭選煤工藝研究

我國選煤行業(yè)跳砭選煤工藝研究

1跳礫選煤主要工藝洗煤工藝簡單，技術(shù)成熟，發(fā)展周期長，應(yīng)用范圍廣。現(xiàn)階段，他在中國采煤業(yè)中發(fā)揮著主導(dǎo)作用。通過對156家選煤廠的調(diào)研發(fā)現(xiàn),跳汰選煤仍為我國主要的選煤工藝,有140個選煤廠采用跳汰工藝(其中包括聯(lián)合工藝),11個采用全重介,22個選煤廠采用跳汰—重介—浮選工藝,35個選煤廠采用跳汰—浮選工藝。在新一輪的技術(shù)更新過程中,個體資本介入選煤行業(yè),由于跳汰技術(shù)成熟、生產(chǎn)成本低、投資省,多數(shù)新建選煤廠都采用了跳汰生產(chǎn)工藝。跳汰選煤工藝靈活,既可以形成單獨(dú)的洗選工藝,也可與其他工藝相互配合提高企業(yè)的效益和資源回收率。相關(guān)工藝流程主要有跳汰、跳汰-浮選、塊煤重介-末煤跳汰、塊煤重介-末煤跳汰-煤泥浮選等多種方式。近年來,重介質(zhì)選煤技術(shù)及其裝備日漸成熟,其推廣范圍變寬,因此跳汰選煤工藝所占份額較以前有所下降,但由于其系統(tǒng)簡單可靠、生產(chǎn)成本低、對較難選煤也有好的洗選效果,所以跳汰選仍占大約60%的份額。跳汰選煤工藝主要應(yīng)用于洗選中等難選到易選的煤種。是否采用跳汰方法選煤關(guān)鍵看原煤的可選性。原則上,中等可選、易選的和極易選原煤都應(yīng)采用跳汰選煤方法。難選煤是用跳汰選還是用重介選,應(yīng)通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來確定,對極難選煤,應(yīng)采用重介選煤方法,以求得高質(zhì)量和高效益。2跳礫床層流體動力學(xué)由于跳汰分選過程復(fù)雜,影響因素多且相互關(guān)聯(lián),建立完善成熟的跳汰分選理論仍是選煤界追求解決的科研課題。近年來,科研工作者對跳汰分選過程的研究進(jìn)一步深入,在已有跳汰分選機(jī)理認(rèn)知的基礎(chǔ)上,借助現(xiàn)代先進(jìn)的測試儀器儀表,應(yīng)用計算機(jī)技術(shù),通過過程仿真、圖像識別、信息分析處理等手段,模擬、跟蹤跳汰分選過程,對跳汰分選機(jī)理的研究取得了新的進(jìn)展?？蒲泄ぷ髡邔μ矊铀缮⑴c分層的流體動力學(xué)進(jìn)行了研究,從分析跳汰機(jī)中脈動水流作用下顆粒受力與床層松散過程出發(fā),建立了較完整的顆粒運(yùn)動基本方程,并提出水流和床層對顆粒運(yùn)動的作用力與加速度對顆粒作用的慣性新算法。利用示波測試技術(shù),觀察了解跳汰分層過程,分析脈動水流加速度對物料按密度分層的意義。以提高跳汰分層效果為目標(biāo),給出了制定跳汰機(jī)合理工作制度與確定風(fēng)壓的新方法。通過對跳汰機(jī)中脈動水流進(jìn)行流體動力學(xué)研究,建立了跳汰機(jī)中水流脈動的非線性微分方程,可用于跳汰機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)與工作制度的設(shè)計,并為跳汰機(jī)相似模型試驗(yàn)提供了理論依據(jù)和實(shí)現(xiàn)方法。在深入分析跳汰分選過程中床層顆粒運(yùn)動特征后,科研工作者應(yīng)用馬爾科夫鏈理論建立了跳汰分層過程的數(shù)學(xué)模型,給出了模型參數(shù)的試驗(yàn)測定方法;通過計算機(jī)模擬及示蹤分析,揭示了跳汰床層中物料分層的形成過程,驗(yàn)證了床層中顆粒分層的非正態(tài)分布特性,解釋了當(dāng)中間密度級物料含量增多時分選效果變壞的原因。以上研究表明,跳汰選煤分層原理與重介質(zhì)選煤原理是相似的,結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)研制新型跳汰選煤設(shè)備拓寬其適用范圍,并配合科學(xué)的操作管理方法,跳汰選煤可望取得理想的分選效果。3中國環(huán)境保護(hù)設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步3.1無背壓功能的風(fēng)閥風(fēng)閥是跳汰機(jī)的關(guān)鍵部件,用于調(diào)控空氣室進(jìn)排風(fēng)狀況,以改變交變脈動水流流體動力學(xué)特性,進(jìn)而調(diào)整床層脈動狀況,因此風(fēng)閥工作性能直接影響床層分層效果。為實(shí)現(xiàn)物料良好分層,一是需要脈動水流應(yīng)有足夠的上沖加速度將床層整體托起,并維持較長一段時間以使物料松散換位分層;二是對不同煤質(zhì)應(yīng)采用有針對性的跳汰分選制度。所以風(fēng)閥裝置應(yīng)能快速開啟并靈活調(diào)整出適合于分選的脈動波形,這樣才能獲得良好的分層效果。老式跳汰機(jī)所采用的電動旋轉(zhuǎn)閥因打開速度慢且難于調(diào)整而被數(shù)控氣動風(fēng)閥所取代。德國20世紀(jì)70年代在Batac跳汰機(jī)上應(yīng)用了電控氣動蓋板閥技術(shù),該技術(shù)隨后被我國引進(jìn)應(yīng)用到X型跳汰機(jī)上,并在我國得到推廣應(yīng)用。蓋板閥結(jié)構(gòu)簡單、開關(guān)速度快,能獲得良好的工藝效果。其不足之處是蓋板上有數(shù)百公斤的背壓,需配用較大的汽缸才能打開,故動力消耗大。此外蓋板關(guān)閉時和管口頻繁撞擊,易損壞密封墊和閥體。煤科總院唐山分院開發(fā)研制的SKT型跳汰機(jī)上采用數(shù)控立式滑動風(fēng)閥。該風(fēng)閥同樣具有結(jié)構(gòu)簡單、開關(guān)速度快、方便調(diào)整等特性,配合電腦數(shù)控系統(tǒng)可調(diào)控出理想的風(fēng)閥工作特性曲線;同時此結(jié)構(gòu)風(fēng)閥運(yùn)動無背壓、無撞擊,省力節(jié)能,不易損壞2232552。該結(jié)構(gòu)風(fēng)閥的SKT型跳汰機(jī)20世紀(jì)80年代和90年代在我國得到大面積的推廣應(yīng)用。1998年唐山分院又將SKT型跳汰機(jī)數(shù)控風(fēng)閥由原來的圓柱形立式滑閥改進(jìn)為擁有新專利的圓錐形立式滑閥,該風(fēng)閥當(dāng)閥芯打開時和閥套間產(chǎn)生逐漸增大的間隙減小了相互摩擦阻力,閥芯在運(yùn)動時靈活省力,而閥芯關(guān)閉時密封性能良好。該新型結(jié)構(gòu)風(fēng)閥及配套跳汰機(jī)已在一定范圍內(nèi)推廣應(yīng)用。唐山分院1999年在SKT跳汰機(jī)上開發(fā)研制成功了多室共用的數(shù)控風(fēng)閥專利技術(shù)。多室共用數(shù)控風(fēng)閥技術(shù)使跳汰機(jī)各段洗水脈動同步性增強(qiáng),進(jìn)一步提高了風(fēng)閥工作性能,有效保證了分層效果。同時,該專利風(fēng)閥裝置簡化了原數(shù)控風(fēng)閥結(jié)構(gòu),提高了風(fēng)閥系統(tǒng)工作的可靠性,節(jié)省了高壓風(fēng)用量,降低了能耗,并最大限度地減少了系統(tǒng)維護(hù)量。目前,多室共用數(shù)控風(fēng)閥技術(shù)已在我國逾百家選煤廠推廣應(yīng)用,其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益十分顯著。2002年,唐山分院在SKT跳汰機(jī)多室共用數(shù)控風(fēng)閥專利技術(shù)基礎(chǔ)上,又開發(fā)研制成功了無背壓軟接觸數(shù)控蓋板式風(fēng)閥專利技術(shù)。該風(fēng)閥設(shè)計充分汲取現(xiàn)行SKT型跳汰機(jī)和X型跳汰機(jī)數(shù)控風(fēng)閥的優(yōu)點(diǎn),改進(jìn)了原有的不足,使新風(fēng)閥結(jié)構(gòu)具有簡單可靠、開關(guān)速度快、調(diào)整方便等特點(diǎn);同時此結(jié)構(gòu)風(fēng)閥運(yùn)動無背壓、無撞擊,省力節(jié)能,不易損壞,且更易于調(diào)控。現(xiàn)在裝配該結(jié)構(gòu)風(fēng)閥的SKT新型跳汰機(jī)已開始大量推廣應(yīng)用。在風(fēng)閥控制系統(tǒng)上,我們結(jié)合風(fēng)閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)開發(fā)了多種靈活適用的控制方式。唐山分院開發(fā)的多頻脈動跳汰機(jī)可分別調(diào)節(jié)矸石段和中煤段的脈動頻率和振幅以滿足它們各自的分選需要。為了提高分選效果并有效降低分選下限,我國選煤科研人員參考德國和日本等國家的經(jīng)驗(yàn)也進(jìn)行了復(fù)振變波跳汰選煤技術(shù)的研究工作。唐山分院開發(fā)研制了采用主、輔2套風(fēng)閥共用1個風(fēng)源的復(fù)振風(fēng)閥系統(tǒng),它既可以產(chǎn)生疊加振動也可實(shí)現(xiàn)二次進(jìn)風(fēng);平頂山選煤院也開發(fā)了可實(shí)現(xiàn)二次進(jìn)風(fēng)或多次進(jìn)風(fēng)的復(fù)振脈動技術(shù);上述2種復(fù)振技術(shù)均可將正弦波形改變成梯形波,從而延長了床層的松散期,有效改善了分層狀況。3.2空氣室式跳礫機(jī)因篩下空氣室與篩側(cè)空氣室跳汰機(jī)相比具有占地面積小、水流脈動均勻、處理量大、容易實(shí)現(xiàn)大型化等優(yōu)點(diǎn),因此現(xiàn)在國內(nèi)外絕大多數(shù)跳汰機(jī)都采用篩下空氣室結(jié)構(gòu)。篩側(cè)空氣室結(jié)構(gòu)一般只用于少數(shù)跳汰室寬度不超過2.5m的小型跳汰機(jī)。各國跳汰機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)都有自己的特點(diǎn)。我國X型跳汰機(jī)參照德國的Batac跳汰機(jī)結(jié)構(gòu),空氣室設(shè)計在跳汰室的中間,空氣室的下方設(shè)有流線型的導(dǎo)流板,可減少能量擴(kuò)散和產(chǎn)生渦流。唐山分院自主研制的SKT新型跳汰機(jī)采用單格室漏斗形組合式機(jī)體,在各跳汰室前部設(shè)置空氣室,洗水脈動呈無干擾U形振蕩,能量損失小;上升水流沿導(dǎo)流板擴(kuò)散產(chǎn)生一前沖力,有利于輸送物料前行,可有效提高處理能力;各室底口收縮成漏斗狀通過鋼管將透篩物導(dǎo)入排料端,可阻尼脈動水流向下擴(kuò)散而損失能量;該組合式機(jī)體結(jié)構(gòu)設(shè)計還有效減少了機(jī)體自身重量和容水量,同時也有利于制造、運(yùn)輸和安裝。篩板用來承托物料、傳導(dǎo)脈動水流和排出細(xì)粒物料,所以它的開孔率和使用壽命是檢驗(yàn)篩板的主要指標(biāo)。我國跳汰機(jī)一般都采用鋼板鉆孔篩板或不銹鋼條縫焊接篩板;鉆孔篩板堅固耐用,但開孔率較低,一般在35%左右;不銹鋼條縫焊接篩板開孔率可達(dá)70%以上;開孔率高可減少篩板阻力,有利于提高分選效率和處理能力。3.3前國內(nèi)跳礫機(jī)結(jié)構(gòu)形式排料機(jī)構(gòu)的作用是將不同密度層的物料分別排出,排料精度直接影響到各級產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)率,所以說排料機(jī)構(gòu)是產(chǎn)品質(zhì)量的把關(guān)環(huán)節(jié)。衡量排料機(jī)構(gòu)的性能如何,一是看它能否連續(xù)、穩(wěn)定、準(zhǔn)確地將底層物料排出,二是看它對不同物料的適應(yīng)性以及工作的可靠性如何。我國選煤廠基本都采用不分級混合洗選,跳汰機(jī)入料粒度范圍大,而在篩分破碎環(huán)節(jié)往往把關(guān)不嚴(yán),超?，F(xiàn)象普遍存在,這就要求排料機(jī)構(gòu)必須對寬粒級的物料具有廣泛的適應(yīng)性。目前國內(nèi)常用的跳汰機(jī)有LTX型、LTG型、X型、SKT型等跳汰機(jī)。LTX和LTG型跳汰機(jī)是早期設(shè)計的機(jī)型,均采用溢流堰、直閘門、排料輪和護(hù)板組成的排料機(jī)構(gòu)。由于排料輪距下料口太近,排料輪上的物料易受脈動水流作用擠開護(hù)板而自行流出,使排料輪難以控制排料量。此外,排料輪放在排料道內(nèi)容易被大塊物料卡住,因此這種結(jié)構(gòu)一直未能得到良好使用。X型跳汰機(jī)采用液壓拖板的排料方式,它是通過拖板調(diào)節(jié)排料口大小來控制排料量。因末煤流動性較好受粒度變化影響小,排料口大小與排料量基本上呈線性對應(yīng),因此這種結(jié)構(gòu)較適合用于末煤跳汰機(jī)。但由于塊煤或不分級煤的流動性受粒度變化影響大,流速不均勻,排料口大小與排料量不呈線性對應(yīng),故采用拖板排料易造成排料量忽大忽小,不連續(xù)、不穩(wěn)定。為提高對各種不同煤質(zhì)分選的適應(yīng)性,SKT型跳汰機(jī)采用了無溢流堰漏斗倉式穩(wěn)靜排料方式。該排料結(jié)構(gòu)采用無溢流堰方式可防止分好層的物料撞擊和翻越溢流堰時造成二次混雜現(xiàn)象;增設(shè)活動溢流堤可靈活調(diào)節(jié)各段底流床層厚度;采用料倉式設(shè)計可阻止脈動水流在排料道中上下竄動而影響床層分離精度;排料輪設(shè)在排料道底口下方,位于料倉內(nèi)物料安息角之外可保證穩(wěn)靜排料;同時通過護(hù)板調(diào)節(jié)可增大過流斷面,避免了誤入大粒物料的卡輪現(xiàn)象。因排料輪是強(qiáng)制性主動排料,其轉(zhuǎn)速可無級調(diào)整并和排料量呈準(zhǔn)線性對應(yīng),所以SKT型跳汰機(jī)可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定、準(zhǔn)確地調(diào)控排料量,從而有效地保證了分選效率。3.4影響跳礫選效果的因素跳汰機(jī)控制是一個綜合系統(tǒng),以風(fēng)閥控制和排料控制為主體。近年來,為了實(shí)現(xiàn)跳汰機(jī)的智能化,科研人員在跳汰機(jī)主要工藝參數(shù)的檢測與控制方面做了大量研究工作,目的除希望提高跳汰機(jī)的自動化水平外還希望改善和提高跳汰分選效果。由于影響跳汰分選效果的因素很多,如原煤特性、入料量、排料量、風(fēng)壓、水量、床層松散度、跳汰周期和頻率等等,這些因素相互作用,相互影響,所以目前尚未建立起完善可信的、為業(yè)界所公認(rèn)的跳汰選控制數(shù)學(xué)模型,對一些參數(shù)的控制模型還是建立在感性認(rèn)識或試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上。我國在跳汰選工藝參數(shù)的檢測手段上相對比較單一,目前在生產(chǎn)中大量應(yīng)用的主要還是利用浮標(biāo)傳感器檢測床層厚度,以此來實(shí)現(xiàn)排料量、給料量及總風(fēng)量、總水量的自動控制;我國還進(jìn)行了跳汰機(jī)精煤灰分在線回控的研究工作,結(jié)果表明在條件具備的條件下可實(shí)現(xiàn)精煤灰分自動調(diào)控。目前我國的SKT型跳汰機(jī)和X型跳汰機(jī),都采用PLC和觸摸屏組成的控制系統(tǒng),均可方便的調(diào)節(jié)和顯示跳汰機(jī)的各種工作參數(shù),還可擴(kuò)充實(shí)現(xiàn)與集控室的通訊等功能。4跳礫機(jī)檢測手段深入研究物料分層機(jī)理,了解和掌握影響物料分選的相關(guān)因素之間的關(guān)系,并借助計算機(jī)技術(shù)等建立起它們之間的定量關(guān)系,對優(yōu)化跳汰機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計以期進(jìn)一步提高跳汰分選效率具有十分重要的指導(dǎo)意義。進(jìn)一步完善跳汰參數(shù)的檢測手段,提高跳汰選煤