分选机的设计及试验研究

张 静

（山西焦煤霍州煤电李雅庄矿洗煤厂， 山西 临汾 031400）

0 引言

煤炭是我国基础能源，在未来其将仍然在我国能源结构中占据主导地位。煤炭的应用会带来悬浮物，对环境造成污染。实现煤炭的清洁化利用是非常有必要的，除了在煤炭应用中采用先进的燃烧技术外，还需对原煤进行处理，重点脱除其中的灰分和无机硫。干扰床分选机作为煤炭洗选的关键设备，其在实际应用中具有高自动化水平、低能耗以及高效率的优势。但是，针对粗煤泥的分选而言，由于粗煤泥中的中间密度级物料的含量较多，导致采用传统分选机时对应的困难较大[1]。因此，本文将根据实际需求完成对新型分选机的设计，并对所设计分选机的效果进行试验研究。

1 分选方案的优选

本文重点将根据实际分选需求采用流体模拟分析软件对不同结构的新型分选机的性能进行对比，从而设计出结构最佳、性能最优越的分选机。

为解决有些物料非常难洗选的问题，需要为其设计更加有效的分选方案。对于难分选的物料，由于待分选物料主要的特征为其中间级粒度的物料含量较大，也就是说各级物料的密度相对均匀[2]。因此，针对上述问题，需对难以分选的物料采取两段分选的方案实现其功能，包括底流再分选或溢流再分选两类方案，如图1 所示。

图1 两段分选方案示意图

上述两段分选方案的核心区别在于底流再分选方案中二段的流速大于一段的上升水流；溢流再分选方案中二段的流速小于一段的上升水流。两种分选方案的详细对比如表1 所示。

表1 底流再分选和溢流再分选方案对比

在上述对底流再分选方案和溢流再分选方案对比的基础上，本文将采用溢流再分选方案为基础设计新型分选机。

2 新型分选机的结构设计

基于所确定的溢流再分选的两段分选方案，本节将参照其原理完成新型分选机的关键结构设计。

2.1 新型分选机给水结构的设计

从原理上讲，影响物料分选效果的关键因素之一为给水情况。分选机的给水情况主要与其给水结构相关，包括给水泵、管路、布水装置等。其中，布水装置是给水结构的核心，其对是否能够保证上升水流稳定进入分选空间中作用显著[3]。一般情况下，布水装置的功能主要依靠布水板或者流体分布器实现。本小节重点完成流体分布器的结构优化设计。

在分选机上需要布置一定数量水平支管，水平支管的布置疏密程度对分选效果会有一定的影响。当水平支管的间距过小时，虽然对应的上升水流相对均匀，但是会影响最终的排料效果；当水平支管的间距过大时，虽有利于排料但是对应上升水流波动相对严重。经研究，将水平支管的间距设定为6 mm 为最佳。

该新型分选机采用U 型连通器的结构实现分选空间与供水结构的连接，基本结构如图2 所示。

图2 U 型连通器结构

针对图2 中的连通器结构，可采用三种给水结构，包括右侧直接给水、右侧直接给水+底部布水板、U 型给水结构。三种结构对应的管路内的速度仿真对比如图3 所示。

图3 不同给水结构对应截面速度仿真结果

由图3 可知，右侧直接给水结构对应的上升水流波动严重；而右侧直接给水+底部布水板结构和U型给水结构的上升水流相对稳定，而且U 型给水结构的稳定性更好。因此，本分选机确定为U 型给水结构。

2.2 分选腔参数确定

2.2.1 分选腔直径确定

鉴于PVC-U 质地轻、耐腐蚀以及容易加工等特点，本分选机分选腔配套的给水管采用PVC-U 材质。根据GB/T 20221—2006 的相关规定，并结合分选机的实际功能要求，分选腔的直径不宜过大也不宜过小。同理，在仿真计算的基础上确定分选腔的具体参数如表2 所示。

表2 分选腔直径参数 单位：mm

2.2.2 分选腔高度及底流口直径确定

结合分选机的处理能力以及上述已经确定的分选机其他结构参数，初步确定分选腔高度为600 mm、900 mm 和1 200 mm；底流口直径为10 mm、20 mm 和40 mm。对于上述不同分选腔高度和底流口直径所组成的九种组合下的速度云图进行对比。具体如下：

随着底流口直径的减小，对应上升水流的稳定性越好；但是，当底流口直径过小时，会影响设备最终的排料性能[4]。因此，确定底流口直径为20 mm。

而且，当分选腔高度大于900 mm 时，对应设备上升水流才开始区域稳定；而且，在1 200 mm 时，整个分选腔内的水流已经十分稳定了。因此，确定分选腔高度为1 200 mm。

3 分选机的试验研究

根据上述所设计的分选机的参数进行加工，并根据相互关系进行安装，组装成的分选机实物如图4 所示。

图4 分选机实物

将如图4 所示的分选机应用于实际生产中，对所设计的分选机的最佳运行参数进行确定。在大量实践运行的基础上，对数据进行统计总结得出如下：该分选机对应的最佳入料粒度为1.0～0.25 mm；分选机的最佳内筒流量为1.8 cm3/h，最佳外筒流量为2.0 cm3/h。

对应的在不同阶段的效果和灰分比如表3 所示。最终分选后精煤的回收率可达90.68%，具有较为优秀的分选效果。

表3 分选机不同阶段分选效果

4 结论

煤矿洗选的主要作用是将煤炭中的灰分进行去除，避免燃烧时造成严重的粉尘，从而对环境造成污染[5]。分选机作为煤矿洗选的关键设备，其对密度相对均匀物料的分选效果较差。针对此问题，本文设计了基于二段再分选的方法的三产品干扰床分选机，重点对该设备的给水结构，分选腔高度、直径以及底流口直径等参数进行确定，并总结如下：

1）采用U 型给水结构，对应分选腔的高度为1 200 mm，分选腔外筒直径为200 mm，内筒直径为75 mm，中筒直径为110 mm；底流口直径为20 mm。

2）确定该分选机的最佳运行工艺参数如下：入料粒度为1.0～0.25 mm；内筒流量为1.8 cm3/h，外筒流量为2.0 cm3/h。最终分选后精煤的回收率可达90.68%。