胡言鳳

(中煤科工集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430064)

底流口直徑對篩網(wǎng)旋流器分級效果的影響

胡言鳳

(中煤科工集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430064)

為提高篩網(wǎng)旋流器的分級效果，在對柱段篩網(wǎng)直徑與篩孔直徑、入料口、溢流管、錐角與底流口設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上制造篩網(wǎng)旋流器樣機(jī)，通過改變樣機(jī)的底流口直徑來研究其對分級效果的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：篩網(wǎng)旋流器的分級效率隨底流口直徑的增大而增加，分級粒度隨底流口直徑的增大而減小。

篩網(wǎng)旋流器；底流口直徑；分級效率

篩網(wǎng)旋流器是一種細(xì)粒煤分級設(shè)備，它的創(chuàng)新之處是將弧形圓筒篩和水力分級旋流器有機(jī)結(jié)合，不但兼有二者的優(yōu)點(diǎn)，而且具有自身的特點(diǎn)——處理能力大，基本實(shí)現(xiàn)按粒度分級，且多出一種篩下產(chǎn)品，使選煤工藝設(shè)計(jì)更靈活。浮選入料中高灰細(xì)泥較多時(shí)，使用篩網(wǎng)旋流器更有利于提高分選效果。老鷹山選煤廠使用篩網(wǎng)旋流器的實(shí)踐表明：旋流器溢流中<0.044 mm粒級細(xì)泥含量為92%，甚至高達(dá)98%，說明其能有效脫除煤泥中的高灰細(xì)泥；旋流器底流中>0.044 mm粒級含量在75%以上，底流濃度明顯提高，灰分顯著下降。該設(shè)備不僅能使精煤灰分下降，還能減少藥劑消耗[1-3]。

篩網(wǎng)旋流器已在選煤廠投入使用，但并沒有得到大范圍推廣，這與其分級精度較低、中間物料的篩下產(chǎn)品出料不穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)較大有關(guān)。該旋流器基本實(shí)現(xiàn)按粒度分級，受物料密度影響較小，但其分級精度較水力旋流器稍差。相對水力旋流器來說，篩網(wǎng)旋流器直徑一般較大，能夠排出大量的中間物料，且分級粒度細(xì)，底流口不易堵塞，但中間物料的篩下產(chǎn)品出料不穩(wěn)定。篩網(wǎng)旋流器單位體積處理量一般是同規(guī)格水力旋流器的兩倍，但其對工藝參數(shù)的變化較敏感，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)較大。為提高篩網(wǎng)旋流器的分級效果，基于柱段篩網(wǎng)直徑與篩孔直徑、入料口、溢流管、錐角與底流口的設(shè)計(jì)制造試驗(yàn)樣機(jī)，研究篩網(wǎng)旋流器底流口直徑變化對其分級效果的影響。

1 篩網(wǎng)旋流器樣機(jī)設(shè)計(jì)

入料以一定的壓力沿切線方向給入旋流器，在其內(nèi)部形成內(nèi)外兩股螺旋流。其中一股沿旋流器中間軸心向上運(yùn)動(dòng)，稱為內(nèi)螺旋流；另一股沿旋流器器壁向下運(yùn)動(dòng)，稱為外螺旋流。在內(nèi)螺旋流作用下，柱內(nèi)形成負(fù)壓并吸入空氣，產(chǎn)生軸向空氣柱。有壓物料給入旋流器后，極細(xì)顆粒隨內(nèi)螺旋流向上運(yùn)動(dòng)，最終從溢流口排出，成為溢流產(chǎn)品；小于中間篩孔直徑的中間粒級物料隨外螺旋流向下運(yùn)動(dòng)，通過篩網(wǎng)到達(dá)旋流器器壁，最終從柱段下部篩下物排料口排出，成為篩下產(chǎn)品；大于篩孔直徑的粗顆粒隨外螺旋流繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，最終從底流口排出，成為底流產(chǎn)品[4-6]。篩網(wǎng)旋流器結(jié)構(gòu)示意圖如1所示。

圖1 篩網(wǎng)旋流器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure diagram of cyclone with screen mesh

1.1 柱段篩網(wǎng)直徑與篩孔直徑設(shè)計(jì)

篩網(wǎng)旋流器的柱段直徑是標(biāo)定其規(guī)格和生產(chǎn)能力的主要尺寸，柱段直徑越大，處理能力越大，分級效果越差。實(shí)際生產(chǎn)中柱段直徑300 mm、篩孔直徑0.5 mm的篩網(wǎng)旋流器主要用于物料0.045 mm分級，但只能起到脫除細(xì)泥的作用。篩網(wǎng)尺寸的變化必然會影響篩下產(chǎn)品的粒度，也會影響溢流、底流、篩下產(chǎn)品的流量分配，進(jìn)而可能影響篩網(wǎng)旋流器的分級粒度，實(shí)現(xiàn)物料以0.15 mm左右分級。根據(jù)柱段直徑與其處理能力的關(guān)系(Q∝D2)，結(jié)合現(xiàn)有試驗(yàn)泵的流量，設(shè)計(jì)柱段篩網(wǎng)直徑為150 mm，篩孔直徑為0.75 mm。

1.2 入料口設(shè)計(jì)

旋流器入料口的形狀與尺寸對其生產(chǎn)能力、分級效率等工藝指標(biāo)有重要影響，主要是因?yàn)檫M(jìn)料口影響入料的流量和流速。旋流器入料口有多種形狀，應(yīng)用較多的為圓形、矩形、扇形；入料方式也有多種，一般常用為切線入料、擺線入料、漸開線入料。篩網(wǎng)旋流器樣機(jī)選用圓形入料口，以切線方式給料。

當(dāng)篩網(wǎng)旋流器柱段直徑確定后，可根據(jù)其直徑計(jì)算出生產(chǎn)能力，經(jīng)驗(yàn)公式為：

式中：Q為生產(chǎn)能力，m3/h；d0、di為溢流口和入料口的直徑，mm；H為入料壓頭，MPa；β為旋流器錐角，(°)；g為重力加速度，m/s2。

由上式可知：生產(chǎn)能力與入料口直徑有直接關(guān)系，設(shè)計(jì)入料口直徑為50 mm，通過閥門和入料壓力來調(diào)節(jié)入料量。

1.3 溢流管設(shè)計(jì)

溢流管是旋流器的重要結(jié)構(gòu)，其尺寸、插入深度等均對旋流器分級(選)效果有很大影響。溢流管的變化會影響旋流器的其他工藝參數(shù)，如底流量與溢流量的分配、短路流的大小等，而這些因素均會對分級(選)效果產(chǎn)生影響。

溢流管對篩網(wǎng)旋流器的分級效果有一定影響，研究表明：溢流產(chǎn)率、底流產(chǎn)率可通過調(diào)節(jié)溢流管直徑來改變，溢流管直徑增大，溢流產(chǎn)率增加，溢流產(chǎn)品粒度變大，底流產(chǎn)品中細(xì)粒物含量相對減少，底流濃度增高。對于脫泥、排粗兩種相反的工藝要求，均可通過改變溢流管直徑來實(shí)現(xiàn)。一般情況下，溢流管直徑為柱段直徑的0.27～0.35倍，設(shè)計(jì)溢流管直徑為50 mm，溢流管插入深度為320 mm。

1.4 錐角與底流口設(shè)計(jì)

旋流器依照錐角θ劃分，可分為長錐型(θ≤10°)、標(biāo)準(zhǔn)型(θ=15°～20°)、短錐型(θ>20°)三種。旋流器內(nèi)的流體阻力和分離粒度隨錐角的增大而增大，而小錐角有利于壁面上的粗顆粒沿器壁進(jìn)入底流口，因此旋流器錐角宜較?。坏溴F角也不應(yīng)過小，否則容易引起底流口的堵塞和嚴(yán)重磨損。一般固液分離用水力旋流器宜選用不大于15°的小錐角，如果分級物料濃度較大，且以粗顆粒為主，同時(shí)不要求分離效率很高時(shí)，可考慮選用大于40°的大錐角，以防底流口被堵塞。試驗(yàn)入料粒度<1 mm，設(shè)計(jì)錐角為20°。

底流口直徑是旋流器十分重要的一個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)，旋流器的處理能力和分流比受其變化影響較大。旋流器處理能力和分流比與底流口直徑成正比，但隨著底流口直徑的減小，底流產(chǎn)品濃度增大，達(dá)到某一限度后分離總效率下降。排口比即底流口直徑與溢流口直徑之比，一般應(yīng)在0.15～1之間。隨著排口比的增大，底流流量與溢流流量之比 (即分流比)增大，分離效率也增大，但增大到一定程度后出現(xiàn)下降的趨勢，分離粒度也降到某一界限。一般情況下，分離效率最大值對應(yīng)的是最佳排口比，如果僅考慮分離效率，排口比取值一般在0.35～0.60之間[3]。根據(jù)上述分析，將底流口直徑作為一個(gè)變化參數(shù)(取值分別為28、25、22、20 mm)，研究不同底流口直徑對篩網(wǎng)旋流器分級效果的影響。

2 試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)設(shè)備

采用篩網(wǎng)旋流器樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，探索底流口直徑變化對分級效果的影響。篩網(wǎng)旋流器樣機(jī)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和變化因素如表1所示。

表1 篩網(wǎng)旋流器樣機(jī)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和變化因素Table 1 Main structure parameters of model machine of cyclone with screen mesh and variable factors

2.2 試驗(yàn)方案

在入料濃度為80～100 g/L、入料壓力為0.15 MPa的條件下，改變篩網(wǎng)旋流器的底流口直徑，通過計(jì)量法測出溢流、底流、篩下產(chǎn)品中各產(chǎn)物的產(chǎn)率；在各產(chǎn)物中取樣進(jìn)行小篩分試驗(yàn)，根據(jù)不同產(chǎn)物中各粒級產(chǎn)率計(jì)算出篩網(wǎng)旋流器的底流分配率，并繪制底流分配曲線；從分配曲線中得出篩網(wǎng)旋流器的分級粒度，即分配率為50%時(shí)的分級粒度，根據(jù)公式計(jì)算出篩網(wǎng)旋流器的分級效率。

2.3 評價(jià)指標(biāo)

采用分級效率η來評價(jià)篩網(wǎng)旋流器的分級效果，分級效率計(jì)算公式如下：

式中：η為分級效率，%；α為入料中比規(guī)定粒度小的物料含量，%；β為溢流中比規(guī)定粒度小的物料含量，%；θ為底流中比規(guī)定粒度小的物料含量，%。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 不同底流口直徑時(shí)的分級效果

以篩網(wǎng)旋流器樣機(jī)為試驗(yàn)設(shè)備，依次改變底流口直徑(28、25、22、20 mm)，研究其對篩網(wǎng)旋器分級效果的影響。

(1)底流口直徑為28 mm時(shí)，各產(chǎn)物占全樣產(chǎn)率分別為溢流32.77%、篩下產(chǎn)品11.06%，底流56.17%，篩網(wǎng)旋流器分級效果如表2所示。

(2)底流口直徑為25 mm時(shí)，各產(chǎn)物占全樣產(chǎn)率分別為溢流23.92%、篩下產(chǎn)品18.30%、底流57.78%，篩網(wǎng)旋流器分級效果如表3所示。

(3)底流口直徑為22 mm時(shí)，各產(chǎn)物占全樣產(chǎn)率分別為溢流42.25%、篩下產(chǎn)品10.99%、底流46.76%，篩網(wǎng)旋流器分級效果如表4所示。

(4)底流口直徑為20 mm時(shí)，各產(chǎn)物占全樣產(chǎn)率分別為溢流56.17%、篩下產(chǎn)品7.96%、底流35.87%，篩網(wǎng)旋流器分級效果如表5所示。

表2 底流口直徑為28 mm時(shí)的分級效果Table 2 Classification effect at 28 mm underflow outlet in diameter %

表3 底流口直徑為25 mm時(shí)的分級效果Table 3 Classification effect at 25 mm underflow outlet in diameter %

表4 底流口直徑為22 mm時(shí)的分級效果Table 4 Classification effect at 22 mm underflow outlet in diameter %

表5 底流口直徑為20 mm時(shí)的分級效果Table 5 Classification effect at 20 mm underflow outlet in diameter %

根據(jù)表2、表3、表4、表5計(jì)算出的篩網(wǎng)旋流器底流分配率繪制分配曲線，結(jié)果如圖2、圖3所示。

圖2 不同底流口直徑時(shí)的底流分配曲線Fig.2 Distribution curve of underflow in different underflow outlet diameters

圖3 正配效率隨底流口變化曲線Fig.3 Curve of positive distribution efficiency with varying underflow outlet diameters

由圖2、圖3可知：隨著底流口直徑的增加，粗顆粒、細(xì)顆粒在底流中的分配率均在不斷提高。底流口直徑變化對粗顆粒和細(xì)顆粒的正配效率影響不同，隨著底流口直徑的增大，細(xì)顆粒的正配效率不斷降低，粗顆粒的正配效率不斷提高，且粗顆粒的正配效率變化趨勢比細(xì)顆粒的更顯著，說明粗顆粒在篩網(wǎng)旋流器內(nèi)部更容易分離；細(xì)顆粒正配效率變化較小，說明底流口直徑變化對細(xì)粒級物料的分離過程影響較小。

3.2 分級效率與分級粒度

根據(jù)分配曲線確定篩網(wǎng)旋流器的分級粒度，并依據(jù)公式計(jì)算其分級效率，結(jié)果如圖4、圖5所示。

圖4 分級粒度隨底流口變化曲線Fig.4 Curve of particle size of classification with varying underflow outlet diameters

由圖4、圖5可知：隨著底流口直徑的增大，篩網(wǎng)旋流器的分級效率不斷提高，而分級粒度逐漸減小，這與粗顆粒、細(xì)顆粒的正配效率變化趨勢吻合。增大底流口直徑在一定程度上能得到較高的分級效率，但底流口直徑不能無限增大。隨著底流口直徑的不斷增大，分級粒度越來越細(xì)，為了更好的適應(yīng)原煤洗選需要，0.15 mm左右分級的情況較多，且分級粒度過細(xì)會使篩網(wǎng)旋流器的用途受到限制。

圖5 分級效率隨底流口變化曲線Fig.5 Curve of classification efficiency with varying underflow outlet diameters

4 結(jié)論

(1)底流口直徑影響粗顆粒和細(xì)顆粒在篩網(wǎng)旋流器底流中的分配，隨著底流口直徑的增加，兩種顆粒在底流中的分配率均不斷提高。

(2)底流口直徑變化對粗顆粒、細(xì)顆粒的正配效率影響不同，隨著底流口直徑的增大，粗顆粒的正配效率不斷提高，細(xì)顆粒的正配效率不斷降低，且粗顆粒的正配效率變化趨勢比細(xì)顆粒的更顯著。

(3)隨著底流口直徑的增大，篩網(wǎng)旋流器的分級效率不斷提高，而分級粒度逐漸減??；底流口直徑不能無限增大，否則會使分級粒度過細(xì)，導(dǎo)致篩網(wǎng)旋流器的用途受到限制。

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Effect of underflow outlet diameter of cyclone with screen mesh on classification

HU Yan-feng

(Wuhan Design & Research Institute Co., Ltd.of China Coal Technology & Engineering Group, Wuhan, Hubei 430064, China)

In order to improve classification efficiency of cyclone with screen mesh, based on design of cylinder screen mesh diameter and aperture diameter, inlet, overflow tube, cone angle and underflow outlet, model machine of cyclone with screen mesh is made; according to a change in underflow outlet diameter, its effect on classification of this cyclone is analyzed.The result shows that it is an increasing classification efficiency of this cyclone with increase of underflow outlet diameter, while particle size of classification decreases.

cyclone with screen mesh; underflow outlet diameter; classification efficiency

1001-3571(2015)03-0017-04

TD941+.3

A

2015-05-08

10.16447/j.cnki.cpt.2015.03.005

胡言鳳(1983—)，男，山東省濟(jì)寧市人，工程師，從事選煤工程設(shè)計(jì)方面的工作。

E-mail：88006338@qq.com Tel:15072312809