加重质液固流化床分选的研究
液固流化床内颗粒沉降特性试验研究
桂夏辉,李延锋,刘炯天,王永田,曹亦俊
( 中国矿业大学 化工学院,江苏 徐州摇 221116)
摘摇 要:以小于 1郾 5 cm 的粗煤泥颗粒为研究对象,根据密度级和粒度级的不同,将粗煤泥分成 20 种窄密度级和窄粒度级的均质颗粒,在 准100 mm 液固流化床粗煤泥分选机内,分别进行自由沉降 试验和干扰沉降试验,干扰沉降包括干扰沉降速度的试验和悬浮体密度的测量。 结果表明,分选机 内的流态应属于过渡区域,阿连公式是粗煤泥颗粒自由沉降末速的合适公式;影响干扰沉降速度的 主导因素是介质中固体颗粒数量的多少和粒群的结构特点,固体容积浓度 姿 越大,颗粒的干扰沉 降速度降低系数 茁 越小;机体内从底部到顶部,流化床中悬浮体的密度逐渐减小,但在接近悬浮体 顶部,悬浮体的密度稍有增加;随着密度和粒度的增加,悬浮体密度自下而上减小的程度增大。 关键词:液固流化床;沉降特性;自由沉降;干扰沉降;粗煤泥 中图分类号:TD455摇 摇 摇 文献标志码:A
FM,
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余
颗粒在有速度梯度的
流场中运动时,由于颗粒上部的速度比下部的速度
高,因此,上部压力低于下部压力,颗粒将受到一个升
力的作用,该力称为 Saffman 力 FS,它是由于流场中 存在梯度造成的。 由于液固流化床内上升水流的速
度很低,且平稳,基本不存在速度梯度,所以该力可以
在自由沉降试验中,颗粒受重力、压差阻力和摩
擦阻力所支配,压差阻力和摩擦阻力组成了介质阻
力,介质阻力的形式与流体的绕流流态有关,即与雷
诺数 Re 有关。 颗粒自由沉降末速的表达式为
( ) ( ) v0 = kdx
啄-籽 籽
液固外循环流化床起始外循环液体流量的实验研究
ｌｍ Ｏ ｍ和 一 ０ ｍ；初 始颗 粒 加 入量 （ 固体 ２ｍ 即
颗粒加入 量换 算 为 固体 粒子 在全 部循环 空 间 内 的 平 均 体 积 百 分 数 ）为 ０７ ％ 、 １２％ 、 ．５ ．５ １７ ％ 和 ２０ ；液 体 粘 度 为 １ Ｐ ｓ １５ ．５ ．％ ｍ ａ・ 、 ．
固外循 环 流化床 换 热 器为研 究对 象 ，考察 了颗粒 直径 、 口径 比 、喷嘴 安装 位置 、颗
粒初始 加入 量及 流体 粘度 对起 始外 循 环 液体 流 量 的影 响 ；得 出 了稳 定操 作 情 况 下 ， 液 固外循 环流化 床换 热 器起 始外循 环 液体流 量与上 述 因素之 间 的经验 关联 式。 结果
１ 实验
流型 间转 换 的 临 界 速 度 计 算 式 。 张 少 峰 、王 琦 等 认 为 ，起 始 外 循 环 流 化 速 度 是 影 响 气 液 固外 循 环 流化 床 正 常操 作 的重 要参 数 之 一 。 而对 于大 颗粒 （ 般 指 直 径大 于 １ ｌ 一 ｉｎ的颗 粒 ） ｎ
表 明 ：计 算值 与 实验 值 吻合较 好 。
关键词 换热器 液 固外循 环流化 床 全床 压 降 喷嘴
起 始外循 环 流化速 度是 流化 床 的重要 动力 学 特性 ，它指 的是 颗粒 克服 重力 随 液体流 出床 体 即进 入外循 环 流化状 态 的最小 液 速 ，是 外循 环 流化 床正 常操 作 的重 要参 数之 一 。起始 外循 环 流化 速度对 应 的全床 液 体流 量 即为起始 外循
维普资讯
６ ２
液 固外循 环流化床 起 始外循 环 液体流 量 的 实验研 究
液 固外 循 环 流 化床 起 始 外 循 环 液 体 流 量 的 实 验 研 究
固体流态化的流动特性实验
固体流态化的流动特性实验（示范实验）1、实验目的在环境工程专业，经常有流体流经固体颗粒的操作，诸如过滤、吸附、浸取、离子交换以及气固、液固和气液固反应等。
凡涉及这类流固系统的操作，按其中固体颗粒的运动状态，一般将设备分为固定床、移动床和流化床三大类。
近年来，流化床设备得到愈来愈广泛的应用。
固体流态化过程又按其特性分为密相流化和稀相流化。
密相流化床又分为散式流化床和聚式流化床。
一般情况下，气固系统的密相流化床属于聚式流化床，而液固系统的密相流化床属于散式流化床。
①通过本实验，认识与了解流化床反应器运行。
掌握解流化床反应器启动中物料的连续流化方法及其测定的主要内容，掌握流化床与固定床的区别，掌握鼓泡流化床与循环流化床在本质上的差异。
②测定流化床床层压降与气速的关系曲线本实验的目的，通过实验观察固定床向流化床转变的过程，以及聚式流化床和散式流化床流动特性的差异；实验测定流化曲线和流化速度，并试验验证固定床压降和流化床临界流化速度的计算公式。
通过本实验希望能初步掌握流化床流动特性的实验研究方法，加深对流体流经固体颗粒层的流动规律和固体流态化原理的理解。
2、实验装置与实验原理介绍流化床反应器是一种易于大型化生产的重要化学反应器。
通常是指反应物料悬浮于从下而上的气流或者液流之中，气体或者液体中的成分在与反应物料的接触中发生反应。
流化床反应器在现代工业中的早期应用为20世纪20年代出现的粉煤气化的温克勒炉（见煤气化炉）。
目前，流化床反应器已在电力、化工、石油、冶金、核工业等行业得到广泛应用。
与固定床反应器相比，流化床反应器的优点是：①可以实现固体物料的连续输入和输出；②流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能，床层内部温度均匀，而且易于控制，特别适用于强放热反应；③便于进行催化剂的连续再生和循环操作，适于催化剂失活速率高的过程的进行，石油流化床催化裂化的迅速发展就是这一方面的典型例子。
然而，由于流态化技术的固有特性以及流化过程影响因素的多样性，对于反应器来说，流化床又存在明显的局限性：①由于固体颗粒和气泡在连续流动过程中的剧烈循环和搅动，无论气相或固相都存在着相当广的停留时间分布，导致不适当的产品分布，阵低了目的产物的收率；②反应物以气泡形式通过床层，减少了气-固相之间的接触机会，降低了反应转化率；③由于固体反应物料在流动过程中的剧烈撞击和摩擦，使物料加速粉化，加上床层顶部气泡的爆裂和高速运动、大量细粒反应物料的带出，造成明显的反应物料流失；④床层内的复杂流体力学、传递现象，使过程处于非定常条件下，难以揭示其统一的规律，也难以脱离经验放大、经验操作。
细粒煤流化床分选实验研究
１ 概
述
作控制来适应 给料 性质的变化等。近 ２ ０年来 国外研究应用 的Ｔ Ｓ Ｂ 分选机 ，其 Ｅ 值低 于 ０ １ 、分 选密 度易 于调 节控 ．２
制 、分选效果优 于螺旋分 选机 、设 备结构 简单使用 寿命 比 同类设备较 长 ’ 。国 内对 于 Ｔ Ｓ分选 机 的研究 尚属 于起 。 Ｂ 步阶段 ，笔者在探索性实 验研究过 程 中发 现 Ｔ Ｓ 很好 的 Ｂ 有
煤炭的大 量使 用给 我 目的生 态环 境造 成 了严 重污 染 ，
为实现煤炭的洁净 利用 、改善 我国燃煤 污染状 况 ，根据 我 国煤炭消费结构 的多元 化格局 ，煤炭 的洗选 加工 是最为行 之有效的方法。 我国 目前的洗选工艺大都是两段 （ 即粗粒跳汰或重介 分 选 、细粒浮选 ） 或两段半 （ 即粗粒跳 汰或重介分 选 、细粒 浮 选 、粗煤泥仅 回收） 煤模式 ，这种常规工艺投 资较少 、简 选 易行 ，但由于跳 汰（ 或重介 ） 分选 和浮选之 问存 在着有 效
分选粒度的缺 口，导致 粗煤 泥的分选效 果不 佳 、整体分选
效率偏低 ，没有实 现节能减 排 的 日的。而另一 方 而，随着
采煤机械化水平的不 断提高 和地质条件 的变 化 ，原煤 中细
粒煤所 占的 比例不 断增加 ，使得 常规分选 工艺 的弊病 更加
突 出
日前粗煤泥分选的重选 设备 主要有小 直径重 介质 和水
介质旋流器 、离心 重选 、螺旋分 选机 等 ，这 些设 备特 点各
异 ，但都有其应用 的局 限性 ｌ 。如 ：小直径 重介质 旋流 ４ Ｊ 器配套系统复 杂 ，特细粒介 质 回收困难 ，生产 成本 高 ；水 介质旋流器分选精 度 比较差 ，溢 流不经 过脱 泥达不 到精煤 灰分要求 ；螺旋分 选机分选 粒级 比较窄 ，自身参 数不 易操
液固流化床粗煤泥分选机自动控制研究
ｔｅ ｌ ｕ ｄ—ｓ ｌ ｌ ｉ ｉ ｄ ｂ ｄ ｆ ｒ ｔ ｅ ｓ ｐ ｒ ｔ ｎ ｏ ｈ ｏ ｒ ｅ ｓｉ ｓ ｐ ｏ ｉ ｅ ． Ｂ ｓ ｎ ｔ ｅ ａ ｔｍａ ｉ ｃ ｎｒ ｌｃ ｕｄ ｈ ｉ ｉ ｑ ｏ ｉ ｆ ｄ ｚ ｅ ｏ ｈ ｅ ａａ ｉ ｆｔ ｅ ｃ ａｓ ｌ ｄ ｕ ｅ ｏ ｍｅ ｗａ ｒ ｖｄ ｄ ａ ｅ ｏ ｈ ｕｏ ｔ ｏ ｔ ｏ ｌ ｃ ｏ ｈ ｖ ｔｂ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌ ｉ Ｉ ｏ ｔｏ ，ｔ ｅ ａ ｖ ｎ ｅ ｕ ｏ ｔ ｏ ｔｏ ｉ ｈ ｕ ｚ ｏ ｔ ｌａ ｄ Ｐ Ｄ ｃ ｎｒ ｌｃ ｍｂ ｎ ｔ ｎ ａ ｅ ａ ｓａ ｌ ｏ ｔ ａ Ｐ Ｄ ｃ ｎ ｒ ｌ ｈ ｄ ａ ｃ ｄ ａ ｔｍａ ｉ ｃ ｎ ｒ ｌｗ ｔ ｔ ｅ ｆ ｚｙ ｃ ｎｒ ｎ Ｉ ｏ ｔ ｏ ｉａ ｉ ｏｖ ｃ ｈ ｏ ｏ ｏ
当颗 粒 的 干扰 沉 降 速 度 和 ｝升 水 流 速 度 相 同 时 ， 颗 粒 在 柱 ： 体 内旱 悬 浮状 态 形 成 干 扰 床 层 ， 干扰 沉 降 速 度 小 的 颗 粒 向
细粒煤在空气重介质流化床中分层规律的研究
Ｔａ １ Ｐｒ ｐ ｒ ｔ ｒ ｄ ｔｓ ｈｅ ｆ３ —６ ｍｍ ｎ ｏ ｌ ｂ． ｅ ａ ａｉ ｐ ｏ ｕｃ ｃ ｍｅ ｏ ｏｎ ｉ ｆ ｅ ｃ ａ
知， 当为第一种产品方案时 ， 分配率偏大； 当为第二 、 第
三 种分 配方 案时分 配 率偏 小 ， 于这 ３种 分 配方 案 在 对
原 因是 因为在此 加重 质 的粒 度组 成及 流化条 件下 所能
．
．
１ ／ ． ｇｍ ８
分选 的煤炭 颗粒 达 到 了颗 粒 的最 小 分 选 下 限 ， 导致 分
选效 果不理 想 ．
２ ３～ ｍ 细 粒 煤 的含 量 随 床 高 的增 加 是 逐 渐 ） ６ｍ
床层高度 ／ ｉ ｍｌ ｌ
等利用振动流化床对 ＜ ｍ的细粒煤的分选进行了 ６ｍ
一
系 列 的基 础研 究 ， 且建 立 了加重 质 的 动 态流 动模 并
收 稿 日期 ：０ １—１ —２ ２１ １ ４
基金项目 ： 江苏省 悼： 后科研 计划资助项 日（９ ２２ Ｃ ｛ ０ ００ ０ ） 通信作者 ： 邢洪波 （９ ２— １ 男． １６ ， 江苏徐州 人， 剐教授 ， 研究 万 ： 固体废拜物处理 及资源化． Ｅ
累４ ｏ
密度 ，Ｓｍ） （／ ３
第１ 种产晶方案 第２ 种产晶方案 第３ 种产品方案
本 试 验 采 用 的 数 据 处 理 方 法 是 在 １ ０ ２ ０， ５ ，０
２０ｍ 床层高度下， ５ ｍ 待分选完成后 ， 将床层分选产 品
分为 ４层 ， 体方 案如 表 １所 示． 验 方案 分 ３种 ， 具 试 第
根据所得实验数据计算和整理， 可得 ３ 种方案不
重介质选煤工艺及分选效果影响分析
重介质选煤工艺及分选效果影响分析隨着煤炭开采行业中，机械化及自动化水平日益提高，但是国内的优质煤炭资源渐渐匮乏，其品质较差，或者复杂煤炭层资源的挖掘占比也持续提升，这样的状况给煤炭分选工作带来了比较大的难度，同时对宝贵的不可再生资源造成了不必要的浪费。
为此，煤炭企业的相关技术人员研究并开发出高精确程度、高作业效率的重介质模式的选煤方法具有非常重大的现实意义，可以在适应不同类型煤体品质要求的情况下取得更佳的经济回报。
关键词：重介质;选煤工艺;分选效果;探索分析现阶段，随着我国社会经济的整体发展，人们对能源的消耗量正在不断加大，煤炭资源是我国重要的化石能源之一，化石能源是不可再生资源，因此在对其进行开采以及使用的时候应该有一定的限度。
随着我国煤矿行业规模的不断发展壮大，最近几年，我国煤矿企业的数量正在不断增加，并且其产品的质量也有了很大的提升，这与先进的选煤采煤技术推广有直接关系1 现阶段我国广泛应用的选煤方法以及选煤工艺对于煤矿开采企业来说，选煤工作是其中非常重要的环节之一，对相关工作人员的自身专业素质有很高的要求，同时对技术水平也有很高的要求。
目前，我国行业内应用较为广泛的选煤方法主要有以下两类，即重力选煤以及浮选，本文主要对重力选煤的方式方法进行了探讨分析，并且对其工艺方法进行了阐述。
1.1 重力选煤方法在对重力选煤方法进行应用的时候，其主要是按照密度来进行分选的，这种选煤的方式在实际应用的过程中操作相对简单，所涉及到的环节步骤并不多。
在展开分选工作的时候，首先应该创造积极有利的分选条件，这是非常重要的，要减少矿粒的形状对分选工作的影响，这样可以使矿粒之间的密度差得到有效的控制[1]。
通常情况下，介质运动的形式与作业的目的会体现出一定的不同，重选的时候主要会涉及到以下几方面的工艺，即水力分级、重介质选煤以及跳汰选煤等等。
本文介绍最为常见的重介质选煤工艺。
1.2 重介质选煤工艺的基本原理现阶段，重介质选煤工艺在现阶段我国行业内有较为广泛的应用，并且取得了较为理想的效果，重介质选煤所应用的基本原理是阿基米德原理，重介质选煤通常会采用分级入选的方式。
脉动液固流化床分选机分选性能试验研究
的影 响 ，就要尽 量加 强水 流加速度 在分 层 中的作用 。在水 流脉动 的上 升初 期和 下 降末 期 ，脉 动水 流 的加 速度 向上 ，
在上升期它可 以使低 密度 颗粒 获得 比高密 度颗 粒更快 的上 升运动 ；在下 降期 则可 以使低 密度 颗粒获 得 比高密 度颗粒
２ ．煤炭加工与 高效 洁净 利用教育部重点实验室 ，江苏 徐州
２ ２ １ ０ ０ ８ ）
摘
要 ：脉动 液 固流化床 分 选机是 一 种 结构 简单 、分选 效果较 好 的分 选设备 ，其 性 能能 够吻
合粗煤泥本身的粒度 范围窄、需要低密度分选的特点。文章介绍 了脉动液 固流化床分选机 的工作 原理 ，重 点分 析 了脉 动 水 流 的 影 响机 理 。再 通 过 设 计 的 单 因素 试 验 ，采 用 气煤 为煤 样 ，对 ｌ一
其 具体 工作过程是 ：矿浆 自上部 给料 缓 冲槽 自流进 入 分选机 后 ，颗粒在 重力 、浮 力、介质 阻内选 煤机 械分选 的粒 级 范围来 看 ，重选 中由 于重介质旋流器发 展不 断大 型化 ，其 分选 粒度 下限 不断上 升 ，而微泡浮选柱 的分 选粒 度上 限又不 断 降低 ，这 导致 了 介 于重介质旋流器有效 分选 下 限和浮选 有效 分选 上 限之 间 的粗煤泥得不到有效 的分选 。 脉动液 固流化 床是 属于重 力选 矿 的范畴 ，对 于粗煤 泥
用力 的共 同作 用下作 干扰 沉降运 动 ，物 料在 间断上 升 的脉
动水流 的作 用下逐 渐松 散、分层 ，由于矿 物颗粒 间的性质
存在差 异 ，如密度 、粒 度 以及 形状 上 的差异 ，矿 物颗 粒 的 运动轨迹 以及沉 降末 速也存 在较 大差异 ，其 中沉 降末 速 正 好等于 间断上升 的脉 动水 流速度 的矿 物颗粒 会悬 浮 于分选
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加重质液固流化床分选的研究
通过对加重质液固流化床分选2～0.25mm宽粒级分选的粗煤泥产品的粒度和密度分析，结果表明：各粒级的分配曲线更加靠近，加重质液固流化床中不同粒级粗煤泥的实际分选密度差仅为0.07～0.03g/cm3，说明加重质液固流化床弱化颗粒粒度对分选的影响，实现了2～0.25mm宽粒级粗煤泥基于自身密度精确分选，为粗煤泥分选效果的提高和拓展分选粒度范围提供了一种简捷、高效的分选技术。
标签：加重质；液固流化床；粗煤泥；分选；密度
液固流化床已成为分选1～0.25mm粒级粗煤泥的主流分选技术，得到越来越广泛的应用[1]。
然而大量的工业应用效果表明：对于难选煤和粒度范围较宽的粗煤泥，分选效果较差[2]。
这已成为影响液固流化床粗煤泥分选效果和限制应用范围的重要因素。
根据分选流体密度的提高有利于提高分选效果的原理，文章从流体环境入手，通过添加加重质来提高悬浮液的密度，缩小悬浮液密度和分选密度之间的差距，有利于拓宽液固流化床入料粒度的同时，提高分选效果[3]。
这种崭新的技术可充分利用重介系统的悬浮液，在工业上容易实现，它未来有望成为一种进一步提高分选效果和拓展应用的粗煤泥分选新技术。
1 试验
1.1 煤质分析
试验煤样粒度见表1。
煤样的加权平均灰分为23.20%，属于中灰，其中2～1.5mm和1.5～1mm粒级灰分分别为36.90%和31.45%，属于中高灰煤；各粒级分布不均，主导粒级是0.75～0.5mm和0.5～0.25mm，分别占全样29.29%、35.45%，各粒级灰分随粒度减小而减小，细粒煤含量较多，煤质较脆。
1.2 试验系统及试验步骤
构建的液固流化床试验系统如图1所示，柱体高度为1000mm。
系统由搅拌桶、离心泵、电磁流量计、压力表、流化床柱体和控制系统6部分组成。
1搅拌桶；2离心泵；3阀门；4电磁流量计；5压力表；6采样口；7溢流口；8流体分布器；9底流口；10搅拌桶
试验步骤：将称好的煤样和磁铁矿粉预先湿润，倒入搅拌桶内，加入一定量的水，充分搅拌5min。
开启离心泵，通过控制柜调节离心泵的转速和流量调节阀共同调节上升水速，使上升水速稳定在0.22cm/s，待水速稳定后，开启给料口，稳定给料速度。
待系统运行稳定5min后，每隔3min开启底流阀门进行尾煤排放，稳定运行12min后进行底流和溢流采样。
图2为普通液固流化床分选2～0.25mm宽粒级粗煤泥的不同粒级的分配曲线[4]。
可以得出，2～1.5mm、1.5～1mm、1～0.75mm、0.75～0.5mm、0.5～0.25mm 的实际分选密度分别为1.42g/cm3、1.5g/cm3、1.59g/cm3、1.72g/cm3、1.86g/cm3，实际分选密度随着粒级粒度的减小而增大。
这说明在普通液固流化床分选2～0.25mm宽粒级粗煤泥时，重产物并没有按照床层密度得到精确的分选，也就是说物料没有基于自身密度进行分选，而是随着粒度的减小轻产物分选效果逐渐变差，错配现象明显增强。
因此，普通液固流化床对分选2～0.25mm宽粒级粗煤泥效果不好。
图3为加重质液固流化床分选2～0.25mm宽粒级粗煤泥时不同粒级的分配曲线。
可以得出，2～1.5mm、1.5～1mm、1～0.75mm、0.75～0.5mm、0.5～0.25mm 的实际分选密度分别为1.47g/cm3、1.48g/cm3、1.49g/cm3、1.49g/cm3、1.5g/cm3，各粒级之间的实际分选密度较为接近，最大差值为0.03g/cm3，不同粒级的分配曲线非常靠近，说明加重质液固流化床在分选2～0.25mm宽粒级粗煤泥时，能够弱化了颗粒粒度对分选的影响，实现物料基于自身密度进行精确分选。
3 结束语
（1）普通液固流化床分选2～0.25mm宽粒级粗煤泥时，物料按床层密度分选较弱，受颗粒粒度影响严重，物料没有基于自身密度进行分选。
（2）加重质液固流化床分选2～0.25mm宽粒级粗煤泥时，能够弱化了颗粒粒度对分选的影响，实现物料基于自身密度进行精确分选。
参考文献
[1]陈子彤，刘文礼，赵宏霞，等.干扰床分选机工作原理及分选理论基础研究[J].煤炭工程，2006（4）：64-66.
[2]邰辛平，赵永生.TBS-3.6干扰床分选机在三交河选煤厂的应用[J].选煤技术，2012（4）：33-35.
[3]李延锋.液固流化床粗煤泥分选机理与应用研究[D].徐州：中国矿业大学，2008.。