在线计算三产品旋流器分配曲线的方法与相关技术

本技术公开了一种在线计算三产品旋流器分配曲线的方法，该方法通过建立相应粒级与密度级的理论模型计算旋流器分配曲线，根据分配曲线得到旋流器一段、二段实际分选密度，以及根据分配曲线计算得到分选效率。与传统的人工采样并进行浮沉实验获得旋流器分配曲线的方法相比，本技术更加准确、快捷、方便，并能够实时监测旋流器分选效果。

权利要求书

1.一种在线计算三产品旋流器分配曲线的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，在线测量获得三产品旋流器一段的入料密度ρf1、溢流密度ρo1和底流密度ρu1，以及二段的入料密度ρf2、溢流密度ρo2和底流密度ρu2；

步骤二，计算旋流器一、二段内介质的密度ρmi

Hti为旋流器一、二段的半径；ri为煤颗粒距离旋流器外壁的径向距离；

步骤三，通过计算煤颗粒在重介质悬浮液中的有效重力值Gdp，介质阻力Rdp，阿基米德数Ar，雷诺数Rep，曳力系数CD和旋流器一、二段内介质的密度级ρmi，计算煤颗粒在旋流器一、二段内的自由末速vti

其中，dp为煤质颗粒的体积当量直径，ρs为煤质颗粒密度；

步骤四，计算给定粒级dp的入洗煤颗粒中轻(重)产物的总量

其中，x，y为煤颗粒距离旋流器外壁的径向距离；

步骤五，计算RD50(1/2)

由煤颗粒自由沉降的概率分布理论可得，针对大粒径的煤颗粒，煤颗粒的密度等于旋流器内有效分离区域中点位置的介质密度，得：

步骤六，假设引入系数ξ，计算单一粒径dp的煤颗粒的总质量分数

步骤七，计算在给定粒径的条件下，落入沉物的概率(分配率)

其中，Hsi是给定某一煤颗粒密度ρs，在旋流器内各介质层的分离边界距旋流器内壁的距离，此时煤颗粒的上浮或下沉概率均为50％，δcsi是在(0,Hsi)范围内分离出的煤颗粒质量分数δc的平均值；Hti是分离区域的宽度，δcti是在(0,Hti)范围内分离出的煤颗粒质量分数δc的平均值；综上可得：Hsiδcsi是旋流器内沉物的质量分数，Htiδcti旋流器内煤颗粒总的质量分数；

步骤八，判断PN是否等于0.5，即总入料量中，沉物概率是否为50％，若不等于50％，则针对ξ进行迭代假设计算；在计算得到ξ后，计算某一粒径等级的煤颗粒，在全密度等级下的三产品旋流器的分配曲线；

步骤九，计算入洗原料煤的粒度分布

通过测量入洗原煤得瞬时流量Q1和某一粒级dp以上的煤颗粒流量Q2计算dp以上的煤颗粒的累计质量百分数

并由Gaudin-Schuhmann定律可得，全等级的粒度分布为

其中，n为分布数，k为入洗原煤的最大颗粒，在已知，R、dp和k的情况下，可以计算得到n；

步骤十，计算三产品旋流器的分配系数

其中，PNi为在总粒级中，第i个粒径的分配系数；Mi为第i个粒级占总粒级的质量分数；

步骤十一，由三产品旋流器的分配系数在线绘制三产品旋流器的分配曲线。

2.根据权利要求1所述的在线计算三产品旋流器分配曲线的方法，其特征在于，进一步的，步骤三中，包括以下步骤：

S1，计算煤颗粒在重介质悬浮液中的有效重力值

其中，dp为煤质颗粒的体积当量直径；ρs为煤质颗粒密度；ρmi为旋流器内部重介质的相对密度；g为重力加速度；

S2，计算煤颗粒在重介质中受到的阻力

其中，CD是曳力系数；vr为旋流器内介质层中流体的真实速度，即流体空截面速度；vp为煤质颗粒的速度；v为煤质颗粒的自由沉降速度；

S3，计算阿基米德数Ar

阿基米德数仅与煤颗粒和重介质的固有属性相关，其中，μ为旋流器内部重介质的粘度，计

算过程如下：

Ve+Vc+VH＝1

其中，Ve为单位体积内铁磁物质的体积；Vc为单位体积内煤泥的体积；VH为单位体积内煤泥的体积；

Veρe+Vcρc+VHρH＝ρf1

其中，ρe为铁磁物质的密度；ρc为煤泥密度；ρH为水的密度；

其中，Ge＝Veρe是介质中的铁磁物质含量，由磁性物检测仪获得；Gc＝Vcρc是介质中的煤泥含量，令得：

S4，计算雷诺数

煤颗粒与重介质发生相对运动时，煤颗粒同时受到切应力阻力和形状阻力，阻力的大小取决于，重介质和煤颗粒间运动的雷诺数和煤颗粒的形状。

当煤颗粒在重介质中的有效重力值等于所受到的阻力时，煤颗粒的速度达到自由沉降的末速度，可得：

由曳力系数CD和雷诺数Rep的对应关系，可得雷诺数为：

(1)当Ar＜1.83时，Rep＝Ar/18，解得：Rep＜0.1；

(2)当1.83＜Ar＜3.5×105，Rep+0.14Rep1.7＝Ar/18，解得：0.1＜Rep＜3×103；

(3)当3.5×105＜Ar＜3.25×1010，解得：103＜Rep＜3×103；

(4)当Ar＞3.25×1010，解得：Rep＞106。

S5，计算曳力系数

曳力系数是重介质流体的阻力系数，与煤颗粒的形状和雷诺数相关，因为旋流器的入料原煤一般都经过破碎机处理，这里近似理解为粒级不同，但形状相似的多角形颗粒，此时，曳力系数CD是雷诺数Rep的函数；由CD-Rep关系曲线可得，煤颗粒是和球形颗粒相似的平滑曲线，仅是曲线坐标位置的不同。

根据不同的雷诺数，可得曳力系数CD为：

S6，计算煤颗粒的自由末速

当煤颗粒在重介质中的有效重力值Gdp等于所受到的阻力Rdp时，煤颗粒的速度达到自由末速度vti，通过求解ρmi和CD，在已知入洗原煤的粒度级和密度级的情况下，得：

其中，

3.根据权利要求1所述的在线计算三产品旋流器分配曲线的方法，其特征在于，根据分配曲线得到：

旋流器一段实际分选密度和旋流器二段实际分选密度以实现通过调节入选密度，完成对精煤、中煤和矸石的最优分选。

4.根据权利要求1所述的在线计算三产品旋流器分配曲线的方法，其特征在于，根据分配曲线计算得到分选效率：

技术说明书

一种在线计算三产品旋流器分配曲线的方法

技术领域：

本技术属于重力选煤技术领域，具体来说涉及一种在线计算三产品旋流器分配曲线的方法。背景技术：

矿物是由不同粒径和密度组成的矿粒群，由于粒子在流动介质中所受的重力、流体动力和机械力均不相同，使矿物粒子的运动形态各异，重力选煤是根据粒子的不同运动形态实现矿粒群分选的过程。重介质旋流器选煤是重力选煤中效率最高的方法，对难选和极难选原煤、细粒煤、高硫煤的分选和脱硫有显著效果。三产品旋流器是由两台两产品旋流器串联组装而成，从分选原理上没有差别。第一段为主洗，采用低密度悬浮液进行分选，第二段为再洗，且第一段悬浮液浓缩的结果作为第二段高密度悬浮液。在外加压力作用下，旋流器内介质产