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博士学位论文

博士学位论文

液固流化床粗煤泥分选机理与应用研究

STUDYONTHE

SEPARATIONMECHANISMANDAPPLICATIONOFLIQUID-SOLIDFLUIDIZEDBEDCOARSESLIMESEPARATOR

作者：

李延锋

导师：

刘炯天教授

中国矿业大学

二○○八年十月

学位论文使用授权声明

Certificateofthesisauthority

本人完全了解中国矿业大学有关保留、使用学位论文的规定，同意本人所撰写的学位论文的使用授权按照学校的管理规定处理：

作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者须授权所在学校拥有学位论文的部分使用权，即：

学校档案馆和图书馆有权保留学位论文的纸质版和电子版，可以使用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；

为教学和科研目的，学校档案馆和图书馆可以将公开的学位论文作为资料在档案馆、图书馆等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。

另外，根据有关法规，同意中国国家图书馆保存研究生学位论文。

（保密的学位论文在解密后适用本授权书）。

作者签名：

导师签名：

年月日年月日

中图分类号TD455学校代码10290

UDC密级公开

中国矿业大学

博士学位论文

液固流化床粗煤泥分选机理与应用研究

STUDYONTHE

SEPARATIONMECHANISMANDAPPLICATIONOFLIQUID-SOLIDFLUIDIZEDBEDCOARSESLIMESEPARATOR

作者李延锋导师刘炯天

申请学位工学博士培养单位化工学院

学科专业矿物材料工程研究方向煤基材料

答辩委员会主席张一敏评阅人盲审

二○○八年十月

论文审阅认定书

Thesisapprovalidentification

研究生李延锋在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文，经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。

导师签字：

年月日

致谢

Acknowledgments

在论文即将完成之际，首先最想感谢的是我的恩师刘炯天教授，跟随导师虽然只有短短的五年时间，但从导师身上学到的东西实在太多，从仅能从事一般的选煤试验到包括选矿试验、设备和工艺设计、调试在内的科研任务，从工作到为人处世，甚至个人生活的方方面面，都离不开导师无微不至的关心和帮助。

2004年元旦在云南东川汤丹和2006年除夕在内蒙临河齐华和导师一起进行科技攻关的场景历历在目，导师忘我的工作精神，严谨的治学态度，开拓创新的科研意识，宽厚随和的处世风格将影响我的一生，会一直激励我去克服困难、不断进取。

在此，谨向我的导师再次致以深深的敬意。

感谢著名选矿专家欧泽深教授，跟从他多年从事浮选柱研究的经历为我的成长及博士论文的完成打下了坚实的基础，感谢我的硕士生导师美国Kentucky矿业学院的陶东平教授，他为我确定了比较前沿的研究方向。

感谢陶秀祥教授、冯莉教授、陶有俊教授、沈丽娟教授、匡亚莉教授、章新喜教授，本论文在选题和研究过程中得到了他们很多的关心和指导。

感谢课题组的曹亦俊副教授、王永田副教授和山东理工大学的孙永锋讲师，他们是我的良师益友，为我提供了热情和无私的支持。

本论文的研究同样得到了晋城煤业集团在资金上的大力支持和成庄矿选煤厂在人力及物力上的极大帮助，在此感谢晋城煤业集团技术中心姜铁明处长、成庄矿王中民矿长、选煤厂王东斌厂长和张新民主任工程师。

感谢神火集团的黄文锋高工、李靳亮厂长、林迎春总工在葛店选煤厂试验过程中的大力支持。

感谢课题组的张明青博士、翟爱峰博士、李振博士、马子龙博士、张海军博士、李琳博士、胡为新博士等所有师弟师妹们的真诚关心和热心帮助。

感谢我的妻子段晓莺女士，她的理解、关爱和鼓励是我不断进取的不竭动力，正是她的无私奉献与巨大牺牲，才使我顺利完成了本论文的各项工作。

感谢我的父亲和岳母，老一辈的宽厚待人、乐观向上和勇于进取的精神使我终身受益。

感谢化工学院领导和选矿教研室的同事们，感谢他们给予我在职学习的支持和理解。

感谢国家基金委、中国矿业大学青年基金、中国矿业大学大学生科研训练计划对本课题资金上的大力支持。

最后，忠心感谢在百忙之中评阅本论文和参加答辩的各位专家、学者，由于作者水平有限，文中难免出现错误和不当之处，敬请不吝赐教。

摘要

粗煤泥分选问题成为影响精煤产率提高的主要瓶颈。

大直径重介旋流器和浮选柱的大量应用，在提高产品质量和分选效果的同时，也一定程度上降低了介于重选和浮选粒度交界附近粗煤泥的分选效果。

而液固流化床分选机的分选原理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，是一种结构简单、分选效果较好的新技术，国内研究才刚刚起步。

研制开发具有自主知识产权的液固流化床粗煤泥分选机对我国选煤技术的发展，尤其是粗煤泥分选技术的发展起到巨大的推动作用，具有十分重要的意义。

论文将化工上的多管分布器和侧流分布器结合起来设计了新型的流体分布器，并设计了液固流化床粗煤泥分选机，申请了设备专利。

先后经过初步构思模型、设计模型机、实验室试验、内部流场的模拟及相关流体动力学研究、分选分层机理研究、半工业试验系统构建及半工业试验，设计并制作了2FBCC-1500液固流化床粗煤泥分选机，分别在成庄选煤厂末煤车间和葛店选煤厂进行了工业试验，结果表明：

对成庄选煤厂螺旋分选机尾煤分选试验，取得了>0.125mm粒级的E值均在0.07-0.10之间，合格精煤产率超过了30%，粗煤泥分选试验取得了精煤灰分在10-11%之间，尾煤灰分63%以上，精煤产率在73%-76%之间的良好指标，其分选效果明显优于螺旋分选机，全厂精煤总产率提高1个百分点以上。

而在比张双楼选煤厂粗煤泥难选的情况下，葛店选煤厂分选机工业试验取得了与张双楼选煤厂进口粗煤泥分选机相同的分选效果，可使全厂的总精煤产率提高4个百分点，经济效益显著。

工业运行表明：

液固流化床粗煤泥分选机设计合理，系统稳定，指标波动小，自动化程度较高，操作简单。

根据目前国内大多选煤工艺存在不同程度的重选和浮选背粗煤泥的现象提出了增加液固流化床粗煤泥分选的三段选煤新工艺。

根据液固流化床分选机的入料中高灰细泥基本都进入到溢流的特点，首次指出工业生产中从工艺上降低入料中的高灰细泥含量及强化精煤的脱泥效果是液固流化床粗煤泥分选机成功应用的关键，并提出了包括预先脱泥浓缩、流化床分选机溢流脱泥脱水在内的液固流化床+浮选柱的煤泥分选回收新模式。

设计的液固流化床粗煤泥分选机的分选性能达到了设计要求，填补了我国在液固流化床粗煤泥分选机研究领域的空白。

关键词：

液固流化床分选机；粗煤泥；分选机理；设计；工业试验

Abstract

Theseparationofcoarseslimehasbecomethekeypointaffectingthecleancoalyield.Applicationofagreatdealofdense-mediacyclonesoflargediameterandflotationcolumnshasimprovedtheproductqualityandtheseparationeffect,butwhichhasreducedtheseparationeffectofcoarseslimewhichisbetweengravityseparationandflotation.TheseparationtheoryofLiquid-SolidFluidizedBedcoarseslimeseparator（LSFBCSS）canmatchthecharacteristicsofnarrowgranularitybound,lowdensityseparationofcoarseslime.Itisanewtechnologywithexcellentseparationresultsandwithsimpleconfiguration.TheresearchaboutithasjustbeguninChina.ExcogitateofLSFBCSSwithindependentintellectualpropertyhasthepivotalimputestothedevelopmentofcoalseparationtechnologyofourcountry,especiallytotheevolutionofcoarseslimeseparationtechnology.Ithasgreatsignificanceindeed.

Theresearchofdistributorcombiningthemulti-pipedistributorwiththeside-flowdistributorusedinchemicalengineeringarecarriedout,finallythenewseparatorisdesignedandpatented.Aftertheprocessofconceivingprincipiummodel,modeldesign,laboratorytests,simulationofinsideflow,researchofassociatedhydrokinetics,researchofseparationstratificationtheory,constructionofpilottestsystemandpilottest,theLiquid-SolidFluidizedBedSeparator2FBCC-1500wasdesignedandmanufactured,andtherelevantindustrialtrialhasbeencarriedoutinChengzhuangandGedianpreparationplant respectively.Theresultshavebeenconcludedasfollows:

InChengzhuangpreparationplant,theseparationtrialwascarriedoutwiththetailingsofthespiralseparator，theEvaluesofparticlesmorethan0.125mmareallbetween0.07and0.10andtheeligibilitycleancoalyieldismorethan30%havebeenachieved,whiletheashcontentofcleanedcoalisbetween10%and11%,theashcontentoftailingsismorethan63%andthecleancoalyieldisbetween73%and76%intheseparationofcoarseslime.Theseparationeffectisbetterthanthatofthespiralseparatormarkedly,andthe cleancoalyieldofthewholepreparationplantincreasesmorethanonepercent.Theseparationeffectofparticleslargerthan0.125mminGedianpreparationplantisequaltothatofZhangshuangloupreparationplantwiththeimportcoarseslimeseparator,butthepollutionoffeedinformerismoreserious.Thecleancoalyieldofthewholepreparationplantincreasesfourpercent，whichwillbringgreatbenefitineconomy.TheindustrialtestshowsthattheLSFBCSShasbeenreasonablelydesignedwithhighstability,lowundulationinresults,loftyauto-controlsystemandeasyoperation.

Accordingtotheinefficientseparationeffectofthecoarseslimeexistinginmostofdomesticcoalseparationtechnology,threestagecoalseparationtechnologyaddingLiquid-SolidFluidizedBedcoarseslimeseparationhasbeenappliedforthefirsttime.Accordingtothecharacteristicsthatallthefineslimewithhighashcontentgoesintotheoverflow,whichwillincreasetheashcontentofthecleancoal,theopinionthatreducingthecontentoffineslimeofhighashandstrengthentheeffectofdeslimingisthekeypointtothesuccessfuluseofLSFBCSSinindustryispointedoutforthefirsttime,alsothenewflowsheetforcoalrecoveryusingLiquid-SolidFluidizedBedandflotationcolumn,includingdeslimingandconcentratingofthefeed,desliminganddehydrationoftheoverflowproductofLiquid-SolidFluidizedBedSeparator,hasbeendeveloped.TheseparationcapabilityofLSFBCSShasreachedthedesignrequirementandfillingadomesticgapinthisfield.

Keywords：

liquid-solidfluidizedbedseparator;coarseslime;separationmechanism;design;industrialtrial

Abstract（detailed）

Theconsumersareaskingforcleanedcoalofhigherquality,whilethesourceofrawcoalisexhaustingdaybyday,alsothequalityisbecomingpoorerandpoorer,whichmakesthe washabilityofcoalmuchmoredifficult.Applicationofagreatdealoflargediameterdense-mediacyclonesandflotationcolumnshasimprovedtheproductqualityandtheseparationefficiency,butwhichhasreducedtheseparationefficiencyofcoarseslimewhichisbetweengravityseparationandflotation.Theseparationofcoarseslimehasbecomethekeypointaffectingthecleancoalyield.Althoughamountofpreparationplantshaveusedspiralseparators,theapplicationofspiralseparatorsislimited,orthespiralseparatorcannotsatisfytheseparationofcoarseslimebecauseofthehighseparationdensity,highashcontentincleanedcoalandthelowtreatmentcapacitycausedbytheconfigurationofspiralseparators.TheseparationtheoryofLiquid-SolidFluidizedBedcoarseslimeseparator（LSFBCSS）canmatchthecharacteristicsofnarrowgranularitybound,lowdensityseparationofcoarseslime.Ithassimpleconfigurationandisanewtechnologywithexcellentseparationresults.TheresearchaboutithasjustbeguninChina.ExcogitateofLSFBCSSwithindependentintellectualpropertyhasthepivotalimputestothedevelopmentofcoalseparationtechnologyofourcountry,especiallytotheevolutionofcoarseslimeseparationtechnology.Ithasgreatsignificanceindeed.

Thedissertationbringsforwardthatcoarseslimehasthecharacteristicsofsmallgranularity,wellliberationfrommineralsandeasytoseparate.Thecoarseslimeprocessedbydense-mediaseparationhaslowashcontent,lowseparationdensityandnarrowgranularitybound.Bycomparingwiththespiralseparator,LSFBCSScanmatchthecharacteristicsofcoarseslimewell.Asthemainequipmentforcoarseslimeseparation,LSFBCSSisthenecessarydirectionofthedevelopmentofcoalseparationtechnology.

AsakeycomponentsoftheLSFBCSS,theresearchofdistributorcombiningthemulti-pipedistributorwiththeside-flowdistributorusedinchemicalengineeringarecarriedout,finallythenewseparatorisdesignedandpatented.Aftertheprocessofconceivingprincipiummodel,modeldesign,laboratorytests,simulationofinsideflow,researchofassociatedhydrokinetics,researchofseparationstratificationtheory,constructionofpilottestsystemandpilottest,theequipmentswerefinallyusedintwodifferentpreparationplants,andfavorableseparationeffecthasbeenachieved.Thefinalcleancoalyieldincreasedonepercentatleast.

Forthefirsttime,theLSFBCSSiscompartmentalizedfourpartsoffeedzone,separationzone,feedwaterzoneandundersetzonebasedontheflowcondition,andit’sthefirsttimetoelucidatethattheseparationzoneoffluid-solidflowbedisapproximateconvectionandtheconceptofashgradsintheseparationzone.Therelationshipformulabetweentheheightandthetreatmentcapacityofunitareaofseparationzoneandcleanedcoalcontentdifferenceaboveandbelowthes