CN103252192A - 基于跌落式煤浆预处理器的浮选剂进料系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于用于煤泥粉预处理的煤浆预处理设备领域，具体涉及一种基于跌落式煤浆预处理器的浮选剂进料系统。本发明至少包括用于进行水液和浮选剂混合的水喷射喷头，浮选剂进料系统还包括二次混合单元；所述二次混合单元进液端与水喷射喷头的混合液出口间固接布置，二次混合单元上的过流断面呈变截面构造。依靠二次混合单元上过流断面的变截面构造，也即其过流断面在混合液下落路径上是逐渐或突变产生的变化；前述水喷射喷头喷射出的初步混合的混合液也即常说的乳浊液通过二次混合单元时，混合液本身在突变或渐变的过流端面内产生紊流、涡流乃至湍流现象，最终使其混合液被再次分割和改向，以进一步达到均匀混合目的。

Description

基于跌落式煤浆预处理器的浮选剂进料系统

技术领域

本发明属于用于煤泥粉预处理的煤浆预处理设备领域，具体涉及一种基于跌落式煤浆预处理器的浮选剂进料系统。

背景技术

由于我国煤泥的可浮性普遍较差，因此煤浆预处理是浮游选煤工艺中必不可少的环节，是浮选机获得良好的技术经济指标的先决条件。煤浆预处理的必要性主要有以下四点：1）、将浮选药剂（非极性油类捕收剂和起泡剂）充分分散，煤泥的浮选药剂不溶或微溶于水，只有将其充分分散成大量的微小液滴，才能将其均匀混合到煤浆中；2）、将分散的浮选药剂良好地混合在入浮煤浆中，非极性油类捕收剂在不同直径的煤粒表面形成较为稳定的油膜，提高煤粒的疏水性；3）、浮选药剂在煤粒表面发生物理化学反应需要有一定的作用时间；4）、将入浮煤浆稀释到合理的浓度范围。

煤浆的预处理工序中，目前浮选剂的分散一般有三种方式：

（1）、机械分散

我国于上世纪80年代研发的XY系列矿浆预处理器是将浮选剂引入到加药嘴后，借助叶轮定子混合器中的上层叶片旋转，用机械方式分散，由于叶轮的线速度有限，仅为8.0m/s，所分散的油滴直径较大，在煤浆中混合得不够均匀，增加了浮选剂用量。

（2）、乳化分散

在我国一些选煤厂推广使用的水喷射式乳化器结构，大致为压力水从喷嘴高速喷出，在喷射室内形成负压。浮选剂由此吸入并裹卷到射流之中，经水力冲击、剪切，分散为<15μm的油滴，乳浊液由混合管喷出。然而，该水喷射式乳化器，通常都为单侧入药的方式，该方式导致射流受到的气压作用不稳定，药剂与水液间的混合均匀度往往较低，仍待进一步改进。

（3）雾化分散

于上世纪80年代在我国开始使用的XK系列矿浆准备器，如申请人为唐山国华科技有限公司于2010年1月15日申请的专利名称为“雾化跌落式煤浆预处理器”（申请号：201010033384.9）的发明专利文本就公布了以下技术方案：其由雾化系统、上部箱体和下部箱体三部分组成。雾化系统由主电动机、挠性联轴器、套筒、起雾盘和加药漏斗等组成。上部箱体为进料和浮选剂雾化工作区，箱体外侧有中心入料槽，左右两侧有溢流槽。下部箱体是煤浆与浮选剂充分混合的工作空间，左右两侧均安装有三块上滑板和两块下滑板，各滑板上均布等高的坎条。实际使用时，浮选剂经加药漏斗及管道流入起雾盘上方的套筒内，并溅落在起雾盘正面中心区，粘附在高速旋转的盘面上形成一层薄液膜，在离心力的作用下向盘边缘运动，被盘边缘的锯齿切割为雾滴；入浮煤浆经中心入料槽分配到上部箱体两侧的溢流堰中，沿堰宽呈瀑布状溢流，其在泄落过程中与浮选剂雾滴相遇，还有一部分雾滴靠重力直接降落在第一层上滑板，之后，混有浮选剂的煤浆通过上、下滑板的坎条，连续跃起和跌落，使得煤浆与浮选剂雾滴充分混合，直至从箱体底部排出进入浮选机。作为领域内较为先进的煤浆预处理装置，其浮选剂液滴比乳化分散的液滴要更小一个数量级，分散效果较好；但是，在实际使用时人们发现，由于上述结构中浮选药剂的分散效果均依靠起雾盘转动来实现，往往需要一个用于形成密闭空间的密闭状箱体，方可避免雾状药剂的无意义飘散，其密闭环境的形成却往往造成了诸如起雾盘工作环境较差而易于发送产品故障、无法对于浆液混合过程实现直观观察乃至产生故障也难于及时发现等诸多缺陷，从而给现场操作和维护工作带来困扰；此外，高速转动的起雾盘，对于驱动电机转速要求过高，也即必须采用转速高达3000转/分的二级电机方可保证其工作性能，这都为实际的装配、购买乃至维护成本造成严峻挑战。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种结构合理的基于跌落式煤浆预处理器的浮选剂进料系统，以实现浮选剂和水液的均匀进料需求。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于跌落式煤浆预处理器的浮选剂进料系统，至少包括用于进行水液和浮选剂混合的水喷射喷头，浮选剂进料系统还包括二次混合单元；所述二次混合单元进液端与水喷射喷头的混合液出口间固接布置，二次混合单元上的过流断面呈变截面构造。

所述二次混合单元外形呈套管状，其管腔内布置有一个以上的波浪板，所述波浪板的山脊状波峰所形成的脊线垂直或相交于混合液下落路径设置。

所述波浪板的山脊状波峰所形成的脊线与混合液下落路径垂直布置，所述波浪板为两个且沿二次混合单元轴线轴对称布置。

二次混合单元还包括布置于其管腔处的将其管腔剖分为两对称半圆腔的竖隔板，所述两波浪板对称布置于竖隔板板体两侧。

二次混合单元出口端处布置有喇叭口状扩散管，该扩散管的小口径端与二次混合单元出口端固接设置。

所述二次混合单元与水喷射喷头间为可拆卸式配合。

所述水喷射喷头为负压喷射式构造，包括外部管体以及设置于外部管体内的内置水喷嘴，所述内置水喷嘴呈空心锥台状且其外壁与外部管体内壁间形成喷射腔，水喷射喷头的外部管体上沿其轴线对称布置有至少一对与其喷射腔连通的药剂入料管；水喷射喷头上端构成水液进料端，水喷射喷头的下端孔口构成混合液出口。

浮选剂进料系统还包括布置于二次混合单元下方处的容纳槽，容纳槽外壁处设置有环状溢流槽；环状溢流槽内壁构成圆柱状容纳槽的槽壁，其外壁构成溢流壁，环状溢流槽的溢流路径与煤浆行进路径相交布置；容纳槽槽壁上开设有用于连通环状溢流槽槽腔和容纳槽槽腔的孔路。

所述孔路为七个且沿容纳槽槽壁周向均布设置。

所述容纳槽在二次混合单元的出口端所指向的槽底处设置有耐磨板。

本发明的有益效果在于：

1）、借鉴了传统的水喷射式乳化器的部分结构，同时在其出口端加设二次混合单元，依靠二次混合单元上过流断面的变截面构造，也即其过流断面在混合液下落路径上是逐渐或突变的产生变化的；这样，前述水喷射喷头喷射出的初步混合的混合液也即常说的乳浊液通过二次混合单元时，混合液本身在突变或渐变的过流端面内产生紊流、涡流乃至湍流现象，最终使其混合液被再次分割和改向，其中的油滴部分也得以进一步的被切碎分散，以进一步达到混合液的均匀混合目的。

2）、依靠置于二次混合单元管腔内的波浪板，从而将其管腔划分出至少两个过流管道；由于波浪板本身的曲面结构，此时上述各过流管道也就自然形成了渐变状的过流断面，从而也即起到了对于所经流体的紊流、涡流乃至湍流效果，最终达成其高效二次混合目的。

3）、依靠板面与二次混合单元轴线重合布置的竖隔板，确保了各波浪板所在区域的过流断面的渐变性，避免了某一过流断面过大或者两道波浪板彼此互为平行时所导致的两者间的过流断面无渐变等状况的发生；依靠竖隔板的区域隔离效果，以保证对于混合液的高效分流和均匀混合目的。

4）、可拆卸式的二次混合单元，则是考虑到了在长久使用时的本身的磨损性；依靠其其与水喷射喷头间的可拆卸配合，在进行后期维护及更换操作时显然更为方便快捷，从而有利于提升其实际使用性能。

5）、药剂入料管呈现相对于水喷射喷头轴线的轴对称结构，从而使其管腔射流受到的气压作用趋于一致，对称入药的结构方式有利于稳定水喷射喷头内的流体运动，同时亦有助于乳化药剂与流体的均匀接触，以最终提升其混合液的混合效果。

6）、摒弃了传统的起雾盘雾化构造，考虑到喷射方式所产生的动能，此处再设置容纳槽乃至环状溢流槽结构，依靠采用中心入料、环侧溢流的入料方式，从而起到了多梯次的削减其流体动能的目的，从而保证混合后的乳化液能够始终保持一定流速的稳定溢流至下方煤浆处，同时也始终保证形成一定的出料高度；药剂混合液与稀释后的煤浆碰撞混合，最终参与后续处理工序，其整体工作可靠稳定；此外，其浮选剂的喷射式进料也完全不需要刻意的追求全密闭环境，乃至正常的敞口筒状环境即可实现其浮选剂的稳定进料需求，其显然更能方便操作人员的直观目视，从而起到适时的对于跌落箱内各部件及煤浆和浮选剂混合状态的评估目的，操作直观性更高，从而为煤浆高效预处理创造良好的先决条件。

附图说明

图1为本发明的使用状态示意图；

图2为图1结构的俯视示意图；

图3为水喷射喷头、二次混合单元以及扩散管的组装结构示意图；

图4为二次混合单元的结构示意图；

图5为二次混合单元沿其轴向方向的端面视图。

具体实施方式

下面再结合附图对本发明的具体组成部分作如下描述：

本发明吸取传统的雾化跌落式煤浆预处理器的中心入料，左右两侧溢流的优点，舍弃起雾盘雾化药剂导致整个工作体系必须在密封的环境下，而使操作者无法观察设备内部工作情况的缺点，采用独特结构的水喷射乳化器乳化药剂，一方面达到分散乳化药剂的效果，另一方面使整个工作体系对操作者敞开，操作者可以清楚了解设备的工作情况，方便操作。借鉴了传统跌落箱内带有坎条的各滑板对煤浆中粗、细颗粒也即低灰分粗颗粒和高灰分细泥有不同的接触预处理时间的工作优势，同时在最上层乃至第四层滑板出料口，设计了“人”字形分料单元，从而实现了对煤浆内的粗、细粒级的分级目的，具体的煤浆、浮选剂以及乳浊液乃至混合浆体的流向如图1-3中的虚线箭头所示，以进一步加大粗、细粒级在预处理器中停留时间上的差异，消除高灰细泥的影响，使所需浮选的煤粒表面能够形成足够的、稳定的油膜，而浮选操作中无需提取的高灰分细泥则尽量减少其对浮选剂粘附量，从而为煤浆预处理创造良好的工艺条件，最终保证后续浮选质量。

具体描述：

1.1箱体的设计

本发明所设计的箱体，不是单纯的照搬传统的XK系列矿浆预处理器和传统雾化—跌落式煤浆预处理器的箱体结构，而是全面考虑煤泥浮选工艺因素，进行了完善和改进。

（1）、入料箱的设计

入料箱，也即煤浆进料部的进料箱整个设计在跌落箱箱体的一侧上方，如图2所示，入料箱中心管A为矿浆入料管，两侧为清水管B。本设计从工艺上充分考虑，在煤浆与乳化药剂接触之前，先将其稀释到合适的浓度，从而有助于药剂在煤粒表面形成足够的、稳定的油膜。

（2）、本发明的跌落箱为圆柱形箱体，上部为乳化和进料空间，为保证进料均匀和方便厂房内的管道布置，从而采用了中心入料、环侧溢流的入料方式；为保证沿环形溢流槽状的煤浆进料部溢流壁的均匀溢流目的，在其溢流槽内设有横隔板，横隔板上均布Φ300mm的小孔7个以形成连通孔；煤浆进料部的溢流壁高度为100mm，以维持出料液流稳定。

（3）、乳化药剂箱

乳化药剂箱，也即前述的构成本发明的圆柱状容纳槽40设计在跌落箱箱体内部上侧，呈圆柱体状，四周均布Φ100mm的小孔7个以构成连通环状溢流槽50槽腔和容纳槽40槽腔的孔路41,外部环状溢流槽50高度230mm，以维持出料液流稳定，同时也可自然形成一定的出料高度，药剂乳浊液与稀释后的煤浆在跌落箱箱体内的最上层滑板上碰撞混合，并最终沿滑板所构成的下滑路径行进。

1.2药剂乳化系统

本发明采用药剂乳化系统，一方面可以分散切割药剂，形成5～20μm小油滴，以形成乳浊液；另一方面，采用本发明的乳化喷射系统替换传统的雾化系统，会形成更好的人机交流界面。采用传统起雾盘的雾化系统，整个预处理器的壳体必须是封闭的，发现问题、解决问题都需较长的时间，采用了药剂乳化系统，预处理器可以在敞开的环境下工作，操作人员可以观察到设备的工作情况，发现、解决问题及时。

（1）、药剂乳化器

本专利采用的药剂乳化器也即水喷射喷头10是一种水喷射乳化器，但是并不是照搬传统水喷射器的结构，而是针对使用情况，进行了完善和改进：一定的压力清水从其水液进料端进入，以15m/s速度从其内部喷嘴喷出，在水喷射喷头10的喷射腔内形成负压，从而将药剂从两侧的药剂入料管13吸入喷射腔，药剂被高速水流冲击和切割将其分散成5～20μm小油滴，以形成乳浊液；此时对于其乳浊液的处理尚未结束，之后乳浊液仍旧需要再次进入二次混合单元20的波浪形混合板组处，再次充分混合和分散，最后再排出。

药剂乳化器结构特点：

1）、药剂入料管13呈现相对于水喷射喷头10轴线的轴对称结构；内部射流受到的气压作用趋于一致，有利于稳定流体运动，同时亦有助于药剂与流体的均匀接触。

2）、如图4-5所示，二次混合单元20管腔内有一块垂直挡板构成竖隔板22，两侧有两个波浪形挡板形成波浪板21，从而将其管腔的混合环形区域分为四个区域，乳浊液分散形成的小油滴通过该二次混合单元20时，被再次分割和改向并产生如紊流、涡流乃至湍流等，以进一步达到分割油滴和水液混合目的；当然，实际使用时亦可根据现场情形进行其他数目的区域划分，只需起到其紊流、涡流乃至湍流效应及分散油滴的效果即可，此处就不再多作叙述。

1.3分层跌落系统

（1）、如图1所示，在跌落箱内层叠状依次布置七层滑板，且每层滑板的板面与水平面的夹角为8°；其用意在于：让煤浆在滑板上的流速保持合适的速度，既保证煤浆与浮选剂的混合时间，又保证了较大的处理量，同时设备的高度，也不至于过大。

（2）、在七层滑板中，从上往下依次为一、二、三、四、五、六、七层定义，其中一、二、三、五层滑板上安装三条坎条，四、六、七层上安装四条坎条。坎条横截面为梯形，上底宽10mm、下底宽25mm，高20mm，采用高分子耐磨材料制成。坎通过卡槽与滑板连接，便于更换。各坎条按180mm等距布置，采用高坎条密集布置的目的是提高液流的紊流程度。

（3）、在第一层滑板和第四层滑板的出口处设有“人”字形分料单元，其具体结构参照图1所示，分料单元的任一底边与下层滑板板面间搭设构成引导低灰分粗颗粒行进的通道，相应的其另一底边所在的板侧则自然构成高灰分细泥的坠落区域，以便于高灰分细泥能够直接跨越指定数目滑板而降低其与浮选剂的粘附量，通过连通于外部的扳手可以调节跌落箱内部分料单元与滑板的相对位置则可实现对于前述低灰分粗颗粒和高灰分细泥的分层面的准确定位，以保证分料单元的分料导流效果；本发明中“人”字形分料单元所构成的可调高度式结构，可以更为便捷的起到分流煤浆中的上层细颗粒与下层粗颗粒的目的，细颗粒也即高灰分细泥从第一层滑板末端直接落到第四层滑板，由第四层滑板末端落到第七层滑板。在整个跌落过程中，粗颗粒也即煤浆内的低灰分粗颗粒部分在跌落箱箱体内必须逐层经过七层滑板依次下滑，细颗粒在跌落箱箱体内则只需经过三层滑板，粗颗粒准备的时间相较细颗粒的时间更长，从而实现不同颗粒有不同的预处理时间，为煤浆的分选处理提供了更好的工艺条件。

4.1工作过程简要说明

实际操作时，如图1所示，具有一定压力的清水经过阀门C、流量计D进入水喷射喷头11，在内置水喷嘴12的出口处形成高速射流；由于射流的抽吸作用，在水喷射喷头10的内腔也即喷射腔形成负压，药剂从两侧的入口吸入喷射腔后，被高速水流冲击和切割将其分散成5～20μm小油滴，形成乳浊液；乳浊液进入水喷射喷头10的下部的二次混合单元20再次充分混合和分散，最后由出口排出并最终落至其下部的容纳槽40内，最终经由容纳槽40流入环状溢流槽50并溢出。为保证水喷射喷头10在长久使用时不至于对容纳槽40槽底产生冲击磨损现象，可通过预先设置耐磨板60等耐磨防护措施来对其进行预期防护。

同时再如图1所示，煤浆经过入料箱进入环形溢流槽状煤浆进料部E，沿着其溢流壁均匀溢出到第一层也即最上层滑板上，与本发明所溢出的药剂乳浊液碰撞混合，混有浮选剂的煤浆通过第一层滑板上的坎条F，连续跃起和跌落，使得煤浆与乳化药剂充分混合，直至从箱体底部排出进入浮选机。低灰分粗颗粒紧贴滑板运动并受坎条的阻挡，运动速度慢，预处理时间长，促使其表面能粘附足够且稳定的油膜，进入浮选机后能较快地粘附气泡上浮。高灰分的细泥随上层水流运动，运动速度快，同时在第一、第四层滑板处设置的“人”字形分料单元G的作用下，高灰分细泥只流经了三层滑板，预处理时间短，避免其表面吸附过多的浮选剂，在浮选机中就减缓了它们的浮选速度，最大程度地减轻高灰分细泥对浮选精煤的污染；而低灰分粗颗粒则逐层走完全部滑板的板面，分散的浮选药剂有充分的时间，可以良好地完全包裹混合于低灰分粗颗粒上，形成较为稳定的油膜，从而提高其疏水性，最终为后续的浮选操作提供可靠保证。

Claims (10)

1.一种基于跌落式煤浆预处理器的浮选剂进料系统，至少包括用于进行水液和浮选剂混合的水喷射喷头（10），其特征在于：所述浮选剂进料系统还包括二次混合单元（20）；所述二次混合单元（20）进液端与水喷射喷头（10）的混合液出口间固接布置，二次混合单元（20）上的过流断面呈变截面构造。

2.根据权利要求1所述的浮选剂进料系统，其特征在于：所述二次混合单元（20）外形呈套管状，其管腔内布置有一个以上的波浪板（21），所述波浪板（21）的山脊状波峰所形成的脊线垂直或相交于混合液下落路径设置。

3.根据权利要求2所述的浮选剂进料系统，其特征在于：所述波浪板（21）的山脊状波峰所形成的脊线与混合液下落路径垂直布置，所述波浪板（21）为两个且沿二次混合单元（20）轴线轴对称布置。

4.根据权利要求3所述的浮选剂进料系统，其特征在于：二次混合单元（20）还包括布置于其管腔处的将其管腔剖分为两对称半圆腔的竖隔板（22），所述两波浪板（21）对称布置于竖隔板（22）板体两侧。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的浮选剂进料系统，其特征在于：二次混合单元（20）出口端处布置有喇叭口状扩散管（30），该扩散管（30）的小口径端与二次混合单元（20）出口端固接设置。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的浮选剂进料系统，其特征在于：所述二次混合单元（20）与水喷射喷头（10）间为可拆卸式配合。

7.根据权利要求1或2或3或4所述的浮选剂进料系统，其特征在于：所述水喷射喷头（10）为负压喷射式构造，包括外部管体（11）以及设置于外部管体（11）内的内置水喷嘴（12），所述内置水喷嘴（12）呈空心锥台状且其外壁与外部管体（11）内壁间形成喷射腔，水喷射喷头（10）的外部管体（11）上沿其轴线对称布置有至少一对与其喷射腔连通的药剂入料管（13）；水喷射喷头（10）上端构成水液进料端，水喷射喷头（10）的下端孔口构成混合液出口。

8.根据权利要求1或2或3或4所述的浮选剂进料系统，其特征在于：浮选剂进料系统还包括布置于二次混合单元（20）下方处的容纳槽（40），容纳槽（40）外壁处设置有环状溢流槽（50）；环状溢流槽（50）内壁构成圆柱状容纳槽（40）的槽壁，其外壁构成溢流壁，环状溢流槽（50）的溢流路径与煤浆行进路径相交布置；容纳槽（40）槽壁上开设有用于连通环状溢流槽（50）槽腔和容纳槽（40）槽腔的孔路（41）。

9.根据权利要求8所述的浮选剂进料系统，其特征在于：所述孔路（41）为七个且沿容纳槽（40）槽壁周向均布设置。

10.根据权利要求8所述的浮选剂进料系统，其特征在于：所述容纳槽（40）在二次混合单元（20）的出口端所指向的槽底处设置有耐磨板（60）。

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