CN107876207A - 一种粗煤泥分选机尾矿定量和连续排料的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粗煤泥分选机尾矿定量和连续排料的系统及方法，粗煤泥分选机包括分选机筒体，分选机筒体的上端设置有溢流堰；分选机筒体的下端与排料泵入料管连通，溢流堰与排料泵入料管之间的几何高度差为常数H₁，分选机筒体的上方设置有补水稳压箱和排料稳流箱，补水稳压箱的下端通过第二分支管与排料泵入料管连通，补水稳压箱的溢流液面与排料泵入料管之间的几何高度差为常数H₂，第二分支管上安装有补水流量计和电动调节阀；排料稳流箱的侧壁通过第三分支管与排料泵入料管连通，第三分支管上安装有排料流量计；排料稳流箱的溢流液面与排料泵入料管之间的几何高度差为常数H₃，补水流量计、排料流量计、排料泵和电动调节阀与控制终端电连接。

Description

一种粗煤泥分选机尾矿定量和连续排料的系统及方法

技术领域

本发明涉及煤矿分选技术领域，特别是涉及一种粗煤泥分选机尾矿定量和连续排料的系统及方法。

背景技术

选煤厂用于分选3-0.15mm粗煤泥的分选机,一般有螺旋分选机和干扰床分选机两种,干扰床分选机(行业常简称为TBS、CSS或TCS等)作为一种经济、实用的粗煤泥分选设备，在粗煤泥分选过程中应用较普遍。本文所述的粗煤泥分选机，特指干扰床分选机，其主要工作原理为：利用上升水流在槽体内产生紊流床层，该床层被视为自生介质床层，它可根据物料粒度的不同进行分级，或利用物料比重的不同来分选。一定压力和流速的上升水流进入压力水箱，通过紊流板均匀地分布到分选机底部。固体物料进入分选机后在上升水流的作用下开始分层，粗颗粒高密度的物料集中于槽体的底部，细颗粒和低密度物料则流向槽体上部。随着物料的连续给入，细而轻的物料不断溢流至溢流收集槽，高密度的物料通过由PID闭环控制器控制的排料阀排出。密度传感器浸入到紊流层中相应高度，对槽体内的床层密度进行不间断的监测。床层密度的任何变化都将产生一个4～20mA的输入信号到PID控制器，电流信号与传感器上方的扰动悬浮液的实际密度成正比，实际密度与设定的密度值进行比较后，如果实际密度过高，排料阀打开，排出扰动床层中多余的物料，反之，则限制床层的物料排放，以使槽体内干扰床层保持稳定的设定密度。

本申请人于2015年6月23日申请了一件名为《一种粗煤泥分选机的尾矿排料机构》的实用新型专利，该实用新型专利的申请号为：2015204323914；在该申请文件中，为了解决目前锥形排料阀在生产中控制小量时很难连续、稳定排料的问题。而公开了一种粗煤泥分选机的尾矿排料机构，其特征在于：包括定压水箱，补水管、底流箱、排料泵、排料泵入口管和排料泵出口管，底流箱设置在粗煤泥分选机尾矿排料口，定压水箱高于粗煤泥分选机的最高液面，通过补水管与底流箱的一端连接，排料泵通过排料泵入口管，与底流箱的另一端相连，排料泵出口管设置在排料泵出口，作为粗煤泥分机选尾矿的最终排出口。通过使用后发现，该技术方案仍然存在如下的技术缺陷：排料的连续性不是很顺畅。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种粗煤泥分选机尾矿定量和连续排料的系统及方法；该粗煤泥分选机尾矿定量和连续排料的系统及方法能够实现定量、连续的排料。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种粗煤泥分选机尾矿定量和连续排料的系统，包括粗煤泥分选机；所述粗煤泥分选机包括分选机筒体(1)，在所述分选机筒体(1)的上端设置有溢流堰；在所述分选机筒体(1)的下端依次通过第一分支管和排料混合箱(3)与排料泵入料管连通，所述排料泵入料管位于水平面上；所述溢流堰与排料泵入料管之间的几何高度差为常数H₁，在所述分选机筒体(1)的上方设置有补水稳压箱(2)和排料稳流箱(5)，所述补水稳压箱(2)的下端通过第二分支管与排料泵入料管连通，所述补水稳压箱(2)的溢流液面与排料泵入料管之间的几何高度差为常数H₂，在所述第二分支管上安装有补水流量计(6)和电动调节阀(7)；所述排料稳流箱(5)的侧壁依次通过第三分支管和排料泵(4)与排料泵入料管连通，在所述第三分支管上安装有排料流量计(8)；所述排料稳流箱(5)的溢流液面与排料泵入料管之间的几何高度差为常数H₃，其中：H₂＞H₃＞H₁；所述补水流量计(6)和排料流量计(8)的信号输出端子与控制终端的I/O端子电连接；所述控制终端的I/O端子分别与排料泵(4)和电动调节阀(7)的控制端子电连接。

进一步：所述排料泵(4)设置有变频调速器。

进一步：在所述补水稳压箱(2)的入水处设置有接水盘。

进一步：在所述排料稳流箱(5)的上端开设有通气口，所述第三分支管与排料稳流箱(5)的侧壁垂直连接，所述排料稳流箱(5)的下端与自流式排料管连接。

一种粗煤泥分选机尾矿定量和连续排料的系统的方法：包括如下步骤：

步骤101、在控制终端内建立排料泵流量Q、粗煤泥分选机尾矿排料流量Q₁、补水稳压箱出口水流量Q₂之间的映射关系；所述映射关系为：

Q₁＝(-R₂Q-(R₂ ²Q²+(R₂Q²+ρ₁gH₁-ρ₂gH₂)(R₁-R₂))^1/2)/(R₁-R₂)；

Q₂＝(R₁Q+(R₂ ²Q²+(R₂Q²+ρ₁gH₁-ρ₂gH₂)(R₁-R₂))^1/2)/(R₁-R₂)；

Q＝Q₁+Q₂；

式中：Q为排料泵流量，单位m³/h；Q₁为粗煤泥分选机尾矿排料流量，单位是m³/h；Q2为补水稳压箱出口水流量，单位是m³/h；R₁为粗煤泥分选机排料口阻力系数；R₂为补水稳压箱出口系统阻力系数；ρ₁为粗煤泥分选机内矿浆密度，单位是kg/m³；ρ₂为补水密度，单位kg/m³；H₁为分选机溢流堰与排料泵入料管高度差，单位为m；H₂为补水溢流堰与排料泵入料管高度差，单位是m；g为重力加速度取9.8m/s²；

步骤102、控制终端接收分选机筒体(1)内床层密度计的检测数据；

步骤103、当床层密度升高时，控制终端通过加大排料泵的转数来加大流量Q，从而加大尾矿Q₁的流量，高密度尾矿排料加大后，使床层稳定；反之，当床层密度降低时，控制终端通过减小排料泵的转数来减小流量Q，从而减小尾矿Q₁的流量，高密度的尾矿排料减小后，使床层稳定；当生产系统来料量减小或来料矸石含量较低时，控制终端通过减小排料泵的转数来减小流量Q，从而使尾矿Q₁的流量调整为趋近于零流量或调整为零流量，通过控制排料泵来使床层稳定，实现稳定的床层密度。

本发明具有的优点和积极效果是：

①该发明专利能够实现排料通畅，不存在排料系统易堵塞的问题。原因：本发明取消了传统的粗煤泥分选机排料口的锥形或钟型排料阀，粗煤泥分选机入料跑粗，入料中一般有一定量的较粗颗粒，传统的粗煤泥分选机的排料阀开启程度小，粗颗粒容易堵住排料阀，导致排料阀不能正常开启和关闭，经常需停产放料检修，而这种粗煤泥分选机的尾矿排料工艺解决了排料系统易堵塞的问题。

②该发明专利能够实现尾矿定量排料，达到不同流量排料稳定，尤其是在排料量较小的高密度分选过程。原因：目前粗煤泥分选机的排料工艺很难控制小流量排料，当排料阀门开度较小时一般无法正常排料，甚至会堵住排料口，当排料阀门开度较大时又造成床层的剧烈变化，很难稳定控制，另外难以实现对排料量的定量控制，而这种粗煤泥分选机的尾矿排料工艺即使在排料量较小的高密度分选过程，都能够对不同尾矿排料流量准确定量控制。

③该发明专利能够实现尾矿连续排料，创造了更稳定的分选环境。原因：目前粗煤泥分选机的排料工艺均为间断排料，即随着检测密度的变化，排料阀进行打开或关闭动作，这将造成床层不稳定，上下喘动，造成的分选结果是精矿及尾矿灰分波动较大，造成尾矿灰分较低，一般为40％～60％，分选效果差。而这种粗煤泥分选机的尾矿排料工艺的连续排料，能够维持床层稳定，创造了更稳定的分选环境，提高分选效果。

④该发明专利能够实现更好的分选效果。原因：在我国动力煤选煤厂的粗煤泥分选环节，大部分采用螺旋分选机或干扰床分选机作为粗煤泥分选设备，其排出的尾矿灰分约为40％～60％，该尾矿发热量一般为1500～2500kcal/kg(按要求一般2000kcal/kg以上的尾矿不允许外排)。如采用本发明的粗煤泥分选机排料工艺，可将尾矿灰分提高到60％以上，年产尾矿减少至15万吨左右,发热量可降至1500kcal/kg以下，此部分尾矿可直接废弃。

附图说明：

图1为本发明优选实施例的结构图；

图2为本发明优选实施例中Q₁和Q，Q₂和Q的对应函数曲线；

图3为本发明优选实施例中Q₁/Q₂和Q的对应函数曲线。

其中：1、粗煤泥分选机筒体；2、补水稳压箱；3、排料混合箱；4、排料泵；5、排料稳流箱；6、补水流量计；7、电动调节阀；8、排料流量计；9、智能控制系统。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，详细说明如下：

请参阅图1至图3、一种粗煤泥分选机尾矿定量和连续排料的系统，粗煤泥分选机；所述粗煤泥分选机包括分选机筒体1，在所述分选机筒体1的上端设置有溢流堰；在所述分选机筒体1的下端依次通过第一分支管和排料混合箱3与排料泵入料管连通，所述排料泵入料管位于水平面上；所述溢流堰与排料泵入料管之间的几何高度差为常数H₁，在所述分选机筒体1的上方设置有补水稳压箱2和排料稳流箱5，所述补水稳压箱2的下端通过第二分支管与排料泵入料管连通，所述补水稳压箱2的溢流液面与排料泵入料管之间的几何高度差为常数H₂，在所述第二分支管上安装有补水流量计6和电动调节阀7；所述排料稳流箱5的侧壁依次通过第三分支管和排料泵4与排料泵入料管连通，在所述第三分支管上安装有排料流量计8；所述排料稳流箱5的溢流液面与排料泵入料管之间的几何高度差为常数H₃，其中：H₂＞H₃＞H₁；所述补水流量计6和排料流量计8的信号输出端子与控制终端的I/O端子电连接；所述控制终端的I/O端子分别与排料泵4和电动调节阀7的控制端子电连接。

本发明设置了高于粗煤泥分选机最高液面的补水稳压箱，补水稳压箱采用连续溢流的方式，其溢流液面与排料泵入料管的几何高差H₂保持恒定。粗煤泥分选机本身同样是一个稳定液面，其溢流堰与排料泵入料管的几何高差H₁恒定。根据排料泵入料管道压力相等原则，导出以下两个关系式。

关系式一：Q₁＝(-R₂Q-(R₂ ²Q²+(R₂Q²+ρ₁gH₁-ρ₂gH₂)(R₁-R₂))^1/2)/(R₁-R₂)。

关系式二：Q₂＝(R₁Q+(R₂ ²Q²+(R₂Q²+ρ₁gH₁-ρ₂gH₂)(R₁-R₂))^1/2)/(R₁-R₂)。

式中：Q—排料泵流量，单位m³/h。

Q₁—粗煤泥分选机尾矿排料流量，单位m³/h。

Q₂—补水稳压箱出口水流量，单位m³/h。

R₁—粗煤泥分选机排料口阻力系数。

R₂—补水稳压箱出口系统阻力系数。

ρ₁—粗煤泥分选机内矿浆密度，单位kg/m³。

ρ₂—补水密度，单位kg/m³。

H₁—分选机溢流堰与排料泵入料管高差，单位m。

H₂—补水溢流堰与排料泵入料管高差，单位m。

通过关系式一、二，得出流量控制关系曲线：Q₁-Q曲线、Q₂-Q曲线、Q₁/Q₂-Q曲线，详见图2、图3：

从以上曲线可以得出，通过调整排料泵的流量Q，可连续稳定调整尾矿Q₁的流量，使Q₁从负流量～零流量～正流量定量可调。另外，从两个关系式可以看出，尾矿排料流量Q₁除了受变量Q的影响外，其稳定性还受以下参数影响：

(1)排料口及补水系统阻力系数R₁、R₂：该系统为有压系统，所以电动调节阀调定后，该两个参数为恒定值。

(2)粗煤泥分选机内矿浆密度ρ₁、补水密度ρ₂：在密度智能控制系统的调节下，粗煤泥分选机内密度ρ₁相对恒定，补水密度ρ₂为恒定值。

(3)补水高度H₁、分选机液位高度H₂：由于补水稳压箱设有溢流堰，粗煤泥分选机也是一个稳压箱，所以H₁、H₂两个参数值恒定。

由于影响尾矿排料流量Q₁的全部参数均为恒定值，所以尾矿排料压力、流量连续稳定。

本发明通过补水稳压箱、排料混合箱、变频排料泵、排料稳流箱以及密度计和智能控制系统实现。所述工艺取消了传统的粗煤泥分选机锥形或钟型排料阀，实现了排料压力、流量连续稳定，能够定量调整尾矿排料量，实现了尾矿排料从负流量～零流量～正流量定量可调。

补水稳压箱和粗煤泥分选机排料口均与排料混合箱通过管道连接，排料混合箱、管道与排料泵入口管道连接，排料泵出口管道与排料稳流箱连接后自流排出。补水稳压箱液位H₂高于排料稳流箱液位H₃高于粗煤泥分选机液位H₁。

根据理论依据计算结果表明：尾矿排料流量Q₁除了受系统中的恒定参数外，只受变量Q的影响，因此通过控制变量Q从而控制尾矿排料流量Q₁具有理论依据，排料泵的流量Q为尾矿排料流量Q₁和补水流量Q₂之和。

粗煤泥分选机筒体床层内通过使用密度计来检测床层内的密度，将检测到的密度参数实时传输至智能控制系统，智能控制系统通过计算分析判断，来控制排料泵，即变量Q，从而间接控制尾矿排料流量Q₁，当床层密度升高时，智能控制系统通过加大排料泵的转数来加大流量Q，从而加大尾矿Q₁的流量，高密度尾矿排料加大后，使床层稳定；反之，当床层密度降低时，智能控制系统通过减小排料泵的转数来减小流量Q，从而减小尾矿Q₁的流量，高密度的尾矿排料减小后，使床层稳定；如生产系统来料量减小或来料矸石含量较低时，智能控制系统通过减小排料泵的转数来减小流量Q，从而使尾矿Q₁的流量调整为很小或调整为零流量。通过控制排料泵来使床层稳定，实现稳定的床层密度。“矿浆密度”为整个分选机内的所有矿浆的平均密度；“床层密度”为分选机内形成的干扰床层的分选密度。

作为优选，补水稳压箱，设有溢流堰，溢流堰高度可调，在稳压箱入水处设置接水盘，防止入水对稳压补水的冲击，以保证补水流量稳定。

排料泵，设置有变频调速器，根据泵相似性原理，排料泵的排料流量与转数成正比，通过改变变频器的频率来改变排料泵的转数，从而连续改变排料泵的流量Q。

补水稳压箱至排料泵补水管道上设置电动调节阀，通过电动调节阀可在线调节补水管道的阻力系数R₂，从而可以调节排料管流量Q₁。

补水稳压箱至排料泵补水管道以及排料泵排料管道至排料混合箱的管道上均设置流量计，通过流量计可在线检测排料泵的流量Q和补水流量Q₂，从而间接反映排料量Q₁。

排料稳流箱，排料稳流箱为圆筒形，排料泵将尾矿切线给入排料稳流箱中部，稳流箱上部开有通气口，稳压箱下部接自流式排料管，该工艺使排料泵排料与自流外排完全分开，使排料泵流量稳定。

对于图1所示，申请人于2015年6～7月制作了一台样机，并在山西斜沟煤矿选煤厂主洗车间进行了工业性试验。试验证明通过调节排料泵的流量，间接调整尾矿排料量的工艺，是可行的，该工艺实现了尾矿排料从负流量～零流量～正流量定量、稳定可调，同时得到60％或65％以上的尾矿灰分。流量控制关系详见下表——斜沟TCS试验样机流量控制关系表。

表1、斜沟TCS试验样机流量控制关系表

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (5)

1.一种粗煤泥分选机尾矿定量和连续排料的系统，包括粗煤泥分选机；其特征在于：所述粗煤泥分选机包括分选机筒体(1)，在所述分选机筒体(1)的上端设置有溢流堰；在所述分选机筒体(1)的下端依次通过第一分支管和排料混合箱(3)与排料泵入料管连通，所述排料泵入料管位于水平面上；所述溢流堰与排料泵入料管之间的几何高度差为常数H₁，在所述分选机筒体(1)的上方设置有补水稳压箱(2)和排料稳流箱(5)，所述补水稳压箱(2)的下端通过第二分支管与排料泵入料管连通，所述补水稳压箱(2)的溢流液面与排料泵入料管之间的几何高度差为常数H₂，在所述第二分支管上安装有补水流量计(6)和电动调节阀(7)；所述排料稳流箱(5)的侧壁依次通过第三分支管和排料泵(4)与排料泵入料管连通，在所述第三分支管上安装有排料流量计(8)；所述排料稳流箱(5)的溢流液面与排料泵入料管之间的几何高度差为常数H₃，其中：H₂＞H₃＞H₁；所述补水流量计(6)和排料流量计(8)的信号输出端子与控制终端的I/O端子电连接；所述控制终端的I/O端子分别与排料泵(4)和电动调节阀(7)的控制端子电连接。

2.权利要求1所述粗煤泥分选机尾矿定量和连续排料的系统：其特征在于：所述排料泵(4)设置有变频调速器。

3.权利要求1所述粗煤泥分选机尾矿定量和连续排料的系统：其特征在于：在所述补水稳压箱(2)的入水处设置有接水盘。

4.权利要求1、3任一项所述粗煤泥分选机尾矿定量和连续排料的系统：其特征在于：在所述排料稳流箱(5)的上端开设有通气口，所述第三分支管与排料稳流箱(5)的侧壁垂直连接，所述排料稳流箱(5)的下端与自流式排料管连接。

5.基于权利要求4所述粗煤泥分选机尾矿定量和连续排料的系统的方法：其特征在于：包括如下步骤：

步骤101、在控制终端内建立排料泵流量Q、粗煤泥分选机尾矿排料流量Q₁、补水稳压箱出口水流量Q₂之间的映射关系；所述映射关系为：

Q₁＝(-R₂Q-(R₂ ²Q²+(R₂Q²+ρ₁gH₁-ρ₂gH₂)(R₁-R₂))^1/2)/(R₁-R₂)；

Q₂＝(R₁Q+(R₂ ²Q²+(R₂Q²+ρ₁gH₁-ρ₂gH₂)(R₁-R₂))^1/2)/(R₁-R₂)；

Q＝Q₁+Q₂；

式中：Q为排料泵流量，单位m³/h；Q₁为粗煤泥分选机尾矿排料流量，单位是m³/h；Q2为补水稳压箱出口水流量，单位是m³/h；R₁为粗煤泥分选机排料口阻力系数；R₂为补水稳压箱出口系统阻力系数；ρ₁为粗煤泥分选机内矿浆密度，单位是kg/m³；ρ₂为补水密度，单位kg/m³；H₁为分选机溢流堰与排料泵入料管高度差，单位为m；H₂为补水溢流堰与排料泵入料管高度差，单位是m；g为重力加速度取9.8m/s²；

步骤102、控制终端接收分选机筒体(1)内床层密度计的检测数据；

步骤103、当床层密度升高时，控制终端通过加大排料泵的转数来加大流量Q，从而加大尾矿Q₁的流量，高密度尾矿排料加大后，使床层稳定；反之，当床层密度降低时，控制终端通过减小排料泵的转数来减小流量Q，从而减小尾矿Q₁的流量，高密度的尾矿排料减小后，使床层稳定；当生产系统来料量减小或来料矸石含量较低时，控制终端通过减小排料泵的转数来减小流量Q，从而使尾矿Q₁的流量调整为趋近于零流量或调整为零流量，通过控制排料泵来使床层稳定，实现稳定的床层密度。