用于制备水煤浆的系统的制作方法

用于制备水煤浆的系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种用于制备水煤浆的系统，包括水射流粉碎系统、分级系统及浮选系统。水射流粉碎系统包括水射流粉碎机，其包括混合室、准直管及粉碎室，来自水泵系统的高压水转化为高速射流并与来自加料系统的原料煤在混合室中混合后进入准直管，并在准直管中加速，接着与粉碎室内的靶物碰撞使得原料煤粉碎形成水煤混合物。分级系统与粉碎室的出料口连通，以接收来自水射流粉碎机的水煤混合物，并对其离心处理，使水煤混合物中的颗粒分级，形成粗颗粒和细颗粒，粗颗粒处于分级系统的底流口，与水混合的细颗粒物形成细煤泥处于分级系统的溢流口。浮选系统接收细煤泥，并将细煤泥中疏水性较强的煤颗粒与亲水性较强的煤颗粒分离。
【专利说明】
用于制备水煤浆的系统
技术领域
[0001] 本发明涉及煤炭的制造领域，尤其涉及一种用于制备水煤浆的系统。
【背景技术】
[0002] 水煤浆是一种由近70 %的煤粉和近30 %的水以及1 %的添加剂组成的煤水混合 物。作为液态产品可以栗送、雾化、存储，安全性优于石油，又像石油一样具有良好的流动性 和稳定性。水煤浆作为一种代油燃料，可以代替重油和原油用于锅炉、窖炉及内燃机燃烧。 具有燃烧效果好、易于管道输运、环保效果明显。水煤浆技术的研究，是以煤代油技术研究 的热点之一。
[0003] 要高效地制备水煤浆关键就是煤的超细粉碎。煤的超细粉碎及其发展方向是实现 煤炭的纯化、超纯化，满足对煤炭深加工越来越高的要求。煤的宏观结构是非均相的，包括 有机质和无机矿物杂质，而其有机质又由多种微观结构不同的显微组分组成，因此，煤的微 细粒加工与分离过程会对各粒径级别煤的组成和结构产生影响。有试验结果表明，超细粉 碎后的各种粒径超细煤粒的灰分含量、矿物组成和微量元素发生了明显变化，对其物理结 构、燃烧性能和污染物释放有显著影响。煤的超细粉碎可使煤的有机显微组分和无机矿物 组分得到有效解离，对于大部分煤种，充分解离需要破碎到1〇μπι以下。
[0004] 在目前的制备水煤浆的工艺过程中，破碎和磨碎设备的动力消耗占总能耗的70% 以上。传统的粉碎工艺能耗大，效率低，成本高，污染严重。通常粉碎工艺中，非生产功有时 竟达到能耗的90%。在粉碎过程中只有一小部分能量用于物料的破碎，造成能源的极大浪 费。目前，我国制备水煤浆均采用球磨方法对煤进行超细粉碎，其主要利用球磨机粉碎完 成。球磨机粉碎的原理是压制粉碎、疲劳粉碎。但是球磨粉碎工艺不能保持原料原有的颗粒 性，并且杂质和原料完全压碎在一起，难以去除杂质。并且，在磨煤过程中煤与杂质的研磨、 粉碎介质的磨损都会造成煤粉的污染，同时，长时间的研磨，也会加剧煤粉物理、化学性质 及表面性质的变化，使下一步的分离更为困难。这也就成为限制我国水煤浆发展的一大障 碍。
[0005] 为解决上述问题，开展了利用高压水射流超细粉碎制备超细水煤浆的实验研究。

【发明内容】

[0006] 基于上述问题，本发明提供了一种用于制备水煤浆的系统，以降低能耗，提高精煤 广率，提尚除灰脱硫效果。
[0007] 该系统能够生产超细煤粉体，为制备水精细水煤浆提供原料，保持原料的颗粒性， 利用分选。
[0008] 为达成上述目的，本发明提供一种用于制备水煤浆的系统，包括水射流粉碎系统、 分级系统及浮选系统。水射流粉碎系统包括用于形成高压水的水栗系统、用于提供原料煤 的加料系统及水射流粉碎机。水射流粉碎机包括混合室、准直管及粉碎室，来自水栗系统的 高压水转化为高速射流并与来自加料系统的原料煤在混合室中混合后进入准直管，并在准 直管中加速，接着与粉碎室内的靶物碰撞使得原料煤粉碎形成水煤混合物。分级系统与粉 碎室的出料口连通，以接收来自水射流粉碎机的水煤混合物，并对其离心处理，使水煤混合 物中的颗粒分级，形成粗颗粒和细颗粒，粗颗粒处于分级系统的底流口，与水混合的细颗粒 物形成细煤泥处于分级系统的溢流口。浮选系统接收细煤泥，并将细煤泥中疏水性较强的 煤颗粒与亲水性较强的煤颗粒分离。
[0009] 本发明相较于现有技术的有益效果在于:本发明的用于制备水煤浆的系统中，原 料煤先经过水射流粉碎系统粉碎，再通过分级系统筛分出较细的颗粒，再对其进行浮选，分 离出符合粒度要求的煤颗粒精矿。本发明使用水射流粉碎系统粉碎，原理是拉伸粉碎、节理 粉碎，解离性好，保持原料的颗粒性，有利于分选。与现有的采用球磨方法对煤进行超细粉 碎的工艺相比，本发明的用于制备水煤浆的系统的能耗大大降低，精煤产率高，并能够获得 更好的除灰脱硫效果。
【附图说明】
[0010] 图1为本发明制备水煤浆的系统的示意图。
[0011] 图2为本发明制备水煤浆工艺的流程图。
[0012] 图3为水射流粉碎系统的加料系统和水射流粉碎机的示意图。
[0013] 图4为水射流粉碎系统的加料系统的示意图。
[0014] 图5为水射流粉碎机的混合室的示意图。
[0015]图6为本发明的水力分级系统的示意图。
[0016]图7a_图7b为利用本发明的制备水煤浆的系统在第一实验条件下进行大同煤水射 流粉碎与球磨粉碎效果对比图。
[0017] 图8a-图8b为利用本发明的制备水煤浆的系统在第二实验条件下进行大同煤水射 流粉碎与球磨粉碎效果对比图。
[0018] 图9a-图9b为利用本发明的制备水煤浆的系统在第三实验条件下进行大同煤水射 流粉碎与球磨粉碎效果对比图。
[0019] 图10a-图10b为利用本发明的制备水煤浆的系统在第一实验条件下进行赵各庄原 煤水射流粉碎与球磨粉碎效果对比图。
[0020]图11a-图lib为利用本发明的制备水煤浆的系统在第二实验条件下进行赵各庄原 煤水射流粉碎与球磨粉碎效果对比图。
[0021]图12a-图12b为利用本发明的制备水煤浆的系统在第三实验条件下进行赵各庄原 煤水射流粉碎与球磨粉碎效果对比图。
[0022]图13a-图13b为利用本发明的制备水煤浆的系统进行范各庄原煤水射流粉碎与球 磨粉碎效果对比图。
【具体实施方式】
[0023]现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形 式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式;相反，提供这些实施方式使得本发明更 全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清 晰，可能夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省 略它们的详细描述。
[0024] 此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施 例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而， 本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更 多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、 材料或者操作以避免模糊本发明的主要技术创意。
[0025] 参照图1所示，本发明提供一种用于制备水煤浆的系统，包括:水射流粉碎系统1、 分级系统2及浮选系统3。水射流粉碎系统1包括:水栗系统11，用于形成高压水;加料系统 12,用于提供原料煤;及水射流粉碎机13。一并参照图3,水射流粉碎机13包括混合室131、准 直管132及粉碎室133。来自水栗系统11的高压水转化为高速射流并与来自加料系统12的原 料煤在混合室131中混合后进入准直管132,并在准直管132中加速，接着与粉碎室133内的 靶物134碰撞使得原料煤粉碎形成水煤混合物。
[0026] 分级系统2与粉碎室133的出料口连通，以接收来自水射流粉碎机13的水煤混合 物，并对其离心处理，使水煤混合物中的颗粒分级，形成粗颗粒和细颗粒，粗颗粒处于分级 系统2的底流口 A1，与水混合的细颗粒物形成细煤泥处于分级系统2的溢流口 A2。
[0027] 浮选系统3接收细煤泥进行浮选。煤粉浮选是依据细煤泥中煤和矸石表面亲水性 和疏水性的差异进行分选的，其实质是疏水的煤颗粒粘附在气泡上，亲水的矸石颗粒滞留 在煤浆中，从而实现彼此分离。其中疏水性强的煤颗粒即为精矿，作为水煤浆的主要原料。
[0028] 本发明的用于制备水煤浆的系统中，原料煤先经过水射流粉碎系统粉碎，再通过 分级系统筛分出较细的颗粒，再对其进行浮选，分离出符合粒度要求的煤颗粒精矿。本发明 使用水射流粉碎系统粉碎，原理是拉伸粉碎、节理粉碎，解离性好，保持原料的颗粒性，有利 于分选。与现有的采用球磨方法对煤进行超细粉碎的工艺相比，本发明的用于制备水煤浆 的系统的能耗大大降低，精煤产率高，并能够获得更好的除灰脱硫效果。
[0029]参照图3至图5，本实施例中，加料系统12包括加料箱121和输送管122，加料箱121 具有进气口 123和加料口 124,进气口 123开设于加料箱121的周面，加料口 124开设于加料箱 121的底部，并与输送管122接通。
[0030] 本实施例中，加料箱121可为漏斗形，从而改善引射效果。加料箱121的周面均匀设 有多个进气口 123，每一进气口 123与气力输送管道125接通，从而导引空气进入加料箱121 内。
[0031] 利用气-固两相流的流化床原理，在传统加料箱的中部增加了多个气力输送管 125，在大气压(pa)和水射流粉碎机13混合室131内低压吸力(p v)联合作用下，加料箱121中 固体颗粒借助空气动力悬浮并进行垂直输送，这种具有空气动力学特性的自吸式空气头， 使加料箱121的物料充分流态化，增加物料颗粒进入混合室131时的初始动能，从而改善了 颗粒与水射流的混合效果。
[0032 ]本实施例中，水射流粉碎机13还包括第一喷嘴134。混合室131具有振荡腔1311、第 一开口 1312、第二开口 1313及第二喷嘴1314,第一开口 143开设于振荡腔1311的一侧，并与 第一喷嘴134的一端接通，第二开口 1313开设于振荡腔1311的顶部，并与加料口 124接通，第 二喷嘴1314开设于振荡腔1311的另一侧，并与准直管132接通。高速射流经由第一喷嘴134 和第一开口 1312进入振荡腔1311，与来自加料系统12的原料煤在混合室131中混合后经由 第二喷嘴1314进入准直管132。
[0033]其中，第一喷嘴134呈漏斗形，其另一端开口的内径大于一端开口的内径。第二喷 嘴1314部分伸入振荡腔1311内，第二喷嘴1314的端部邻近振荡腔1311的一个侧壁，第二喷 嘴1314的端部与该侧壁之间形成倾斜的碰撞壁。第一喷嘴134的一端开口的内径Di等于第 一开口 1312的内径并小于第二喷嘴1314的内径D2,第二喷嘴1314的内径D2小于振荡腔1311 的高度D。
[0034]根据高压水射流红外热像的研究成果可知，大涡区位于高压水射流的初始段，据 此，调整混合室131的横向尺寸大小，使射流大涡区位于混合室131内部，从而将颗粒与水射 流的掺混区设计在湍射流的大涡区，以保证颗粒与物料的充分混合。
[0035]水射流粉碎机13的工作原理是高压水通过上喷嘴形成一股稳定的高速水射流穿 过亥姆霍兹振荡腔1311，由于流体的粘性作用，高速射流在混合室131内产生具有一定厚度 的射流剪切层，且在剪切层内产生涡旋。当压力扰动的频率接近亥姆霍兹振荡腔1311的自 然频率时，该扰动在剪切层内得到放大，涡旋以涡环的形式存在并向下游运动，卷吸引射物 料。大涡在卷吸物料时，把磨料包在了射流束的内部，这样磨料粒子得到充分加速，同时减 少对磨料喷嘴的磨损和由于磨擦而造成的能量损失。
[0036] 混合室131中形成的磨料流由此进入准直管132，在准直管132中由于大涡的存在， 使颗粒成群状分布，且颗粒逐次加速。准直管132是一个等径的长直管，适当选择准直管132 长度，可使颗粒得到充分加速的同时，空泡初生也进一步长大。最终形成了具有一连串断开 了的水团的射流，水团中含有物料颗粒与空泡，是由气、固、液三相组成的脉冲空化射流。
[0037] 粉碎室是靶式粉碎室，准直管132中形成的气一固两相射流，到达粉碎室与坚硬的 靶物强烈碰撞，使得原料煤粉碎形成水煤混合物。
[0038] 如图1所示，用于制备水煤浆的系统还包括循环系统4,其与分级系统2的底流口 A1 连通，经循环加压栗41将粗颗粒传送水射流粉碎机。
[0039]图6示出了水力分级系统的示意图，分级系统2包括加压栗22和水力旋流器21，水 煤混合物受压进入水力旋流器22内离心旋转后分级。
[0040] 其中，水力分级系统还可包括流量计23、压力表24、秒表、水箱25等。将一定粒度分 布的煤粒与水按比例加入水箱25搅拌均匀，经加压栗22进入旋流器21分级。符合要求的细 颗粒在溢流口流出并进入浮选流程;粗颗粒在底流口流入水箱，再由循环加压栗26加压后， 送入水射流粉碎机13再次粉碎。
[0041] 水力旋流器是利用离心沉降原理进行分级的设备，矿浆在一定压力下从进料口切 向给入旋流器，在柱段器壁的导流作用下强烈旋转，矿浆中细颗粒由溢流口排出，粗颗粒由 沉砂口排出，从而实现大小颗粒的分级。由于水射流粉碎为湿法粉碎，其产品以水煤浆的形 式从粉碎机的出料口排出，其中水料比约为8:2。因此，在本发明的用于制备水煤浆的系统 中适合选用水力分级。
[0042]水力旋流器直径是控制旋流器处理能力和分级粒度的主要参数，处理能力和分级 粒度都随水力旋流器直径增大而增加。在细煤颗粒的分级作业中，既要满足一定分离粒度 要求，又要求尽可能大的处理能力，这就需要统筹考虑。本实施例中，水力旋流器的生产能 力与其直径的平方成正比，分离粒度与其直径的1/2次方成正比。
[0043]水力旋流器内的流体阻力随锥角的增加而加大，由于阻力增加，必然导致处理能 力的降低。同时，分离粒度随锥角的增加而也加大。所以，确定水力旋流器锥角时，需要生产 能力和分离粒度兼顾。在细粒分级过程中，水力旋流器的最佳锥角应为20度左右，仅在要求 分离粒度很细的溢流时，才采用小锥角水力旋流器(θ<1〇度）。本实施例中，在煤粉分离粒 度要求达到1〇μπι的情况下，生产能力要求达到最大，所以水力旋流器锥角确定为15度。 [0044]用于分级水力旋流器的溢流管直径是影响生产能力和分离粒度的最重要的参数 之一。在一定范围内，溢流管直径的增加将导致分离粒度的增加，生产能力的加大。在水力 旋流器的结构设计中，溢流管直径与水力旋流器直径，给矿口直径，底流口直径成正比关 系。本实施例中，溢流管直径为水力旋流器直径的0.2-0.3倍。优选的，为了得到尽可能大 的溢流量，溢流管直径确定为25mm。给矿口直径应为溢流管直径0.5~1倍，确定为20mm。
[0045] 水力旋流器底流口直径，在水力旋流器直径和溢流管直径确定的情况下，其变化 直接决定着溢流比的变化，而溢流比的变化对水力旋流器的生产能力和分离粒度有着重要 影响。底流口直径的增加，会使水力旋流器生产能力加大，分离粒度减小。但同时也会使沉 砂量增加，底流口直径的减小，底流口的浓度会加大，在底流口直径达到最小时，浓度不再 增加，但会出现底流堵塞的现象。根据经验参数，确定底流口直径分别为6mm。
[0046] 浮选系统通过浮选工艺是将水力旋流器的溢流口 A2得到的符合粒度要求的细煤 粉通过浮选获得超洁净煤粉(超精细煤粉）。浮选工艺可以有效的除去煤中杂质像硅酸盐、 黄铁矿等，其原理是根据矿物质表面的亲水性和疏水性的不同，对矿物质进行分离。如图1 所示，本实施例中，浮选系统3包括浮选机31，细煤泥100在浮选机31内搅拌进行浮选，浮选 机31内添加捕收剂和起泡剂，浮选过程中，湍流运动的细煤泥使空气粉碎为气泡，气泡与细 煤泥中的煤颗粒发生碰撞或接触，疏水性强的煤颗粒附着在气泡表面升浮至细煤泥液面， 刮出收集成为水煤浆110;亲水性强的煤颗粒仍留在细煤泥中，成为尾矿120。
[0047] 图2示出了本实施例制备水煤浆工艺的流程图，并参照图1，首先将原煤破碎至粒 度< 1mm的原料煤;然后由加料系统1送入水射流粉碎机13进行粉碎133;在高压水射流粉碎 过程中，颗粒破碎主要靠颗粒冲击作用，粉碎后粒度分布不均匀，对于粒度较大的颗粒需要 再粉碎。因此需要在水射流粉碎机133的出料口联接分级系统，将符合粒度要求的细颗粒从 水力旋流器21的溢流口 A2收集起来作为浮选处理的产品；细煤粉经浮选后，得到精细的水 煤浆110,可作为制备精细水煤浆的原料。大于粒度要求的粗颗粒则由旋流器底流口 A1经循 环系统4的循环加料栗41加压，返回到水射流粉碎机13的加料箱，再次粉碎。
[0048]本发明的用于制备水煤浆的系统可用于处理不同类型的原煤，以下分别以本发明 的系统以及现有的球磨工艺对三种原煤进行处理，并进行比较分析。
[0049] 一、水射流粉碎及水力分级结果分析
[0050] 1、大同原煤(第一实验条件）
[0051 ]大同煤球磨1小时后煤样粒度分布与水射流粉碎并在O.IMPa压力下水力旋流器分 级后煤样粒度分布曲线分别如图7a、7b所示。由图可见，两种方法粉碎的粒度分布与累积粒 度分布是相似的，最大粒度基本小于100μπι，平均粒度相近，均达到20μπι。上述曲线图说明， 利用水射流粉碎加上水力旋流器分级，可以达到与球磨相当的粉碎效果。
[0052] 2、大同原煤(第二实验条件）
[0053]图8a、8b分别给出了大同煤球磨1 . 16小时后煤样粒度分布与水射流粉碎并在 0.2MPa压力下水力分级后煤样粒度分布曲线。用两种粉碎工艺得到的平均粒度均为11 ·9μ m，无论是粒度分布，还是累积粒度分布，二者都大致相同；粒度分布曲线表明，大多数颗粒 分布在20μπι左右，经过水射流粉碎并分级工艺后，粒度小于25μπι的煤粉达到了83%，而经过 球磨工艺粉碎后的则为80%。这说明水射流粉碎并分级工艺能达到更高的制备超细水煤浆 的要求。
[0054] 3、大同原煤(第三实验条件）
[0055]图9a、9b分别给出了大同煤球磨2小时后煤样粒度分布与水射流粉碎并在0.3MPa 压力下水力分级后煤样粒度分布曲线。用两种粉碎工艺得到的平均粒度均为11.9μπι，无论 是粒度分布，还是累积粒度分布，都大致相同：粒度分布表明，多数颗粒在20WI1左右;累积粒 度表明，小于50μπι的粉体达到了99%。这说明两种工艺均能达到制备超细水煤浆的要求。并 且，适当提高水力分级的进料压力，可以得到粒度更细，分布更均匀的超细水煤浆。这说明 利用高压水射流粉碎-水力旋流器分级工艺可以满足制备水煤浆和精细水煤浆制浆原料的 要求。
[0056] 4、赵各庄原煤(第一实验条件）
[0057]图10a、10b分别给出了赵各庄煤球磨40分钟后煤样粒度分布与水射流粉碎并在 O.IMPa压力下水力分级后煤样粒度分布曲线。由图可见，两种粉碎工艺得到的煤粉仍然具 有相似的粒度与累积粒度分布。由累积分布曲线可知，粒度小于100μπι粉体即达到了99%; 粒度小于300μηι粉体达到了60% ;粒度小于ΙΟμπι粉体达到了40%。由粒度分布曲线可知，大 多数粒度分布在15μπι左右;两种粉碎工艺得到的平均粒度均为10. Ιμπι。说明，赵各庄的煤泥 更易于粉碎，并且两种粉碎工艺均达到了很好的粉碎效果。
[0058] 5、赵各庄原煤(第二实验条件）
[0059]图11a、lib分别给出了赵各庄煤球磨50分钟后煤样粒度分布与水射流粉碎并在 0.15MPa压力下水力分级后煤样粒度分布曲线。由图可见，两种粉碎工艺得到的煤粉仍然具 有相似的粒度与累积粒度分布。由累积分布曲线可知，粒度小于100μπι粉体即达到了 100%; 粒度小于50μηι粉体达到了93.8% ;粒度小于ΙΟμπι粉体达到了35.0% ;两种粉碎工艺得到的 平均粒度均为9.8μηι。
[0060] 6、赵各庄原煤(第三实验条件）
[0061] 图12a、12b分别给出了赵各庄煤球磨60分钟后煤样粒度分布与水射流粉碎并在 0.2MPa压力下水力分级后煤样粒度分布曲线。由图可见，两种粉碎工艺得到的煤粉具有相 似的粒度与累积粒度分布。由累积分布曲线可知，粒度小于50μπι粉体即达到了98%;粒度小 于25μπι粉体达到了80 · 0% ;粒度小于ΙΟμπι粉体达到了39 · 0% ;粒度分布曲线的峰值在10 · 0μ m;两种粉碎工艺得到的平均粒度均为9.5μπι。
[0062] 7、范各庄原煤
[0063] 图13a、13b分别给出了范各庄煤球磨3小时后煤样粒度分布与水射流粉碎并在 0.2MPa压力下水力分级后煤样粒度分布曲线。粒度分布曲线可见，水射流粉碎并水力分级 工艺用于粉碎范各庄煤更具有优势，粒度小于30μπι粉体即达到了 99.0%;粒度小于20.Ομπι 粉体达到了 86.0 % ;粒度小于1 Ομπι粉体达到了 70.0 % ;粒度分布曲线的峰值在10. Ομπι。比较 图lib的光球磨3小时的工艺可知，水射流粉碎并水力分级工艺在所说的条件下具有高得多 的粉碎效率。这说明，在适当工艺条件下，水射流粉碎加水力分级工艺能以更高的效率制备 超细粉体。
[0064]二、粉碎能耗结果分析
[0065] 粉碎过程中能耗大小直接影响制备水煤浆的成本。因此，有必要对不同粉碎工艺 制备相同粒度和体积的水煤浆能耗量进行对比分析。表1给出分别采用水射流粉碎加水力 分级工艺，以及用球磨工艺加工同一种煤获得相同粒度分布的超细水粉浆时，所需的粉碎 能耗。注意，在计算水射流粉碎的能耗时，水力分级器的能耗已经包括在内。由表可见，用水 射流粉碎的能耗均大大低于采用球磨艺的能耗。
[0066] 表1水射流粉碎并水力分级与球磨粉碎的能耗
[0067]
[0068] 根据表1的数据可知：水射流粉碎煤的比能耗仅为球磨粉碎的1/6到1/10,利用水 射流粉碎将大幅降低水煤浆的制浆能耗，节约成本。其原因在于球磨机的压缩破坏、反复研 磨的粉碎方式。另外在粉碎过程中，煤颗粒受压的位置和压力作用点都是由随机的滚桶转 动所提供的，大部分的输入能量浪费在球与球之间或球与磨机桶壁之间的非生产性接触 上，两者均降低了破碎过程中的总能量效率。而高压水射流能量输入很高，水射流的高能量 密集在颗粒上，且其破坏形式为脆性解理破坏，煤炭的抗拉强度远低于其抗压强度，因此， 水射流粉碎的能量利用率要高于普通粉碎设备。
[0069] 一般高浓度水煤浆平均粒度小于60μπι，中浓度水煤浆平均粒度小于300μπι，精细水 煤浆平均粒度小于ΙΟμπι。目前，国内外制备普通水煤浆工艺大多采用磨碎设备，其优点是性 能稳定，性能可靠，缺点是能耗高，吨浆能耗为30-40kWh/t，有效能耗不足5%，且由于其粉 碎工艺特点，进一步采用节能措施较为困难。本实验中水射流小于74μηι产能耗为28.5-42.4kWh/t，煤样的平均粒度为30.87μπι，说明在能耗水平大致相当的情况下，高压水射流粉 碎工艺能够制备更小粒级的煤粉。这表明了水射流工艺在降低粉碎能耗方面有很大潜力可 挖掘。
[0070] 三、浮选效果分析
[0071] 表2给出了三组共6个大同煤的浮选试验的工艺条件与结果。其中试验号1和2为一 组，水射流粉碎(试验1)的平均粒度为22.65μπι，球磨粉碎(试验2)的平均粒度为20.86μπι;两 个试验所用的浮选药剂大致相当。由表可见，水射流粉碎的精煤产率要高于球磨工艺、其灰 分与硫分含量要大大低于球磨工艺;表现为灰分低〇. 3-1 %，硫分低0.05 %-0.14%。另两组 试验有类似的结果。在试验中发现，在同等条件下，球磨大同煤样浮选效果极差，即使在增 加药剂量的情况下，经水射流粉碎的大同煤粉在除灰脱硫效果上也要优于球磨粉碎。其原 因是，由于球磨机的反复研磨粉碎机理，颗粒的表面在反复的磨擦下，原有的矿物节理面的 性质有了较大的改变，不成分的颗粒的表面性质趋同。同时，反复的研磨会磨光颗粒表面的 凸凹，从而减少了比表面积，使得矿物颗粒与浮选药剂的接触机会变小。这些原因，是导致 球磨机制备的超细煤粉比用水射流制备的粉体难选的原因。
[0072] 表2大同煤浮选结果
[0073]
[0074] 注:球磨煤样在同等条件下浮选效果极差，故增加其药剂用量。
[0075] 表3给出了三组共6个赵各庄煤的浮选试验的工艺条件与结果。其中试验7和8、9和 10、11和12同在一组。由表可见，各组试验的结果重复了表6-6中的结论。即水射流粉碎的精 煤产率要高于球磨工艺、其灰分与硫分含量要大大低于球磨工艺;值得注意的是，赵各庄煤 的仲辛醇药剂用量远小于大同煤，其精煤产率大多高于大同煤，灰分与硫分指标相当。说明 赵各庄的煤浮选效果较好。
[0076]表3唐山赵各庄煤浮选结果
[0077]
[0078] 表4给出了三个范各庄煤的浮选试验的工艺条件与结果。其中第1个试验为水射流 粉碎至平均粒度为7.71μπι，第2个试验为水射流粉碎至平均粒度为54.77μπι;两者的浮选药 剂用量相同，平均粒度小的粉浆得到了更高的精煤产率，更低的灰分与硫分。说明水射流解 理粉碎的煤粉，随粒度减小，比表面增大，因而得到了更好的浮选结果。第3个实验为用球磨 工艺粉碎煤的平均粒度为49.99μπι，三个实验浮选药剂用量相同，则水射流粉碎的产率均高 于球磨工艺，同时，灰分与硫分均低于球磨工艺。
[0079]表4唐山范各庄煤浮选结果
[0080]
[0081] 浮选后的煤粉经过燃烧后观察发现，由高压水射流粉碎的大同煤精煤和尾煤呈现 灰白色，球磨粉碎的大同煤精煤和尾煤呈现红褐色。这一事实说明了在用球磨机湿磨煤的 过程中，由于铁质磨球和磨机桶壁的磨碎，有一定量的铁进入到了细煤颗粒中，煤粉体造成 了污染。这种现象是由于煤在球磨机中长时间反复研磨造成的。
[0082] 综上，煤泥水射流粉碎后其浮选效果用明显好于煤泥的直接浮选，其原因主要是 由以下几点：（1)高速的射流具有极强的穿透能力，可以通过煤泥颗粒中的大量裂隙和孔隙 渗入到煤中不同组分的天然晶格界面；（2)高速撞靶的过程中，巨大的冲击力以及由于冲击 造成的应力波等多种因素的作用下，煤泥颗粒破碎成大小不等的更小的颗粒，煤中的杂质 像黄铁矿、硅酸盐等都是以富积粒度从煤体中充分解离出来与细煤颗粒混合在一起；（3)这 些大小不等的颗粒其天然的表面形状得到了完好的保存下来，颗粒表面没有发生改性，其 天然的浮选性质一亲水性、疏水性没有改变，这使得煤泥水射流粉碎后浮选除灰、除硫效果 优于没有经粉碎而直接浮选的煤泥。
[0083] 另外，由于煤在水中氧化比空气剧烈得多，煤的浸泡时间对煤的可浮性有很大影 响。高压水射流粉碎煤在瞬间完成，粉碎在低温下进行，使用本发明的用于制备水煤浆的系 统进行湿法生产，可更好的保护粒子的形状与表面，避免了研磨粉碎的氧化等破坏作用。而 球磨机则需要数小时，由于长时间的研磨及水的长时间浸泡，使煤颗粒经历了温度增加的 过程，进一步加剧了煤颗粒表面的氧化，降低了煤颗粒表面的疏水性，使球磨后的煤更难以 浮选。
[0084] 本发明的用于制备水煤浆的系统中，原料煤先经过水射流粉碎系统粉碎，再通过 分级系统筛分出较细的颗粒，再对其进行浮选，分离出符合粒度要求的煤颗粒精矿。与现有 的采用球磨方法对煤进行超细粉碎的工艺相比，本发明的用于制备水煤浆的系统的能耗大 大降低，精煤产率高，并能够获得更好的除灰脱硫效果。
[0085]虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示 例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实 质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神 和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权 利要求所涵盖。
【主权项】
1. 一种用于制备水煤浆的系统，包括： 水射流粉碎系统，包括： 水栗系统，用于形成高压水； 加料系统，用于提供原料煤;及 水射流粉碎机，其包括混合室、准直管及粉碎室，来自水栗系统的高压水转化为高速射 流并与来自加料系统的原料煤在混合室中混合后进入准直管，并在准直管中加速，接着与 粉碎室内的靶物碰撞使得原料煤粉碎形成水煤混合物； 分级系统，其与粉碎室的出料口连通，以接收来自水射流粉碎机的水煤混合物，并对其 离心处理，使水煤混合物中的颗粒分级，形成粗颗粒和细颗粒，粗颗粒处于分级系统的底流 口，与水混合的细颗粒物形成细煤泥处于分级系统的溢流口；及 浮选系统，其接收细煤泥，并将细煤泥中疏水性较强的煤颗粒与亲水性较强的煤颗粒 分呙。2. 如权利要求1所述的用于制备水煤浆的系统，其中，加料系统包括加料箱和输送管， 加料箱具有进气口和加料口，进气口开设于加料箱的周面，加料口开设于加料箱的底部，并 与输送管接通。3. 如权利要求3所述的用于制备水煤浆的系统，其中，加料箱为漏斗形，加料箱的周面 均匀设有多个进气口，每一进气口与气力输送管道接通。4. 如权利要求2所述的用于制备水煤浆的系统，其中，水射流粉碎机还包括第一喷嘴； 混合室具有振荡腔、第一开口、第二开口及第二喷嘴，第一开口开设于振荡腔的一侧，并与 第一喷嘴的一端接通，第二开口开设于振荡腔的顶部，并与加料口接通，第二喷嘴开设于振 荡腔的另一侧，并与准直管接通;高速射流经由第一喷嘴的另一端和第一开口进入振荡腔， 与来自加料系统的原料煤在混合室中混合后经由第二喷嘴进入准直管。5. 如权利要求4所述的用于制备水煤浆的系统，其中，第一喷嘴呈漏斗形，其另一端开 口的内径大于一端开口的内径。6. 如权利要求5所述的用于制备水煤浆的系统，其中，第二喷嘴部分伸入振荡腔内，第 二喷嘴的端部邻近振荡腔的一个侧壁，第二喷嘴的端部与该侧壁之间形成倾斜的碰撞壁。7. 如权利要求6所述的用于制备水煤浆的系统，其中，内端开口的内径等于第一开口的 内径并小于第二喷嘴的内径，第二喷嘴的内径小于振荡腔的高度。8. 如权利要求1所述的用于制备水煤浆的系统，其中，还包括循环系统，其与分级系统 的底流口连通，经循环加压栗将粗颗粒传送水射流粉碎机，其中，分级系统包括加压栗和水 力旋流器，水煤混合物受压进入水力旋流器内离心旋转后分级。9. 如权利要求8所述的用于制备水煤浆的系统，其中，水力旋流器的生产能力与其直径 的平方成正比，分离粒度与其直径的1/2次方成正比，水力旋流器的锥角约为20度，溢流口 直径为水力旋流器直径的〇. 2-0.3倍。10. 如权利要求1所述的用于制备水煤浆的系统，其中，浮选系统包括浮选机，细煤泥在 浮选机内搅拌进行浮选，浮选机内添加捕收剂和起泡剂，浮选过程中，湍流运动的细煤泥使 空气粉碎为气泡，气泡与细煤泥中的煤颗粒发生碰撞或接触，疏水性强的煤颗粒附着在气 泡表面升浮至细煤泥液面，刮出收集成为水煤浆;亲水性强的煤颗粒仍留在细煤泥中，成为 尾矿。
【文档编号】C10L1/32GK105950238SQ201610566742
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月18日
【发明人】宫伟力, 张芳, 彭岩岩
【申请人】中国矿业大学(北京)