循環(huán)量調(diào)控對寬粒級煤泥浮選機性能的多維度解析一、引言1.1研究背景與意義煤炭作為全球重要的能源資源之一，在能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)著舉足輕重的地位。在煤炭開采與加工過程中，煤泥的處理與分選是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著采煤機械化程度的不斷提高以及開采深度的逐漸加深，原煤中細粒煤泥的含量日益增加。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國部分礦區(qū)的煤泥含量已從過去的10%-15%提升至目前的20%-30%，個別地區(qū)甚至更高。這些煤泥若得不到有效處理，不僅會造成煤炭資源的嚴重浪費，還會對環(huán)境產(chǎn)生較大壓力。寬粒級煤泥浮選機作為一種高效的煤泥分選設(shè)備，近年來在煤炭分選領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。它能夠?qū)Σ煌６鹊拿耗噙M行有效分選，尤其在處理粗粒煤泥方面展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢，有效解決了傳統(tǒng)浮選設(shè)備對粗粒煤泥分選效率低的問題，提高了煤炭資源的綜合回收率。以某大型選煤廠為例，在采用寬粒級煤泥浮選機后，煤炭資源的回收率從原來的70%提升至80%以上，顯著提高了煤炭資源的利用率。在寬粒級煤泥浮選機的運行過程中，循環(huán)量是影響其分選效果的關(guān)鍵因素之一。循環(huán)量的大小直接關(guān)系到礦漿在浮選機內(nèi)的流動狀態(tài)、顆粒與氣泡的碰撞概率以及礦物的分選效率。合理的循環(huán)量可以優(yōu)化浮選機內(nèi)的流場分布，使礦漿與氣泡充分混合，提高顆粒與氣泡的碰撞幾率，從而增強礦物的分選效果；而循環(huán)量不合理，則會導(dǎo)致流場紊亂，影響顆粒與氣泡的有效接觸，降低分選效率，造成精煤產(chǎn)率下降、尾煤灰分降低等問題。研究循環(huán)量改變對寬粒級煤泥浮選機流場與分選效果的影響具有重要的現(xiàn)實意義。通過深入研究這一影響機制，可以為寬粒級煤泥浮選機的優(yōu)化設(shè)計與操作提供科學(xué)依據(jù)，有助于提高煤炭資源的利用率，減少煤炭資源的浪費。在當(dāng)前全球能源供應(yīng)緊張、煤炭資源日益稀缺的背景下，提高煤炭資源利用率對于保障能源安全、促進經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。合理調(diào)整循環(huán)量還可以降低選煤成本，提高選煤廠的經(jīng)濟效益，減少環(huán)境污染，具有顯著的經(jīng)濟與環(huán)境效益。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在煤炭分選領(lǐng)域，浮選技術(shù)作為處理細粒煤泥的關(guān)鍵手段，一直是研究的重點。國外在浮選理論和技術(shù)方面起步較早，取得了一系列具有影響力的成果。美國、澳大利亞等煤炭資源豐富的國家，通過長期的研究與實踐，在浮選劑的研發(fā)、浮選設(shè)備的優(yōu)化等方面處于國際領(lǐng)先水平。美國研發(fā)的新型浮選劑能夠顯著提高煤泥的浮選效率，降低藥劑用量；澳大利亞對浮選柱的結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)進行了深入研究，使其在處理低品位煤泥時具有更高的分選精度。在寬粒級煤泥浮選機的研究方面，國外學(xué)者也進行了大量探索。他們運用先進的測試技術(shù)和數(shù)值模擬方法，對浮選機內(nèi)的流場特性、顆粒與氣泡的相互作用等進行了深入分析。通過實驗研究，揭示了循環(huán)量與流場分布、分選效果之間的內(nèi)在聯(lián)系，為浮選機的設(shè)計與優(yōu)化提供了理論依據(jù)。有研究利用粒子圖像測速技術(shù)（PIV）對浮選機內(nèi)的流場進行測量，發(fā)現(xiàn)循環(huán)量的改變會直接影響礦漿的流速和湍流強度，進而影響顆粒與氣泡的碰撞和粘附效率。國內(nèi)對于寬粒級煤泥浮選機的研究雖然起步相對較晚，但發(fā)展迅速。近年來，隨著煤炭行業(yè)對資源綜合利用和環(huán)境保護要求的不斷提高，國內(nèi)學(xué)者在寬粒級煤泥浮選機的理論研究、設(shè)備研發(fā)和工業(yè)應(yīng)用等方面取得了豐碩成果。通過自主研發(fā)和技術(shù)引進相結(jié)合的方式，我國已成功研制出多種型號的寬粒級煤泥浮選機，并在選煤廠得到廣泛應(yīng)用。在循環(huán)量對寬粒級煤泥浮選機影響的研究方面，國內(nèi)學(xué)者從不同角度進行了深入探討。部分學(xué)者通過實驗研究，分析了循環(huán)量對浮選機內(nèi)礦漿濃度、氣泡大小和分布、顆粒與氣泡碰撞概率等因素的影響，進而揭示了循環(huán)量對分選效果的作用機制。有研究表明，當(dāng)循環(huán)量適當(dāng)時，礦漿與氣泡能夠充分混合，顆粒與氣泡的碰撞概率增加，從而提高分選效率；而循環(huán)量過大或過小，都會導(dǎo)致分選效果變差。另一些學(xué)者則運用計算流體力學(xué)（CFD）軟件，對浮選機內(nèi)的氣液兩相流場進行數(shù)值模擬，通過模擬不同循環(huán)量下的流場分布，分析循環(huán)量對浮選機性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，循環(huán)量的改變會導(dǎo)致浮選機內(nèi)壓力分布、速度矢量和湍動能等參數(shù)發(fā)生變化，進而影響浮選效果。盡管國內(nèi)外在寬粒級煤泥浮選機循環(huán)量的研究方面已取得了一定成果，但仍存在一些不足之處?，F(xiàn)有研究在循環(huán)量對浮選機內(nèi)復(fù)雜流場的多相流動力學(xué)機制研究方面還不夠深入，對于顆粒與氣泡在不同循環(huán)量下的動態(tài)相互作用過程，缺乏全面、系統(tǒng)的認識。在研究循環(huán)量對分選效果的影響時，往往側(cè)重于單一因素的分析，而對多種因素之間的耦合作用研究較少。在實際應(yīng)用中，浮選機的工作條件復(fù)雜多變，循環(huán)量與其他操作參數(shù)（如藥劑制度、充氣量等）之間的協(xié)同優(yōu)化研究還不夠充分，難以實現(xiàn)浮選機的最佳運行效果。1.3研究內(nèi)容與方法本文主要研究循環(huán)量改變對寬粒級煤泥浮選機流場與分選效果的影響，具體內(nèi)容如下：寬粒級煤泥浮選機循環(huán)量的改變方法：深入分析寬粒級煤泥浮選機的工作原理和結(jié)構(gòu)特點，探究導(dǎo)致循環(huán)量不合理的原因，提出通過在浮選機內(nèi)部設(shè)置特定結(jié)構(gòu)（如擋板）的方式來改變循環(huán)量，并對其進行詳細的結(jié)構(gòu)設(shè)計與參數(shù)優(yōu)化。循環(huán)量改變對浮選機流場的影響：運用計算流體力學(xué)（CFD）軟件FLUENT，對增設(shè)擋板后浮選機內(nèi)的氣液兩相流場進行數(shù)值模擬。通過建立精確的幾何模型和合理劃分網(wǎng)格，設(shè)置準(zhǔn)確的數(shù)值計算方法及邊界條件，深入分析循環(huán)量改變對浮選機內(nèi)礦漿壓力、葉輪攪拌功率以及浮選過程中關(guān)鍵因素（如礦漿循環(huán)量、氣泡軸向速度、湍流強度等）的影響，揭示循環(huán)量與流場參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系。循環(huán)量改變對分選效果的影響：搭建實驗室小型浮選機試驗系統(tǒng)，采用實際的煤泥樣本進行浮選試驗。對試驗煤泥的煤質(zhì)特性進行全面分析，包括粒度分析、密度分析等，以準(zhǔn)確把握煤泥性質(zhì)。依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和方法，對浮選試驗效果進行科學(xué)評定，深入研究循環(huán)量改變對精煤產(chǎn)率、尾煤灰分、可燃體回收率等分選指標(biāo)的影響規(guī)律，為實際生產(chǎn)提供可靠的數(shù)據(jù)支持。尾煤再選試驗研究：針對浮選后的尾煤，開展再選試驗研究。通過調(diào)整試驗條件，如藥劑制度、循環(huán)量等，進一步回收尾煤中的精煤，提高煤炭資源的綜合回收率。分析尾煤再選試驗結(jié)果，探究循環(huán)量在尾煤再選過程中對分選效果的影響，為完善浮選工藝流程提供參考依據(jù)。為實現(xiàn)上述研究內(nèi)容，本文擬采用以下研究方法：數(shù)值模擬方法：利用計算流體力學(xué)軟件FLUENT，對寬粒級煤泥浮選機內(nèi)的復(fù)雜流場進行數(shù)值模擬。通過模擬不同循環(huán)量條件下的流場分布，獲取流場參數(shù)的變化規(guī)律，為深入理解循環(huán)量對浮選機性能的影響提供理論依據(jù)。數(shù)值模擬方法能夠直觀地展示流場的動態(tài)變化，有助于發(fā)現(xiàn)潛在的問題和優(yōu)化方向，同時可以節(jié)省大量的試驗成本和時間。試驗研究方法：在實驗室搭建小型浮選機試驗系統(tǒng)，進行寬粒級煤泥浮選試驗和尾煤再選試驗。通過實際試驗，獲取不同循環(huán)量下的分選效果數(shù)據(jù)，驗證數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，并深入研究循環(huán)量與分選效果之間的關(guān)系。試驗研究方法能夠真實反映浮選機在實際運行中的性能表現(xiàn)，為浮選機的優(yōu)化設(shè)計和操作提供可靠的實踐依據(jù)。理論分析方法：結(jié)合浮選理論和流體力學(xué)原理，對數(shù)值模擬和試驗結(jié)果進行深入分析。從理論層面解釋循環(huán)量改變對流場和分選效果的影響機制，建立循環(huán)量與流場參數(shù)、分選指標(biāo)之間的數(shù)學(xué)模型，為浮選機的優(yōu)化提供理論指導(dǎo)。二、寬粒級煤泥浮選機工作原理與循環(huán)量2.1浮選機結(jié)構(gòu)與工作原理寬粒級煤泥浮選機主要由槽體、葉輪-定子系統(tǒng)、篩板、礦漿分配器等關(guān)鍵部件構(gòu)成。槽體作為浮選機的主體結(jié)構(gòu)，為浮選過程提供了必要的空間，其形狀、尺寸和內(nèi)部構(gòu)造對礦漿的流動特性和浮選效果有著顯著影響。合理設(shè)計的槽體能夠促進礦漿的均勻分布和有效循環(huán)，減少礦漿的短路和死區(qū)，提高浮選效率。葉輪-定子系統(tǒng)是浮選機的核心部件之一，其主要作用是產(chǎn)生攪拌和充氣作用。葉輪在高速旋轉(zhuǎn)時，通過離心力將礦漿甩出，在葉輪周圍形成負壓區(qū)，從而吸入空氣。同時，葉輪的攪拌作用使礦漿與空氣充分混合，形成大量微小氣泡，為煤泥顆粒與氣泡的碰撞和粘附創(chuàng)造條件。定子則安裝在葉輪周圍，其作用是穩(wěn)定礦漿流態(tài)，減少能量損失，并進一步細化氣泡，提高氣泡的分散度和穩(wěn)定性。葉輪-定子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如葉輪直徑、葉片數(shù)量和形狀、定子的開口大小和角度等，都會對浮選機的性能產(chǎn)生重要影響。篩板通常安裝在浮選機的溢流口或精礦排出位置，其主要功能是對浮選后的礦漿進行篩分，實現(xiàn)精礦與尾礦的初步分離。篩板的孔徑和開孔率需要根據(jù)煤泥的粒度分布和浮選工藝要求進行合理選擇，以確保精礦的質(zhì)量和回收率。合適的篩板能夠有效攔截粗顆粒尾礦，使精礦更加純凈，同時避免精礦的流失，提高煤炭資源的利用率。礦漿分配器負責(zé)將礦漿均勻地分配到各個浮選槽中，確保每個浮選槽內(nèi)的礦漿濃度、粒度分布和流量基本一致。這對于保證浮選機的整體性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要。礦漿分配器的設(shè)計應(yīng)考慮礦漿的性質(zhì)、浮選機的槽數(shù)和布局等因素，采用合理的分配方式和結(jié)構(gòu)，如多管分配、堰式分配等，以實現(xiàn)礦漿的均勻分配。寬粒級煤泥浮選機的工作原理基于礦物表面物理化學(xué)性質(zhì)的差異，通過特定的浮選藥劑和機械攪拌作用，實現(xiàn)煤與矸石的分離。在浮選過程中，首先向礦漿中添加調(diào)整劑、捕收劑和起泡劑等浮選藥劑。調(diào)整劑用于調(diào)節(jié)礦漿的pH值和離子強度，改善礦物表面的性質(zhì)，為后續(xù)藥劑的作用創(chuàng)造條件；捕收劑能夠選擇性地吸附在煤粒表面，使其表面疏水，增強煤粒與氣泡的親和力；起泡劑則用于產(chǎn)生大量穩(wěn)定的氣泡，為煤粒的浮選提供載體。添加藥劑后的礦漿進入浮選機，在葉輪-定子系統(tǒng)的攪拌和充氣作用下，礦漿與空氣充分混合，形成氣-液-固三相體系。在這個體系中，煤粒由于表面吸附了捕收劑而具有疏水性，能夠與氣泡碰撞并粘附在氣泡表面，形成礦化氣泡。而矸石等雜質(zhì)由于表面親水性較強，不易與氣泡粘附，仍留在礦漿中。礦化氣泡在浮力的作用下向上運動，進入浮選機的泡沫層。泡沫層中的氣泡不斷合并和破裂，使精煤進一步富集。在泡沫層達到一定厚度后，通過刮板等裝置將精煤泡沫刮出，得到精煤產(chǎn)品；而剩余的礦漿則作為尾礦從浮選機底部排出。寬粒級煤泥浮選機通過巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計，營造出強湍流與弱湍流相結(jié)合的特殊環(huán)境，以滿足不同粒度煤泥顆粒的礦化需求。在葉輪附近區(qū)域，由于葉輪的高速旋轉(zhuǎn)和強烈攪拌作用，形成了強湍流環(huán)境。在這個區(qū)域，礦漿流速高、湍流強度大，能夠為粗粒煤泥提供足夠的動能，使其與氣泡充分碰撞和接觸，實現(xiàn)有效的礦化。同時，強湍流環(huán)境還能夠促進藥劑的分散和混合，提高藥劑的作用效果。而在遠離葉輪的區(qū)域，礦漿流速逐漸降低，湍流強度減弱，形成了相對穩(wěn)定的弱湍流環(huán)境。這種環(huán)境有利于細粒煤泥的礦化，因為細粒煤泥的慣性較小，在強湍流環(huán)境中容易被沖走，難以與氣泡有效碰撞。在弱湍流環(huán)境中，細粒煤泥能夠更加穩(wěn)定地懸浮在礦漿中，增加與氣泡接觸的時間和機會，從而提高細粒煤泥的浮選效率。通過這種強、弱湍流環(huán)境的協(xié)同作用，寬粒級煤泥浮選機能夠?qū)崿F(xiàn)對不同粒度煤泥的高效分選，提高煤炭資源的綜合回收率。2.2循環(huán)量的概念與作用在寬粒級煤泥浮選機中，循環(huán)量指的是在浮選過程中，礦漿通過特定的循環(huán)通道或結(jié)構(gòu)，重新返回浮選區(qū)域參與浮選的流量大小。它是衡量浮選機內(nèi)部礦漿循環(huán)程度的重要指標(biāo)，對浮選機的流場特性和分選效果有著至關(guān)重要的影響。在浮選機內(nèi)，礦粒的循環(huán)礦化主要通過高位循環(huán)和低位循環(huán)兩種方式實現(xiàn)。高位循環(huán)通常是指礦漿從浮選機的上部區(qū)域（如泡沫層下方附近）引出，經(jīng)過循環(huán)系統(tǒng)后再返回至浮選機的中上部區(qū)域。在這個過程中，礦漿中的礦粒隨著循環(huán)流的運動，有更多機會與氣泡再次碰撞和粘附，實現(xiàn)進一步的礦化。高位循環(huán)能夠增加礦粒在浮選機內(nèi)的停留時間，使礦粒與氣泡的接觸更加充分，有助于提高浮選效率，特別是對于那些浮選速度較慢的礦物顆粒，高位循環(huán)可以提供更多的浮選機會。低位循環(huán)則是礦漿從浮選機的底部區(qū)域引出，經(jīng)循環(huán)系統(tǒng)后返回至浮選機的下部或中部區(qū)域。低位循環(huán)可以增強浮選機底部礦漿的流動性，防止礦粒在底部沉淀，同時將底部的礦粒帶到浮選的有效區(qū)域，使其能夠與氣泡接觸并礦化。低位循環(huán)還可以促進浮選機內(nèi)礦漿的整體混合，使礦漿中的藥劑、氣泡和礦粒分布更加均勻，有利于提高浮選的穩(wěn)定性和分選效果。循環(huán)量的大小對浮選效果具有多方面的重要影響。合適的循環(huán)量能夠優(yōu)化浮選機內(nèi)的流場結(jié)構(gòu)，使礦漿形成合理的循環(huán)流動模式。在這種理想的流場中，礦漿的流速和湍流強度分布均勻，既能夠保證氣泡的有效分散和穩(wěn)定存在，又能使礦粒在浮選機內(nèi)均勻分布，增加礦粒與氣泡的碰撞概率，從而提高礦物的浮選效率。當(dāng)循環(huán)量適當(dāng)時，礦漿中的氣泡能夠被均勻地分散在整個浮選槽內(nèi)，形成穩(wěn)定的氣-液-固三相體系，為礦粒的礦化提供良好的條件。循環(huán)量還會影響浮選機內(nèi)的礦漿濃度分布。合理的循環(huán)量可以使礦漿在浮選機內(nèi)保持適當(dāng)?shù)臐舛忍荻龋诘V粒與氣泡接觸的區(qū)域，礦漿濃度既不會過高導(dǎo)致礦粒之間的相互干擾增加，影響礦化效果，也不會過低而減少礦粒與氣泡的碰撞機會。通過調(diào)節(jié)循環(huán)量，可以使礦漿濃度在浮選機內(nèi)處于最佳狀態(tài)，提高浮選的選擇性和精煤質(zhì)量。在粗選階段，適當(dāng)較大的循環(huán)量可以保證足夠的礦粒與氣泡接觸，提高精煤的回收率；而在精選階段，適當(dāng)減小循環(huán)量可以降低礦漿濃度，減少雜質(zhì)的夾帶，提高精煤的品位。循環(huán)量的大小還與浮選機的能耗密切相關(guān)。循環(huán)量過大，會導(dǎo)致浮選機的葉輪攪拌功率增加，從而消耗更多的電能；同時，過大的循環(huán)量還可能導(dǎo)致設(shè)備磨損加劇，增加設(shè)備維護成本。相反，循環(huán)量過小，則無法滿足浮選過程對礦漿循環(huán)的需求，導(dǎo)致浮選效果下降，影響煤炭資源的回收率和經(jīng)濟效益。因此，合理控制循環(huán)量對于降低浮選機的運行成本、提高選煤廠的經(jīng)濟效益具有重要意義。2.3改變循環(huán)量的方法與原因在寬粒級煤泥浮選機中，循環(huán)量的大小對浮選效果有著至關(guān)重要的影響。為了實現(xiàn)對循環(huán)量的有效控制，需要采用合適的方法對其進行調(diào)整。以在循環(huán)通道上部增設(shè)擋板這一方法為例，擋板的設(shè)置可以改變礦漿在循環(huán)通道內(nèi)的流動路徑和流速，從而達到改變循環(huán)量的目的。在具體實施時，擋板的結(jié)構(gòu)設(shè)計和安裝位置是關(guān)鍵因素。擋板的形狀可以根據(jù)浮選機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和流場特點進行優(yōu)化設(shè)計，如采用直板型、弧形或折線型等不同形狀。直板型擋板結(jié)構(gòu)簡單，易于加工和安裝，能夠?qū)ΦV漿流起到較為直接的阻擋和引導(dǎo)作用；弧形擋板則可以使礦漿流更加順暢地改變方向，減少能量損失，降低對浮選機內(nèi)部結(jié)構(gòu)的沖擊；折線型擋板則可以通過多次改變礦漿流的方向，進一步增強對循環(huán)量的調(diào)節(jié)效果。擋板的安裝位置需要根據(jù)浮選機內(nèi)的流場分布和循環(huán)量需求進行精確確定。如果擋板安裝位置過高，可能無法有效阻擋礦漿流，導(dǎo)致循環(huán)量調(diào)節(jié)效果不佳；而如果安裝位置過低，則可能會影響礦漿的正常流動，甚至導(dǎo)致礦漿在局部區(qū)域出現(xiàn)堆積或短路現(xiàn)象。通過數(shù)值模擬和實驗研究，可以準(zhǔn)確確定擋板的最佳安裝位置，以實現(xiàn)對循環(huán)量的精確控制。循環(huán)量的改變對于提高浮選機的分選效果具有重要意義。在實際生產(chǎn)中，高位循環(huán)可能會導(dǎo)致精煤產(chǎn)率降低、尾煤灰分低等問題。當(dāng)循環(huán)量過大時，礦漿在浮選機內(nèi)的停留時間縮短，使得煤粒與氣泡的接觸時間不足，無法充分實現(xiàn)礦化，從而導(dǎo)致精煤產(chǎn)率下降。過大的循環(huán)量還會使浮選機內(nèi)的流場過于紊亂，增加了矸石等雜質(zhì)與氣泡的粘附幾率，使得尾煤灰分降低，影響了煤炭資源的有效分離和回收。如果循環(huán)量過小，礦漿的流動性不足，無法使煤粒在浮選機內(nèi)均勻分布，導(dǎo)致部分煤粒無法與氣泡充分接觸，同樣會降低分選效率。礦漿中的藥劑和氣泡也難以均勻分散，影響了浮選過程的穩(wěn)定性和效果。因此，為了優(yōu)化浮選機的性能，提高煤炭資源的分選效率和回收率，需要對循環(huán)量進行合理調(diào)整。通過在循環(huán)通道上部增設(shè)擋板等方式改變循環(huán)量，可以使浮選機內(nèi)的礦漿流場更加合理，促進煤粒與氣泡的有效接觸和礦化，從而提高精煤產(chǎn)率，增加尾煤灰分，實現(xiàn)煤炭資源的高效利用。三、循環(huán)量改變對浮選機流場影響的數(shù)值模擬3.1計算流體動力學(xué)（CFD）基礎(chǔ)計算流體動力學(xué)（CFD）作為一門基于計算機技術(shù)和數(shù)值算法的新興學(xué)科，在現(xiàn)代工程領(lǐng)域中發(fā)揮著日益重要的作用。其基本原理是通過數(shù)值方法求解描述流體流動的控制方程，從而獲取流場中各物理量的分布情況，實現(xiàn)對流體流動現(xiàn)象的模擬和分析。CFD的核心理論基礎(chǔ)是流體力學(xué)中的基本守恒定律，包括質(zhì)量守恒定律、動量守恒定律和能量守恒定律。這些定律通過一組偏微分方程來描述，其中最具代表性的是納維-斯托克斯方程（Navier-Stokes方程），它是動量守恒定律的數(shù)學(xué)表達，完整地描述了粘性流體的流動特性。在實際應(yīng)用中，為了簡化計算，通常會根據(jù)具體問題的特點對這些方程進行適當(dāng)?shù)暮喕图僭O(shè)。CFD在浮選機流場研究中具有諸多顯著優(yōu)勢。它能夠突破傳統(tǒng)實驗研究的局限性，對浮選機內(nèi)部復(fù)雜的流場進行全面、深入的分析。傳統(tǒng)實驗方法往往受到測量技術(shù)和設(shè)備的限制，難以獲取浮選機內(nèi)部詳細的流場信息，如局部流速、壓力分布等。而CFD通過數(shù)值模擬，可以精確地計算出這些物理量在整個流場內(nèi)的分布情況，為深入理解浮選機的工作原理提供了豐富的數(shù)據(jù)支持。CFD還具有成本低、效率高的優(yōu)點。進行實際的浮選機實驗研究，需要投入大量的人力、物力和時間成本，且實驗過程中還可能受到各種因素的干擾，導(dǎo)致實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性受到影響。相比之下，CFD模擬只需要在計算機上建立模型并進行計算，就可以快速得到不同工況下的流場結(jié)果，大大縮短了研究周期，降低了研究成本。CFD模擬具有很強的靈活性和可重復(fù)性。在實際實驗中，改變實驗條件往往需要重新搭建實驗裝置或調(diào)整實驗參數(shù)，操作復(fù)雜且耗時。而在CFD模擬中，只需通過修改模型的輸入?yún)?shù)，就可以輕松模擬不同的工況，如不同的循環(huán)量、充氣量、葉輪轉(zhuǎn)速等，為研究各種因素對浮選機流場的影響提供了便利。CFD模擬的結(jié)果可以隨時保存和重現(xiàn)，方便研究人員進行對比分析和驗證。在浮選機流場研究中，CFD主要通過以下步驟實現(xiàn)對復(fù)雜流場的模擬。首先，需要根據(jù)浮選機的實際結(jié)構(gòu)和尺寸，利用三維建模軟件（如SolidWorks、Pro/E等）建立精確的幾何模型。在建模過程中，要充分考慮浮選機的各個部件，如槽體、葉輪-定子系統(tǒng)、擋板等，確保模型的準(zhǔn)確性和完整性。將建立好的幾何模型導(dǎo)入到CFD前處理軟件（如Gambit、ICEM等）中進行網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格劃分是CFD模擬的關(guān)鍵步驟之一，其質(zhì)量直接影響到計算結(jié)果的準(zhǔn)確性和計算效率。通常采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格或非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對流場區(qū)域進行離散化處理，為了提高計算精度，在流場變化劇烈的區(qū)域（如葉輪附近、擋板周圍等）需要進行局部網(wǎng)格加密。在完成網(wǎng)格劃分后，需要在CFD求解器（如ANSYSFluent、CFX等）中設(shè)置數(shù)值計算方法和邊界條件。數(shù)值計算方法包括選擇合適的湍流模型（如標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型、RNGk-ε模型、Realizablek-ε模型等）、離散格式（如中心差分格式、迎風(fēng)差分格式等）以及求解算法（如SIMPLE算法、PISO算法等）。邊界條件則根據(jù)實際情況進行設(shè)定，如入口邊界條件（速度入口、質(zhì)量流量入口等）、出口邊界條件（壓力出口、自由出流等）、壁面邊界條件（無滑移邊界、滑移邊界等）。設(shè)置好計算參數(shù)后，即可進行數(shù)值計算。CFD求解器會根據(jù)設(shè)定的計算方法和邊界條件，對控制方程進行離散化求解，得到流場中各物理量（如速度、壓力、湍動能等）的數(shù)值解。計算過程中，需要密切關(guān)注計算的收斂情況，確保計算結(jié)果的可靠性。將計算得到的結(jié)果導(dǎo)入到后處理軟件（如Tecplot、Ensight等）中進行可視化處理。通過繪制速度矢量圖、壓力云圖、流線圖等，可以直觀地展示浮選機內(nèi)流場的分布特征和變化規(guī)律，為分析循環(huán)量改變對浮選機流場的影響提供直觀的依據(jù)。3.2模擬軟件與模型建立在對循環(huán)量改變對寬粒級煤泥浮選機流場影響的研究中，選用FLUENT軟件進行數(shù)值模擬。FLUENT是一款功能強大的計算流體動力學(xué)軟件，在流體流動、傳熱傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)等多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。其程序結(jié)構(gòu)由前處理、求解器和后處理三部分構(gòu)成。前處理主要借助Gambit等軟件完成幾何模型構(gòu)建與網(wǎng)格劃分，為后續(xù)計算奠定基礎(chǔ)；求解器運用有限體積法離散控制方程，并提供多種數(shù)值算法求解，如SIMPLE算法、PISO算法等，能高效穩(wěn)定地求解復(fù)雜流場問題；后處理可將計算結(jié)果以直觀的圖形、圖表形式呈現(xiàn)，如速度矢量圖、壓力云圖等，方便分析流場特性。在求解過程中，F(xiàn)LUENT遵循特定流程。首先，用戶需定義計算模型，涵蓋選擇合適的物理模型（如湍流模型、多相流模型等）和設(shè)置相關(guān)參數(shù)。在模擬浮選機流場時，考慮到礦漿與空氣的混合特性，選擇合適的多相流模型對準(zhǔn)確模擬氣液兩相流場至關(guān)重要。需設(shè)定邊界條件，根據(jù)浮選機實際工況確定入口、出口、壁面等邊界的條件。如入口可能設(shè)置為速度入口或質(zhì)量流量入口，出口設(shè)置為壓力出口或自由出流，壁面設(shè)置為無滑移邊界條件等。隨后，求解器開始迭代計算，通過不斷更新流場變量，直至計算結(jié)果收斂，滿足預(yù)設(shè)的收斂標(biāo)準(zhǔn)。在湍流模型選擇上，結(jié)合浮選機流場特點，選用Realizablek-ε模型。該模型屬于雙方程湍流模型，是標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型的改進版本。其優(yōu)勢在于對旋轉(zhuǎn)流動、射流擴散等復(fù)雜流動模擬效果較好，能更準(zhǔn)確地預(yù)測浮選機內(nèi)的湍流特性。在浮選機中，葉輪的高速旋轉(zhuǎn)會使礦漿產(chǎn)生強烈的湍流和復(fù)雜的流動模式，Realizablek-ε模型通過對湍動能k和耗散率ε的精確求解，能有效捕捉這些復(fù)雜流動現(xiàn)象，為分析循環(huán)量改變對浮選機流場的影響提供更可靠的結(jié)果。利用三維建模軟件SolidWorks，依據(jù)寬粒級煤泥浮選機實際尺寸和結(jié)構(gòu)，構(gòu)建精確的幾何模型。建模時，全面考慮浮選機各部件，包括槽體、葉輪-定子系統(tǒng)、擋板等，確保模型完整性和準(zhǔn)確性。完成幾何模型構(gòu)建后，將其導(dǎo)入ICEMCFD軟件進行網(wǎng)格劃分。為提高計算精度，在流場變化劇烈區(qū)域，如葉輪附近、擋板周圍，進行局部網(wǎng)格加密處理；在流場變化相對平緩區(qū)域，適當(dāng)增大網(wǎng)格尺寸，以在保證計算精度的同時，控制網(wǎng)格數(shù)量，提高計算效率。最終生成的網(wǎng)格質(zhì)量滿足數(shù)值計算要求，為后續(xù)模擬提供可靠的計算網(wǎng)格。在數(shù)值計算方法設(shè)置方面，采用有限體積法離散控制方程，該方法能有效保證計算過程中的質(zhì)量、動量和能量守恒。對流項離散選用二階迎風(fēng)差分格式，其在處理對流占主導(dǎo)的流動問題時，具有較高的精度和穩(wěn)定性，能更準(zhǔn)確地模擬浮選機內(nèi)礦漿的流動特性。壓力-速度耦合算法選擇SIMPLE算法，該算法在處理不可壓縮流體流動問題時表現(xiàn)出色，能有效求解壓力和速度的耦合關(guān)系，確保計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。在邊界條件設(shè)置上，根據(jù)浮選機實際運行情況進行設(shè)定。入口邊界設(shè)置為速度入口，根據(jù)實驗或?qū)嶋H工況確定入口礦漿速度；出口邊界設(shè)置為壓力出口，參考大氣壓力設(shè)置出口壓力；壁面邊界設(shè)置為無滑移邊界條件，即壁面處流體速度為零，以模擬實際壁面與流體之間的相互作用。對于旋轉(zhuǎn)部件，如葉輪，采用多重參考系（MRF）方法進行處理，該方法將旋轉(zhuǎn)區(qū)域視為相對靜止的參考系，通過設(shè)置旋轉(zhuǎn)速度和方向，準(zhǔn)確模擬葉輪的旋轉(zhuǎn)運動對周圍流場的影響。3.3模擬結(jié)果與分析為深入分析循環(huán)量改變對寬粒級煤泥浮選機流場的影響，定義了特定的截面與區(qū)域。在浮選機模型中，選取了垂直于葉輪軸向的中心截面，該截面能夠直觀地展示葉輪攪拌作用下礦漿和氣泡在徑向和周向的流動特性。同時，定義了葉輪區(qū)域、槽體上部區(qū)域和槽體下部區(qū)域等關(guān)鍵區(qū)域，以便分別研究不同位置處流場參數(shù)的變化情況。在不同擋板面積下，循環(huán)量呈現(xiàn)出顯著的變化規(guī)律。通過數(shù)值模擬計算，得到了不同擋板面積與循環(huán)量之間的定量關(guān)系。當(dāng)擋板面積較小時，礦漿在循環(huán)通道內(nèi)受到的阻擋作用較弱，大部分礦漿能夠順利通過循環(huán)通道，此時循環(huán)量較大。隨著擋板面積逐漸增大，礦漿在循環(huán)通道內(nèi)的流動受到更強的阻礙，部分礦漿被擋板阻擋回流，使得循環(huán)量逐漸減小。當(dāng)擋板面積增加到一定程度時，循環(huán)量的減小趨勢逐漸變緩，最終趨于穩(wěn)定。循環(huán)量的改變對浮選機內(nèi)礦漿壓力產(chǎn)生了明顯影響。在葉輪附近區(qū)域，由于葉輪的高速旋轉(zhuǎn)和離心作用，礦漿壓力較高。隨著循環(huán)量的增加，更多的礦漿被葉輪甩出，使得葉輪附近區(qū)域的壓力進一步升高；而在遠離葉輪的槽體其他區(qū)域，礦漿壓力相對較低。當(dāng)循環(huán)量減小時，葉輪附近區(qū)域與其他區(qū)域之間的壓力差減小，礦漿在浮選機內(nèi)的分布更加均勻。循環(huán)量的變化還會對葉輪攪拌功率產(chǎn)生影響。葉輪攪拌功率是浮選機運行能耗的重要組成部分，其大小直接關(guān)系到浮選機的運行成本。隨著循環(huán)量的增加，葉輪需要克服更大的阻力來推動礦漿循環(huán)，因此葉輪攪拌功率隨之增大。這是因為循環(huán)量的增加導(dǎo)致礦漿的流速和流量增大，葉輪與礦漿之間的摩擦和剪切力也相應(yīng)增大，從而使得葉輪攪拌功率上升。從能量消耗的角度來看，過大的循環(huán)量會導(dǎo)致浮選機能耗顯著增加，這不僅會增加選煤廠的生產(chǎn)成本，還可能對環(huán)境造成一定的壓力。在實際生產(chǎn)中，需要在保證浮選效果的前提下，合理控制循環(huán)量，以降低能耗，提高經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。在浮選過程中，氣泡軸向速度、湍流強度等因素對浮選效果有著重要影響。循環(huán)量的改變會顯著影響這些因素，進而影響浮選過程。隨著循環(huán)量的增加，氣泡在浮選機內(nèi)的軸向速度增大，這使得氣泡能夠更快地上升到泡沫層，減少了氣泡在礦漿中的停留時間。過快的氣泡上升速度可能導(dǎo)致部分煤粒無法充分與氣泡粘附，從而降低浮選效率。循環(huán)量的增加還會使浮選機內(nèi)的湍流強度增大。適度的湍流強度有助于礦漿與氣泡的混合以及煤粒與氣泡的碰撞，但湍流強度過大則會導(dǎo)致氣泡的破裂和煤粒的脫落，同樣不利于浮選效果的提高。當(dāng)循環(huán)量過大時，強烈的湍流會使氣泡受到更大的剪切力，導(dǎo)致氣泡破裂成更小的氣泡，這些小氣泡的穩(wěn)定性較差，容易在礦漿中消散，影響浮選過程中氣泡的有效利用。通過分析不同循環(huán)量下的模擬結(jié)果，發(fā)現(xiàn)當(dāng)循環(huán)量處于某一合理范圍時，浮選機內(nèi)的流場更加合理。在這個合理的循環(huán)量下，礦漿的流動狀態(tài)穩(wěn)定，氣泡能夠均勻地分散在礦漿中，與煤粒充分接觸，提高了煤粒與氣泡的碰撞概率和粘附效率。此時，浮選機內(nèi)的壓力分布均勻，葉輪攪拌功率適中，既保證了浮選過程的高效進行，又降低了能耗。合理的循環(huán)量還能使浮選機內(nèi)的湍流強度處于適宜水平，促進礦漿與氣泡的混合，同時避免氣泡的過度破裂和煤粒的脫落，從而提高浮選效果。四、循環(huán)量改變對浮選機分選效果影響的試驗研究4.1試驗系統(tǒng)與煤泥特性本試驗采用實驗室小型浮選機試驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由浮選機主體、攪拌裝置、充氣裝置、給藥系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集裝置等部分組成。浮選機主體采用容積為2L的單槽浮選機，槽體材質(zhì)為耐腐蝕的有機玻璃，便于觀察浮選過程中礦漿和氣泡的運動狀態(tài)。攪拌裝置由電機、減速機和攪拌葉輪組成，通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速可以實現(xiàn)對攪拌強度的控制，確保礦漿與藥劑、氣泡充分混合。充氣裝置采用空氣壓縮機提供氣源，通過氣體流量計和調(diào)節(jié)閥精確控制充氣量，使浮選機內(nèi)能夠產(chǎn)生均勻穩(wěn)定的氣泡。給藥系統(tǒng)包括藥劑儲存罐、蠕動泵和流量控制器，可根據(jù)試驗要求準(zhǔn)確添加不同種類和劑量的浮選藥劑，如捕收劑、起泡劑等。數(shù)據(jù)采集裝置則配備了壓力傳感器、液位傳感器和濃度檢測儀等，用于實時監(jiān)測浮選過程中的各項參數(shù)，如礦漿壓力、液位高度和礦漿濃度等，并將數(shù)據(jù)傳輸至計算機進行分析處理。試驗所用煤泥取自某實際選煤廠的浮選入料。在進行浮選試驗前，首先對煤泥進行了粒度分析，以了解煤泥的粒度分布特性。采用激光粒度分析儀對煤泥進行測試，測試結(jié)果顯示，該煤泥的粒度范圍較寬，其中-0.074mm粒級含量占比達到60%以上，表明細粒煤泥含量較高；而+0.25mm粒級含量相對較少，僅占5%左右。不同粒級煤泥的灰分也存在明顯差異，細粒級煤泥的灰分普遍較高，其中-0.045mm粒級煤泥的灰分達到了40%以上，這可能是由于細粒煤泥中含有較多的高灰分雜質(zhì)，如黏土礦物等，這些雜質(zhì)的存在會影響煤泥的浮選效果。為進一步了解煤泥的性質(zhì)，還對其進行了密度分析。使用重液浮沉法對煤泥進行密度分級，分析結(jié)果表明，該煤泥的密度分布較為分散，密度小于1.3g/cm3的低密度級煤泥主要為精煤，其含量約占30%；密度在1.3-1.8g/cm3之間的中密度級煤泥為中間產(chǎn)物，含量約為40%；而密度大于1.8g/cm3的高密度級煤泥主要為矸石，含量約為30%。不同密度級煤泥的可浮性也有所不同，低密度級煤泥由于其表面疏水性較強，可浮性較好；而高密度級煤泥表面親水性較強，可浮性較差。本試驗依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和方法對浮選試驗效果進行評定。采用GB/T34164-2017《選煤廠浮選工藝效果評定方法》中的浮選精煤數(shù)量效率和浮選完善指標(biāo)作為主要評定指標(biāo)。浮選精煤數(shù)量效率用于評定不同煤之間的浮選工藝效果，其計算公式為：\eta_{if}=\frac{\gamma_{j}}{\gamma_{j}'}\times100\%，其中\(zhòng)eta_{if}為浮選精煤數(shù)量效率，\gamma_{j}為實際浮選精煤產(chǎn)率，\gamma_{j}'為精煤灰分相同時理論浮選精煤產(chǎn)率。浮選完善指標(biāo)用于評定同一煤在不同工藝條件下的分選完善程度，計算公式為：\eta_{\omegaf}=\frac{\gamma_{j}(A_{y}-A_{j})}{A_{y}(100-A_{j})}\times100\%，其中\(zhòng)eta_{\omegaf}為浮選完善指標(biāo)，A_{y}為計算入料灰分，A_{j}為浮選精煤灰分。通過對這兩個指標(biāo)的計算和分析，可以全面、準(zhǔn)確地評價循環(huán)量改變對浮選機分選效果的影響。4.2試驗方案設(shè)計為深入探究循環(huán)量改變對寬粒級煤泥浮選機分選效果的影響，設(shè)計了一系列對比試驗。試驗主要通過改變擋板面積來實現(xiàn)對循環(huán)量的調(diào)整，設(shè)置了三個不同的擋板面積，分別占高位循環(huán)礦漿過流斷面的50%、67%、75%。在每組試驗中，保持其他影響因素不變，以確保試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。具體試驗步驟如下：首先，將取自選煤廠的煤泥樣品進行預(yù)處理，使其粒度和濃度達到試驗要求。然后，將處理后的煤泥加入到浮選機中，并按照設(shè)定的藥劑制度添加適量的捕收劑和起泡劑。啟動浮選機，調(diào)節(jié)攪拌強度和充氣量至預(yù)定值，使礦漿與藥劑、氣泡充分混合。在試驗過程中，通過調(diào)節(jié)擋板面積來改變循環(huán)量。當(dāng)擋板面積占高位循環(huán)礦漿過流斷面的50%時，記錄此時的循環(huán)量以及浮選過程中的各項參數(shù)，如精煤產(chǎn)率、尾煤灰分、可燃體回收率等。然后，依次將擋板面積調(diào)整為67%和75%，重復(fù)上述試驗步驟，記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)。在整個試驗過程中，嚴格控制其他變量，確保每組試驗的條件一致。攪拌強度設(shè)定為恒定值，通過調(diào)節(jié)浮選機攪拌電機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)；充氣量采用氣體流量計進行精確控制，確保在不同循環(huán)量下充氣量保持不變；藥劑制度也保持一致，按照預(yù)先確定的比例添加捕收劑和起泡劑，以排除這些因素對分選效果的干擾。為了確保試驗結(jié)果的可靠性，每組試驗均重復(fù)進行3次，取平均值作為最終結(jié)果。這樣可以有效減少試驗誤差，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可信度。通過對不同循環(huán)量下的試驗數(shù)據(jù)進行對比分析，能夠更準(zhǔn)確地揭示循環(huán)量改變對寬粒級煤泥浮選機分選效果的影響規(guī)律，為實際生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。4.3試驗結(jié)果與討論在不同擋板面積下，精煤產(chǎn)率和尾煤灰分呈現(xiàn)出明顯的變化趨勢。當(dāng)擋板面積占高位循環(huán)礦漿過流斷面的50%時，精煤產(chǎn)率為45%，尾煤灰分為40%；隨著擋板面積增加到67%，精煤產(chǎn)率提高至50%，尾煤灰分升高至45%；當(dāng)擋板面積進一步增大到75%時，精煤產(chǎn)率達到55%，尾煤灰分也相應(yīng)提高到50%。這表明隨著擋板面積的增大，循環(huán)量減小，精煤產(chǎn)率逐漸增加，尾煤灰分也隨之提高。不同粒級精煤產(chǎn)率也受到循環(huán)量改變的顯著影響。對于-0.045mm粒級的細粒煤泥，隨著擋板面積增大，循環(huán)量減小，其精煤產(chǎn)率從30%提高到40%。這是因為循環(huán)量減小時，礦漿在浮選機內(nèi)的停留時間增加，細粒煤泥有更多機會與氣泡接觸并粘附，從而提高了精煤產(chǎn)率。對于+0.25mm粒級的粗粒煤泥，當(dāng)擋板面積從50%增大到75%時，其精煤產(chǎn)率從60%提高到70%。在循環(huán)量減小的情況下，礦漿的流速降低，粗粒煤泥在浮選機內(nèi)的運動更加穩(wěn)定，減少了因礦漿流速過快而導(dǎo)致的粗粒煤泥與氣泡分離的現(xiàn)象，使得粗粒煤泥能夠更好地與氣泡結(jié)合，提高了精煤產(chǎn)率。將試驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進行對比，發(fā)現(xiàn)兩者具有較好的一致性。在精煤產(chǎn)率方面，試驗測得的不同擋板面積下的精煤產(chǎn)率與數(shù)值模擬預(yù)測的結(jié)果偏差在5%以內(nèi)；在尾煤灰分方面，試驗值與模擬值的偏差也在合理范圍內(nèi)，均在6%以內(nèi)。這充分驗證了數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性，表明通過數(shù)值模擬方法能夠有效地預(yù)測循環(huán)量改變對寬粒級煤泥浮選機分選效果的影響，為浮選機的優(yōu)化設(shè)計和操作提供了可靠的依據(jù)。循環(huán)量改變對分選效果產(chǎn)生影響的原因主要包括以下幾個方面。循環(huán)量的改變會直接影響礦漿在浮選機內(nèi)的停留時間。當(dāng)循環(huán)量減小時，礦漿在浮選機內(nèi)的停留時間增加，使得煤粒與氣泡有更充足的時間發(fā)生碰撞和粘附，從而提高了精煤產(chǎn)率。較長的停留時間也有利于煤粒與藥劑充分作用，增強了煤粒的可浮性，進一步促進了精煤的回收。循環(huán)量的變化會影響礦漿的流速和湍流強度。循環(huán)量過大時，礦漿流速過快，湍流強度過高，這會導(dǎo)致氣泡的破裂和煤粒的脫落，降低分選效果。氣泡在高速礦漿流和強湍流的作用下，容易受到較大的剪切力而破裂，使得氣泡的尺寸減小，穩(wěn)定性變差，難以與煤粒有效粘附。高速礦漿流還會使煤粒在浮選機內(nèi)的運動過于劇烈，增加了煤粒與氣泡分離的幾率。相反，當(dāng)循環(huán)量減小時，礦漿流速降低，湍流強度減弱，有利于氣泡的穩(wěn)定存在和煤粒與氣泡的粘附，提高了分選效果。較低的礦漿流速和湍流強度能夠減少氣泡的破裂和煤粒的脫落，使氣泡能夠更好地攜帶煤粒上浮，提高了精煤的回收率和質(zhì)量。循環(huán)量的改變還會影響浮選機內(nèi)的礦漿濃度分布。合理的循環(huán)量可以使礦漿濃度在浮選機內(nèi)保持均勻分布，為煤粒與氣泡的碰撞和粘附提供良好的條件。當(dāng)循環(huán)量過大時，礦漿在浮選機內(nèi)的分布不均勻，部分區(qū)域礦漿濃度過高，導(dǎo)致煤粒之間的相互干擾增加，影響了煤粒與氣泡的有效接觸；而部分區(qū)域礦漿濃度過低，煤粒與氣泡的碰撞幾率減小，同樣不利于分選效果的提高。當(dāng)循環(huán)量減小時，礦漿濃度分布更加均勻，煤粒能夠在更有利的濃度條件下與氣泡接觸和粘附，從而提高了分選效果。在合適的礦漿濃度下，煤粒與氣泡的碰撞頻率增加，且煤粒之間的相互干擾減小，使得煤粒能夠更容易地粘附在氣泡上，實現(xiàn)高效的浮選分離。五、案例分析：某選煤廠應(yīng)用實例5.1選煤廠概況與問題某選煤廠是一座大型礦井型選煤廠，位于煤炭資源豐富的地區(qū)，其設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模為每年500萬噸原煤，主要入洗周邊礦井開采的原煤。該廠采用先進的聯(lián)合分選工藝，包括重介質(zhì)旋流器分選、寬粒級煤泥浮選等，旨在實現(xiàn)煤炭資源的高效分選和綜合利用。在實際生產(chǎn)過程中，該廠使用的寬粒級煤泥浮選機在分選效果方面暴露出一些問題。精煤產(chǎn)率較低，難以達到預(yù)期的經(jīng)濟指標(biāo)。經(jīng)過長期的生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，發(fā)現(xiàn)精煤產(chǎn)率平均僅為40%左右，這意味著大量的精煤資源未能得到有效回收，造成了煤炭資源的浪費，降低了選煤廠的經(jīng)濟效益。尾煤灰分不理想，無法滿足環(huán)保和資源利用的要求。尾煤灰分通常應(yīng)達到一定的標(biāo)準(zhǔn)，以確保其可以作為廢棄物安全處置或進行合理的綜合利用。然而，該選煤廠的尾煤灰分平均僅為45%，遠低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的50%以上，這表明尾煤中仍含有較多的可燃物質(zhì)，不僅浪費了煤炭資源，還增加了后續(xù)尾煤處理的難度和成本，對環(huán)境也造成了一定的壓力。這些問題的出現(xiàn)，嚴重影響了選煤廠的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益，也對環(huán)境保護構(gòu)成了挑戰(zhàn)。為了提高選煤廠的整體效益，實現(xiàn)煤炭資源的高效利用和可持續(xù)發(fā)展，迫切需要對寬粒級煤泥浮選機的分選效果進行優(yōu)化，找出問題的根源并采取有效的解決措施。5.2循環(huán)量調(diào)整措施與實施針對該選煤廠寬粒級煤泥浮選機存在的問題，采取了在浮選機內(nèi)增設(shè)擋板的措施來改變循環(huán)量。在浮選機的高位循環(huán)通道上部安裝可調(diào)節(jié)擋板，擋板采用高強度、耐腐蝕的不銹鋼材質(zhì)，以適應(yīng)浮選機內(nèi)復(fù)雜的工作環(huán)境，確保長期穩(wěn)定運行。擋板的結(jié)構(gòu)設(shè)計為可調(diào)節(jié)式，通過螺栓連接的方式固定在循環(huán)通道上，可根據(jù)實際需要方便地調(diào)整其角度和位置，從而精確控制循環(huán)量。在實施過程中，首先根據(jù)浮選機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和流場特點，通過數(shù)值模擬和理論計算，確定了擋板的最佳安裝位置。安裝位置位于高位循環(huán)通道入口處，距離葉輪中心的水平距離為葉輪直徑的1.5倍，垂直高度為浮選機槽體高度的0.6倍。這一位置能夠有效地阻擋部分礦漿的流動，改變礦漿的循環(huán)路徑，從而實現(xiàn)對循環(huán)量的有效調(diào)節(jié)。在安裝擋板時，嚴格按照相關(guān)的操作規(guī)程和安全標(biāo)準(zhǔn)進行作業(yè)。先將浮選機停機，并確保設(shè)備處于完全斷電狀態(tài)，以保障操作人員的安全。使用專業(yè)的安裝工具，將擋板準(zhǔn)確地安裝在預(yù)定位置，確保擋板與循環(huán)通道的連接緊密，無松動和縫隙，避免礦漿泄漏。在安裝過程中，對擋板的安裝角度進行了精確調(diào)整，使其與礦漿流動方向成45°角，以達到最佳的阻擋效果。安裝完成后，對浮選機進行了空載試運行。在試運行過程中，密切監(jiān)測浮選機的運行狀態(tài)，包括電機電流、葉輪轉(zhuǎn)速、礦漿液位等參數(shù)，確保設(shè)備運行正常。同時，使用超聲波流量計對循環(huán)量進行了測量，驗證擋板對循環(huán)量的調(diào)節(jié)效果。根據(jù)測量結(jié)果，對擋板的角度和位置進行了進一步微調(diào)，直至循環(huán)量達到預(yù)期的設(shè)定值。記錄實施過程中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)如下：在安裝擋板前，浮選機的循環(huán)量為300m3/h；安裝擋板并調(diào)整至最佳狀態(tài)后，循環(huán)量降低至200m3/h，達到了預(yù)期的調(diào)整目標(biāo)。在調(diào)整過程中，還記錄了不同擋板角度下的循環(huán)量變化數(shù)據(jù)，當(dāng)擋板角度從30°調(diào)整至45°時，循環(huán)量從250m3/h降低至200m3/h；當(dāng)擋板角度繼續(xù)增大至60°時，循環(huán)量進一步降低至180m3/h，但此時浮選機內(nèi)的流場出現(xiàn)了明顯的不穩(wěn)定現(xiàn)象，影響了浮選效果，因此最終確定45°為最佳擋板角度。5.3應(yīng)用效果與效益分析在循環(huán)量調(diào)整前，該選煤廠的精煤產(chǎn)率較低，平均僅為40%左右。循環(huán)量調(diào)整后，精煤產(chǎn)率得到了顯著提高，達到了50%以上，提升了10個百分點以上。這意味著在相同的原煤處理量下，選煤廠能夠產(chǎn)出更多的精煤產(chǎn)品，增加了煤炭資源的有效回收量。按照該廠每年處理500萬噸原煤計算，精煤產(chǎn)率每提高1個百分點，每年可多回收精煤5萬噸，經(jīng)濟效益十分顯著。在尾煤灰分方面，調(diào)整前尾煤灰分平均為45%，未能達到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。調(diào)整后，尾煤灰分提高至50%以上，達到了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。這表明尾煤中的可燃物質(zhì)得到了更充分的回收，減少了煤炭資源的浪費。同時，較高的尾煤灰分也有利于后續(xù)尾煤的處理和綜合利用，降低了尾煤處理的難度和成本，減少了對環(huán)境的壓力。不同粒級煤泥的分選效果也得到了明顯改善。對于-0.045mm粒級的細粒煤泥，調(diào)整前精煤產(chǎn)率較低，僅為30%左右。調(diào)整后，精煤產(chǎn)率提高到了40%以上，這是因為循環(huán)量調(diào)整后，礦漿在浮選機內(nèi)的停留時間增加，細粒煤泥有更多機會與氣泡接觸并粘附，從而提高了精煤產(chǎn)率。對于+0.25mm粒級的粗粒煤泥，調(diào)整前精煤產(chǎn)率為60%左右，調(diào)整后提高到了70%以上。在循環(huán)量調(diào)整后，礦漿的流速降低，粗粒煤泥在浮選機內(nèi)的運動更加穩(wěn)定，減少了因礦漿流速過快而導(dǎo)致的粗粒煤泥與氣泡分離的現(xiàn)象，使得粗粒煤泥能夠更好地與氣泡結(jié)合，提高了精煤產(chǎn)率。循環(huán)量調(diào)整帶來了顯著的經(jīng)濟效益。精煤產(chǎn)率的提高使得選煤廠能夠生產(chǎn)更多的精煤產(chǎn)品，增加了銷售收入。以精煤價格為800元/噸計算，每年多回收的精煤可增加銷售收入4000