CN106040393A

CN106040393A - 水射流粉碎系统

Info

Publication number: CN106040393A
Application number: CN201610566606.0A
Authority: CN
Inventors: 宫伟力; 张芳; 彭岩岩
Original assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Current assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date: 2016-07-18
Filing date: 2016-07-18
Publication date: 2016-10-26

Abstract

本发明提供一种水射流粉碎系统，包括用于形成高压水的水泵系统、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。本发明使用水射流粉碎机对煤进行粉碎，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。

Description

水射流粉碎系统

技术领域

本发明涉及煤炭的制造领域，特别涉及用于制备水煤浆的系统的水射流粉碎系统。

背景技术

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。作为液态产品可以泵送、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。

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10μm以下。

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。

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

基于上述问题，本发明提供了一种水射流粉碎系统，以提高精煤产率，提高除灰脱硫效果，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。

为达成上述目的，本发明提供一种水射流粉碎系统，包括用于形成高压水的水泵系统、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。

本发明相较于现有技术的有益效果在于：本发明使用水射流粉碎机对煤进行粉碎，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

图1为本发明制备水煤浆的系统的示意图。

图2为水射流粉碎系统的加料系统和水射流粉碎机的示意图。

图3为水射流粉碎系统的加料系统的示意图。

图4为水射流粉碎机的混合室的示意图。

具体实施方式

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。

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。

参照图1所示，本发明提供一种用于制备水煤浆的系统的水射流粉碎系统，其中，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包括用于形成高压水的水泵系统11、用于提供原料煤的加料系统12，以及水射流粉碎机13。

一并参照图2，水射流粉碎机13包括混合室131、准直管132及粉碎室133。来自水泵系统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。

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。

参照图2至图4，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。

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125道接通，从而导引空气进入加料箱121内。

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(p_a)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。

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1312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。

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D₁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。

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。

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。

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。

粉碎室是靶式粉碎室，准直管132中形成的气－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。

综上所述，本发明使用水射流粉碎机对煤进行粉碎，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。

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。

Claims

1.一种水射流粉碎系统，包括：

水泵系统，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。

2.如权利要求1所述的水射流粉碎系统，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2所述的水射流粉碎系统，其中，加料系统包括还包括气力输送管道，每一进气口与气力输送管道接通，空气经由气力输送管道和进气口进入加料箱内。

4.如权利要求1所述的水射流粉碎系统，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所述的水射流粉碎系统，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所述的水射流粉碎系统，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所述的水射流粉碎系统，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。