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1、!第六篇跳汰选煤工艺流程第一章跳汰选煤概述第一节跳汰机的沿革选煤史上使用跳汰机已有!多年，!#$年出现的是手动跳汰机，!年（!#%年）出现定筛跳汰机，!#%#年，发明了连续运转的机械传动跳汰机，它是活塞式跳汰机的原型。随着技术进步和生产经验的积累，活塞跳汰机的结构和性能有了新的发展。!#&!#(%年逐步将圆形活塞改为矩形活塞，跳汰机的机底也由过去的平底发展成半圆形（图()!)!）和角锥形（图()!)*）。图()!)!半圆机底的哈兹跳汰机+&第一章跳汰选煤概述图!#$角锥机底的哈兹跳汰机#%&年出现纵向排料的两段人工床层跳汰机（图!#(），洗选)#*+级末煤。这种跳汰机不设排料闸门，全靠人工床层
2、透筛排料。图!#(两段透筛排料跳汰机#%&%年开始采用差动传动机构的活塞跳汰机，突破传统的洗水脉动的正弦周期，出现非对称周期。活塞跳汰机的跳汰周期调整困难，对原煤性质变化适应能力差。另外运动部件磨损较严重，往往导致洗选效果下降，发展受到限制。但由于这种跳汰机结构简单，易于掌握，因此至今仍有采用。对跳汰机结构来说，具有革命意义的是#%,#-#%,$年出现的鲍姆跳汰机即无活塞跳汰机。它将跳汰机的洗水脉动方式由机械产生的脉冲改为压缩空气产生的脉冲，这样不仅有利于扩大跳汰机有效分选面积，而且洗水脉动参数也易于调整，给跳汰机的操作提供了方便，同时对提高跳汰机的处理能力和改善分层效果创造了有利条件。%*第
3、六篇跳汰选煤工艺流程最早的空气脉动跳汰机如图!#$所示，与现代跳汰机相比，区别较大的地方是煤流方向为横向。图!#$无活塞跳汰机#%&#年出现了分选不分级煤的跳汰机（图!#），这种结构形式已具备现代化跳汰机的基本特点。洗选()&*物料时，洗选下限可以达到+*，有时可降到#,&-*。随着选煤厂厂型日益扩大，出现了双筛侧空气室跳汰机（图!#!）。多数是将两个单体跳汰机的风阀侧的侧壁合而为一，成为两个跳汰机并列的中间隔板。两侧跳汰床层各用自己的风阀，或共用一套风阀同时向两侧跳汰室供风。对跳汰选煤工业具有重大意义的技术突破是#%)年出现的日本高桑跳汰机。我国称筛下空气室跳汰机。这种跳汰机将空气室改在跳汰
4、室筛板的下面，这样在跳汰室全宽度上液流运动规律一样，振幅均匀，不存在流线长度和空气室结构形式的影响。实践证明，这种跳汰机宽度为!,)*时，洗水仍能保持均匀的振幅。此外，筛下空气室比筛侧空气室跳汰机两室（跳汰室与空气室）水位差高!&,#&*。因此可以增大下降水流的吸啜力，提高单位面积处理能力。跳汰机结构发展的另一个重要方面是分选介质脉动方式的改进，即风阀的改进。%&第一章跳汰选煤概述图!#$不分级侧鼓跳汰机（%）一装有固定配气阀的跳汰机；（&）一装有旋转配气阀的跳汰机图!#!风阀侧连体跳汰机#$第六篇跳汰选煤工艺流程第一代为滑动风阀（即立式风阀）。在改变风量风压时，洗水振幅、速度和加速度等可调范
5、围大，尤其是结构简单，安全可靠操作方便，在提高跳汰机的洗选效果和处理能力方面都比活塞跳汰机好。第二代为旋转风阀（即卧式风阀）。它是根据!#迈尔提出的几种非对称周期的理论而设计的，可以根据入料性质确定针对性更强的跳汰周期，在工业上取得一定效果，得到普遍重视。第三代风阀是电控气动风阀。这种风阀由电子数字控制系统和传动机构组成。这种风阀的优点是调整方便、灵活，阀门开关速度容易调整。此外，它还着眼于起动快，进气猛，床层起振爆发力强，松散度的变化规律容易控制。跳汰机发展的第三个方面，是将已分层的物料，精确地排出，成为精煤、中煤和矸石等产品。最简单的排料装置是在溢流堰前安置立式插板闸门。闸门直通排料道。为
6、建立稳定的床层，只能间断排料。在本世纪中叶开始使用稳静排料系统，取消了溢流堰，改为水平排料口。将排料闸门置于排料道下，实际上是将排料道变成了“底流仓”，防止并减弱洗水在排料区上下串动，从而降低了排料过程中产品的二次污染。较好的排料结构是叶轮式排料装置，它既可稳定排料口处洗水运动，又有较好的控制性能，缺点是叶轮常出现堵、卡事故。$%年代研制成新的排料结构形式，将叶轮安装在排料道外侧，离开物料安息角外一定距离。这样叶轮不转时，靠物料安息角稳定或少排底流产品，需要时根据床层信号控制叶轮转速调整排料量，实现了较理想的连续排料制度。对于末煤和不分级煤，人们普遍重视综合排料法，即闸门和透筛两种排料方式配合
7、使用，这种配合至关重要，如配合不当时，细粒会造成精煤灰分偏高；粗粒常引起损失增加。第二节跳汰选煤发展的新趋势&%年代以后，跳汰选煤技术有了急骤的发展。特别是%年代以来，各主要产煤国家都开发了一批新型跳汰机，对原有跳汰机也在机体、风阀和排料装置等方面有了新的改进。这种新形势的出现可以概括为以下几个方面：(第一章跳汰选煤概述一、原煤质量变化，促进了选煤技术的发展随着煤炭开采机械化程度的提高，混入原煤中的矸石量增加，粉煤量增加。采用喷水灭尘技术后，原煤水分增加，需要在工艺流程和选煤设备等方面采取新的技术措施。近年来，德国研制成选矸用的动筛跳汰机。它既可增大选煤厂处理能力，又能提高全厂的数量效率和简化
8、煤泥水系统。!#年我国也研制成功了动筛跳汰机，并在生产上应用。在洗选粉煤方面，德国研制出多种洗选煤泥专用的复振跳汰机，这种跳汰机是在正常跳汰周期的进气期迭加几个小周期，这样可以将跳汰机的洗选下限降到$%&左右。分选不完善度!值约为$%!#。例如图()!)*为筛侧空气室复振跳汰机，它将空气室上方的风包由中间隔开，形成两个独立的风包，两侧风包的风压分别为$%$+$#,$%!$&-./0&和$%$1!,$%&$+-./0&。由两个旋转风阀各以!1,2$3/45 和*1,!1$3/45 的频率向空气室供风，其特点是，高频高压风（相对的说）仅在低频低压风的给气期供风（图()!)!$），此时所得到的液流脉
9、动规律曲线（图()!)!）更有利于微细颗粒的分层需要。洗选粒度下限可达$%!&1。这种跳汰机还有较好的脱硫效果，可将黄铁矿硫的含量从!%$#6降到$%1&6。另一种迭加周期 788 型煤泥跳汰机，该机的迭加周期特点是低频为&$3/45，在进气阶段加几个小脉冲，使床层松散时间由$%+9 延长到&9 多。小脉冲断续补充能量的结果，使得高密度物料下降时，低密度物料仍继续悬浮（图()!)#），改善了分层条件提高洗选效果。图()!)*筛侧空气室复振跳汰机&!1第六篇跳汰选煤工艺流程图!#$一般跳汰机和复振跳汰机的周期对比%&洪堡尔特维达克公司也研制了两种粉煤跳汰机。图!#(所示为筛侧空气室粉煤跳汰机。该
10、机为电控人工床层跳汰机。跳汰室与空气室宽度比为)*#。每个跳汰周期为#+个步进。其进*停*排气的时间比例，可根据需要任意选定。跳汰频率的调整范围为,+-#.+/0 123。跳汰筛板为方形筛孔)4)11。人工床层（长石）粒度为#)-!11。该机的技术特征如表!#。图!#(筛侧空气室粉煤跳汰机表!#%&!公司粉煤跳汰机技术特征!名称规格名称规格跳汰室长度（1）56+入料浓度（70 8）!)+跳汰室宽度（1）#6+水量（1,0 15123）!+65)跳汰室面积（15）56+工作风压（9:）#4#+!;入料量（0 15=）)-!控制风压（9:）,4#+),#)第一章跳汰选煤概述该机在鲁尔矿区的胡戈选煤
11、厂进行了试运转。连续三周的试验结果列入表!#$内。当入料灰分为#%&(时，精煤和矸石的灰分分别为)&%(和*+&!(，,值为+&$#。表!#$!连续三周洗选试验结果!名称规格名称规格入料胡戈矿煤粉工作风压（-.）#/#+!入料粒度（00）1%入料中 2+&#$)00 级灰分（(）!#%&煤浆浓度（34 5）)+标准偏差（(）!6$&#入料量（74 8）9&)精煤中 2+&#$)00 级灰分（(）!)&%冲程数（:4 0;0$&0;）+&$)标准偏差（(）6#&!二、跳汰技术的发展由于跳汰选实践经验的积累和对跳汰过程认识的加深，促进了跳汰技术的发展。目前世界跳汰选煤工艺较为流行的是块、末煤分级洗
12、选。分级粒度较过去也有很大区别。块煤跳汰选的上、下限趋向提高。粒度上限由)+（!)）00 提高到#+=#$+00，甚至到#)+00，粒度下限由过去的#+=#%00 提高到$+=$)00。这也是末煤跳汰的粒度上限，而其粒度下限呈下降趋势。三、科学技术进步对跳汰选煤技术的推动跳汰选煤技术的发展趋势是高效率，大处理量，集中控制和高度自动化。从适应这个大趋势看，筛下空气室跳汰机比筛侧空气室跳汰机占很大优势。如德国的巴达克跳汰机，日本永田的?型筛下空气室跳汰机，将机体底部改成 A 型后，使跳汰面积扩大到$B0$，仍能使横向波幅保持均一。法国多年来只生产一种皮克型末煤跳汰机，*+年代又研制出 5C 和 D
13、C 型块煤和末煤跳汰机，并已销往欧、美、亚各洲的一些国家。此外，波兰等国家都研制成功选煤用筛下空气室跳汰机。我国早在!+年代末就研制成功了#+0$和!0$工业用筛下空气室跳汰机。*+年代后，唐山煤研分院又研制成大面积的 EFG$0$筛下空气室跳汰机。该机采用多项先进技术，尤其是电脑数控技术。其系列化产品正迅速发展。平顶山选煤设计研究院研制成了另一系列筛下空气室跳汰机。#)第六篇跳汰选煤工艺流程第二章跳汰选煤原理第一节颗粒在垂直交变水流中的受力分析及运动方程在跳汰机中水流运动包括两部分：垂直升降的变速脉动水流和水平流。前者对颗粒按密度分层起主要作用，后者对颗粒按密度分层也有影响，但主要作用是运输
14、物料。所以首先研究脉动水流运动特性。一、跳汰机中水流运动特性首先分析比较简单的活塞跳汰机的脉动水流特性。活塞跳汰机工作原理如图!#$所示。纵向隔板#将机体$分成两个相互连通的部分 活塞间（!$）和跳汰间（!#），曲柄装置%是由偏心轮（）和连杆（#）组成，以此驱动活塞作上下往复运动。跳汰机工作时，机箱中充满水，当活塞向下运动时，水由活塞间被压向跳汰间产生上升水流；当曲柄装置转过最低点，活塞开始向上运动，水返回活塞间，在跳汰间产生下降水流。由图!#$可知，若偏心轮的偏心距为，连杆的长度为#，且#!时，活塞上下运动速度$可以看作是偏心轮的圆周速度在垂直方向的分速度，即：$&!()&!%$&!()!%
15、式中!偏心轮转动的角速度，!&#!&*!+，,-./；%$%第二章跳汰选煤原理!偏心轮转过!角所需的时间，!；偏心轮转速，#$%&。图 ()(*活塞跳汰机工作原理*机体；)纵向隔板；+筛板；,活塞；-曲柄装置根据公式（()(*），当!./或!.!时，!%&/.!%&!./，活塞的瞬时速度绝对值最小，即#$%&./。当!.!0)或!.+!0)时，!%&!0).*，!%&+!0).(*，活塞瞬时速度绝对值最大，即：#$12.$.)!$0/.!$0+/./3*/-$（()()）按绝对值计算，当偏心轮转动一周时，活塞行程为)4)$，所需时间是%.*0，所以，在一周内活塞的平均速度#$51为：#$51.
16、,$0%.$0*-由公式（()()）得$.+/#$120!那么#$51.+/#$120*-!./3+6#$12（()(+）活塞运动的加速度&7可由活塞运动速度的一阶导数求出：&7.)$89!（()(,）经过时间!后活塞的行程，可由活塞运动速度对时间的积分求出：.$（*(89!）（()(-）在跳汰机室内，水流运动的实际速度比活塞运动的速度小些，因为：*-第六篇跳汰选煤工艺流程（!）活塞与机壁之间有缝隙，有漏水现象，所以必须加上一个考虑漏水的系数!（!）；（#）跳汰室的面积一般均大于活塞室的面积，所以还必须乘上一个反映两室宽度比系数!$!#（见图%&#&!），因此，跳汰室内的水流速度 和水流加速度
17、#以及行程$（水波高度）分别为：(!%)*+&,!#（%&#&%）#(!#%-.)&,!#（%&#&/）$(!%（!&-.)&）,!#（%&#&0）根据公式（%&#&%）、（%&#&/）、（%&#&0），在直角坐标系中绘制活塞跳汰机内脉动水流的运动速度、加速度以及行程曲线（图%&#&#）。从图中看出活塞跳汰机内水流运动速度是一条正弦函数曲线，水流运动的加速度为余弦函数曲线。图%&#&#活塞跳汰机内水流的速度、加速度及行程变化曲线活塞跳汰机偏心轮转动一周，水流在跳汰室中上下脉动一次。跳汰机中介质上下脉动一次所经历的时间称为跳汰周期，以 表示。而分选介质每分钟的脉动次数(（(!$）称为跳汰频率。在
18、一个跳汰周期内，跳汰室内脉动水流的变化曲线叫跳汰周期特性曲线。二、颗粒在垂直交变水流中的受力分析及运动方程由上述分析可知，在跳汰选煤过程中，跳汰室内水流运动特性是垂直交变的，颗粒在垂直交变的非稳定流中运动，除了因有相对速度而受到水流的阻力外，还受到水流加速度给予的推力，此外，还要受到筛板和床层中其它颗粒的干扰等，因此受力情况比较复/!1第二章跳汰选煤原理杂。为便于与跳汰周期特性曲线对照分析，假定颗粒运动速度及加速度方向向上为正，向下为负，则某球形颗粒在跳汰机内非稳定流中受到的作用力如下：（一）球体在介质中的重力!#（!$）#%&（&$(）因为!)，重力加速度#方向向下取负值，所以!方向也向下与
19、#方向一致为负值。（二）介质对球体运动的阻力$*只有当球体颗粒与介质作相对运动时才产生阻力。球体在床层中运动，当床层松散时，其运动条件接近于干扰沉降。因此介质对球体运动的阻力为：$*+#*%,+#*（%-$&）（&$.!）式中%,%-$&球体对介质的相对运动速度；%-球体相对于地面的绝对运动速度；&床层间隙的水流速度，也是相对于地面的绝对运动速度。阻力$*的作用方向与球体对于介质的相对运动速度%,的方向相反。当球体的相对速度%,的方向向下时，阻力$*的方向向上；当相对速度%,的方向向上时，阻力$*的方向向下。（三）加速运动的介质流对球体的附加推力 根据流体力学原理，物体在加速运动的介质中所受的
20、推力，其数值等于与物体相同体积的介质质量乘以介质加速度。%(/!#(&%&（&$.）附加推力 0 与间隙水流加速度(/方向一致。（四）球体对介质的相对加速度产生的附加质量惯性阻力)这是因为颗粒与介质之间作相对运动，产生摩擦力，当颗粒作加速运动时，与颗粒表面接触的及其附近的部分介质也随颗粒运动，相应的这部分介质产生方向相反的作用力。此力作用于颗粒上使之受到一种额外的惯性阻力作用，这个附加质量惯性阻力为：)$*%(,$*!#(,%&（&$.）式中*为附加质量系数。它与颗粒的形状有关。根据流体力学，球形颗粒*!12，其它形状的颗粒，没有确定的数值。因此对非球形颗粒也近似地取*!12。附加质量系数*的
21、数值含义是：当球形颗粒在介质中作变速运动时，带着相当于它体积一半的介质3.2第六篇跳汰选煤工艺流程作变速运动。（五）颗粒运动受到的机械阻力机械阻力不仅取决于床层松散度，而且与颗粒本身的粒度和形状有关。跳汰床层处于悬浮松散状态时，机械阻力表现在局部颗粒的摩擦碰撞上及颗粒与器壁的摩擦上，消耗了运动颗粒的动能。当床层紧密时，通过颗粒间的直接传递，机械阻力来自床层的整体，机械阻力变得很大，以致阻碍了颗粒的运动，但在床层紧密过程中，首先失去活动性的是粗粒，细小颗粒还可以进行钻隙运动，这说明机械阻力对不同粒度的颗粒是不相同的。由于机械阻力比较复杂，尚不能用简单的数学式表达。分析颗粒运动的趋向时，只好暂不计
22、入。除机械阻力外，将其余各力合并，即可得到颗粒在跳汰过程中的运动方程式，颗粒在垂直方向运动的加速度!与质量的乘积等于诸作用力之和。!#$#%#&（%&()）分别把!及#、$、%、&各式代入公式（%&()）中并整理得到：!（&#）*+%$#（(,&)）*%*#-*&+#.*（%&(/）公式（%&(/）为球体在跳汰机中运动的微分方程式。若颗粒是非球体的，公式中的*应以*0代替。由公式（%&(/）可知：某一颗粒运动的加速度，除机械阻力外，基本上由四种加速度因素构成，它们对床层松散和按密度分层各起着不同的作用，现逐项分析如下：（(）等式右侧的第一项，是由重力而产生的加速度，（&#）*又称为初加速度。它
23、的方向永远向下，它的数值只与颗粒的密度有关，随颗粒密度的增大而增大，与颗粒的粒度和形状无关。它是颗粒按密度分层的基本作用因素。颗粒间的密度差越大，它们的初加速度差别也越大。该项还表明，适当地增加介质密度，将可增大不同密度颗粒间的初加速度之差，即说明若利用重介质跳汰可以获得更好的分选效果。（）等式右侧的第二项是由颗粒与介质作相对运动，水流的速度阻力因素引起的颗粒运动加速度。它的数值与颗粒的密度、粒度及形状都有关。因此，密度高的细颗粒和密度低的粗颗粒可能因阻力加速度相近而相互混杂。这种影响随颗粒与介质的相对速度(.的增大以及作用时间增长而增强，即颗粒的粒度因素对按密度分层的不利影响也越大。若降低阻
24、力加速度，可以减小颗粒粒度和形状差别对床层按密度分层的不利影响。在一个跳汰周期内，水流由上升到下降的过渡阶段，颗粒与介质相对运动速度较小，而且此时床层松散，有利于颗粒按密度分层。所以从减小粒度和形状对分层不利影响这个角度出发，生产中可适当延长这个阶段的作用。1(2第二章跳汰选煤原理（!）等式右侧的第三项是由介质加速度!引起的颗粒运动加速度!#。它只与颗粒的密度有关，是一项按密度分层的因素，在一个跳汰周期内加速上升或减速下降（即上升前期和下降后期）阶段，加速度!方向向上，对颗粒按密度分层有利。设密度分别为$和%的颗粒，当$&%时，则介质加速度引起的颗粒运动加速度!#$!#%，在加速上升时期，介质
25、加速度与速度方向都向上，因此，低密度颗粒比高密度颗粒上升得更快；而在减速下降时期，因介质加速度方向与速度方向相反，阻止颗粒下降，因此，低密度颗粒较高密度颗粒下沉速度将更快地减小。总之，是低密度物料处在跳汰床层的上层而高密度物料处在跳汰床层的下层。然而，在介质减速上升和加速下降（即上升后期和下降前期）阶段，加速度!向下，所以这时的附加推力加速度是破坏颗粒按密度分层的。概括起来说，为了突出附加推力加速度对分层的有利影响，希望在一个跳汰周期内应有较大的向上加速度和较小的向下加速度，并希望在一个跳汰周期内具有由上升水流缓慢地过渡到下降水流的特点。（(）等式右侧的第四项是附加质量惯性阻力所产生的颗粒运动
26、加速度。这个加速度也与颗粒的粒度无关，而只与其密度有关，它也和附加推力加速度!一样，在一个跳汰周期的上升前期或下降后期（水流加速度方向向上的时期）方向向上，促使低密度颗粒比高密度颗粒上升得更快或下降得更慢，有利于颗粒按密度分层。但是在上升水流后期或下降水流前期，它的方向向下，促使低密度颗粒比高密度颗粒上升得慢，或下降的更快的趋势，因而不利于按密度分层。因此，从突出附加质量惯性阻力对分层有利影响这一面来考虑，也希望在一个跳汰周期内从上升期到下降期有一个缓慢的过渡阶段。第二节跳汰床层的松散和分层过程跳汰机筛板承托的全部物料称之为跳汰床层。物料给到跳汰机的筛板上，形成一个跳汰床层，为了搞清跳汰机中水
27、流脉动特性对床层按密度分层的影响，必须首先研究跳汰周期各个阶段中介质和颗粒运动特性及其分层作用。一、跳汰周期各阶段中床层的分层规律在整个跳汰周期中，介质、颗粒及床层的运动状态如图)*%*!所示（以正弦跳汰周+%,第六篇跳汰选煤工艺流程期为例）。图!#$%表示介质和颗粒的运动速度及介质加速度随时间的变化状况；图!#$&表示在一个跳汰周期内介质和床层的行程与时间的关系以及床层的松散状况。图!#$正弦跳汰周期内床层的松散分层过程!、#水、低密度物和高密度物的运动速度；#、$、$#水、低密度物和高密度物的行程；%(水流运动的加速度按照介质运动的特性，将一个周期分成四个阶段，现分析如下：第一阶段：水流加
28、速上升期水流在开始上升前)*!+#周期内，水流运动的特性是：上升水流的速度和加速度的方向均向上，速度值由零增加到最大值，加速度值由最大值减小到零。在此阶段初期，床层是呈紧密状态，随着水流上升，最上层的细小颗粒开始浮动，当筛下水上升速度得到一定值时，即超过了所有颗粒的干扰沉降末速时，床层脱离筛面升起。进而床层渐趋松散，颗粒间便有了相互转离的可能性。在速度阻力&,、加速度附加推力 以及附加质量惯性力(（方向都向上）和颗粒在介质中的重力)（方向向下）的综合作用下，低密度的粗煤粒和高密度的细小颗粒较早地升起，而大部分高密度物则滞后上升。这种情况对于按密度分层是有利的。但上升初期总的看来床层比较紧密，限
29、制了颗粒的运动和分层。同时这阶段颗粒上升速度的增加也小于水速的增加，使颗粒与介质间的相对速度增加，速度阻力&,增大，以致颗粒的粒度和形状对按密度分层影响增大，而且这一期间延续越长，对按密度分层影响也越显著。为减小速度阻力&,的不利影响，突出加速度附加推力 和附加质量惯性力(对按密度分层的有利影响，希望上升前期时间短，并有较大的向上水流加速度。第二阶段：水流减速上升期偏心轮转角在!-#*!内，水流加速度值由零增到最大值，方向向下，水流速度值由#.第二章跳汰选煤原理最大值降到零，方向仍向上，即作减速上升运动。在这个阶段的初期，床层在速度阻力!（方向向上）的推动下继续上升，松散度逐渐达到最大。由于上
30、升水速的不断减小，颗粒在此期间上升速度也已开始逐渐减小，甚至部分高密度粗颗粒已停止上升，并开始下降。由于颗粒上升速度的减小比水流上升速度的减小要慢，颗粒和水流的运动速度逐渐接近，其相对速度逐渐减小，因此在某一瞬间，颗粒的上升速度与水流的上升速度相等，即相对速度#$（如图%&()的#点）。此后，相对速度 可能再次逐渐扩大但与第一阶段相比，此值较小。由于相对速度 小，此时的速度阻力!也减小，颗粒粒度和形状对按密度分层的影响也较小，颗粒可以充分地按密度分层。但是，这个时期的加速度附加推力$和附加质量惯性力%的方向都向下，促使低密度颗粒比高密度颗粒上升得更慢，因而影响按密度分层的效果。因此，在这个时期
31、内希望有较小的向下加速度，使上升水流缓慢地过渡到下降水流，延续的时间越长，对按密度分层越有利。对于旋转风阀和数控风阀可通过延长膨胀期来实现这一条件。第三阶段：水流加速下降期偏心轮转角在!*(!+内，水流速度方向向下，加速度方向也向下。这期间床层仍保持充分松散状态，由于水流的运动方向转而向下，且水速受强制推动，水流下降速度迅速增加，甚至超过了低密度物的下降速度，与高密度物间的相对速度 也逐渐减小（如图%&()），所以速度阻力!小，颗粒粒度和形状对按密度分层影响也很小。这一阶段仍是按密度分层的有利时机。这个阶段中，水流下降速度增加同样不宜过快，否则，相对速度增大，分层时间缩短；其次附加推力$和附加
32、质量惯性力%增大，且方向向下，也不利于床层按密度分层。在这一阶段，床层底部的高密度物已经开始落到筛面上，沉降速度迅速变为零，部分低密度颗粒由于惯性可能继续上升，但上升速度是很小的，随后转而向下沉降，整个床层也在下降中逐渐紧密起来，机械阻力开始增大，当粒度较大的颗粒失去活动性后，粒度较小的颗粒则在逐渐收缩的床层间隙中逐渐下降。第四阶段：水流减速下降期偏心轮在(!,*!内，这时水流速度方向向下，而加速度方向向上，即下降水流速度逐渐降低。这个时期的特点是：床层比较紧密，分层作用几乎停止，大颗粒和中等颗粒已基本停止运动，只有细小颗粒在下降水流的吸啜作用下，仍然可透过床层间隙向下移动，使得在上升期被冲到
33、床层上部的高密度细颗粒重新进入床层底部，甚至透过筛孔从跳汰机底部作为重产物排出，从而改善分选效果。但是如果这时下降水流的吸啜作用过强，作用时间过长，也可能把部分低密度的细颗粒吸入床层底部，甚至透筛排出，误排到重产-第六篇跳汰选煤工艺流程品中，从而减少轻产品回收，降低了分选效果和数量效率；再者，过强的吸啜作用致使床层紧密，会使下一阶段的松散分层变得困难，并缩短个跳汰周期内的有效分层时间，从而影响跳汰机的处理量。因此，吸啜作用必须控制适当。从上述对活塞跳汰机一个跳汰周期内床层松散和分层过程的分析可以看出，活塞跳汰机的水流运动特性很不理想。为了提高跳汰机分选效果，尤其是改善不分级和宽级别物料的分选情
34、况和提高跳汰机的处理量，对跳汰机周期各个阶段的的选择可得出以下结论：（!）在水流加速上升期床层举起的高度，决定床层的松散度。水流速度阻力和加速度附加推力是床层托起的重要条件。但因颗粒与水之间相对速度!较大，它对物料按密度分层不利。因此应尽可能缩短这个阶段的时间。并希望此时床层具有较小的松散度（特别是细粒级物料的分选）。所以对细粒级物料来说，可提高跳汰频率；对于粗粒级物料，必须采用短促而有力的上升水流来实现。（#）在水流减速上升期和加速下降期，床层最松散，为了提高处理量和分层效果，应延长这一时期的时间。在这期间，由于加速度附加推力 和附加质量惯性力#的作用，对按密度分层不利。因此，希望从上升期过
35、渡到下降期有一个暂息时间，使水流作缓慢的上升和缓慢的下降，从而使床层得以充分的松散和按密度分层。（$）在减速下降期大部分床层已经紧密，分层作用几乎完全停止，所以这段时间应尽量缩短。但是，由于这时还有吸啜分层作用存在，而它对于不分级物料的选别是有利的。因此可根据物料性质，尤其是根据高密度细颗粒含量的多少来控制吸啜作用的强度和时间的长短，一方面既要保证高密度细颗粒能够充分吸啜到底层透筛排出，另一方面又要防止低密度的细颗粒混入底层透筛。现代的跳汰机均用压缩空气通过风阀控制，驱动跳汰室内水流脉动。使用空气脉动跳汰机的优点是：能根据物料性质调整水流运动特性，使物料得到有效的分选。二、床层松散度的计算以及
36、松散机理和影响床层松散因素（一）床层松散度计算在实际生产过程中，正确掌握床层松散状况对分选效果甚为重要。其松散状况用松散度$来表示。床层松散度$是床层中悬浮体内固体颗粒所占的体积百分数。床层中不同高度的各个分层，由于它的密度和粒度组成各不同，所以在上升水流的作用下，其扩展高度也可能不同。图%&#&为床层松散度的测试图解。$#(第二章跳汰选煤原理图!#$床层松散度的测试图解根据第三章所介绍的松散度!%（&）%&的定义式，整个床层或其中某一分层所能达到的松散度，可用下式计算：!%&（&!(）)&*（#上#下）)$(（!#&+）式中!(床层紧密时松散度以小数表示；$(床层或其中某一分层的厚度，,-；
37、#上、#下 该床层的上边界和下边界上升的高度，,-。对于整个床层来讲，若达到最大松散度时上边界升起了#上，而下边界（重矸石层）却没有离开筛面（即#下%(），这时床层的最大松散度!-./为!-./%&（&!(）)（&*#上)$(）（!#&!）分选介质在跳汰室内脉动一次的最高和最低位置之差称之为波高，亦称跳汰振幅。因为床层颗粒的上升位置总是落后于上升水流的。所以水流波高%总是大于或等于床层上边界上升的高度#上，因而总是：!-./%&（&!(）)（&*#上)$(）!&（&!(）)（&*%)$(）（!#&0）即%（!-./!(）$()（&!-./）（!#&1）根据测得的!(、#上和#下，我们就可以近似
38、得算出床层或其某一分层的最大松散度。例!#&测得某选煤厂 234&$型跳汰机床层紧密时的厚度$(%$+,-，此时容积浓度&(%(5!，在上升后期达到最大松散时，其上边界升高+,-，求该床层达到的最大松散度。解：已知#上%+,-#下%($(%$+,-&(%(5!将各值分别代入（!#&+）式得：!(%&(%(5$#+第六篇跳汰选煤工艺流程!#$%&(即该床层在上升水流末期达到的最大松散度为%&(。当已知床层高度%时，也可以计算出达到!#时，所需的最低限度的水流波高度。例()*)*已知床层紧密时的高度%$+%,!，紧密时床层的松散度!%$%&+，若要求床层最大松散度为!#$%&+*时，试问水流的最小
39、波高为多少？解：将已知数值代入公式（()*)-.）得：#!/0$（!#)!%）%1（-)!#）$2&*3,!即水流最低波高不低于 2&*3,!。（二）跳汰床层的松散机理目前关于跳汰床层的松散机理的解释有两种假说：第一种假说认为，床层松散机理是由于上升水流运动速度和加速度造成的。具有一定速度的水流，尤其是较大的水流加速度作用于床层，使床层托起；在床层上升过程中，由于颗粒的密度和粒度不同，上升的速度也不同：密度高和粒度大的物料上升的速度慢，而密度低和粒度小的物料上升的速度快，于是使床层呈松散状态。这种假说与我们上述关于颗粒在垂直交变水流中的受力分析是一致的。第二种假说认为，床层的松散是由于上升水流
40、在穿透床层时，产生的涡流转变为压力使床层从中间开始同时向上下两个方向扩展松散的结果。对跳汰过程松散状况进行检测时，可以看到床层的松散过程基本上与上升水流同时开始，有时提前发生在下降水流末期，即床层颗粒能逆着微弱的下降流而向上松散。这种现象，第二种假说就不能很好的予以解释，而用第一种假说解释可能是由于下降后期水流具有较大的向上加速度作用的结果，这也说明了水流加速度对床层松散的显著作用。床层的松散过程，可能是这两种情况同时存在，是两方面作用力综合作用的结果。（三）影响床层松散度的因素在一个跳汰周期内，床层松散度的变化不仅与跳汰机的风水制度和风阀周期有关，而且与使用的跳汰频率、振幅、床层厚度、物料的
41、粒度组成和密度组成等都有很大的关系。-&风水制度和风阀周期的影响增大风量和筛下补给水用量（顶水）都能提高床层松散度，但改变风阀周期和改变风量大小对床层松散的影响不同：增大风量一般可使床层松散度增大，但维持床层松散状态的时间并无明显增加；相反，延长风阀的膨胀期，一般不能改变床层松散度，但却能显著地延长床层处于松散状态的时间；延长进气期，一般也能使床层松散度增加，但当进气+*+第二章跳汰选煤原理期的时间超过排气期时，松散度反而可能下降，这可能与风阀的进、排气孔面积的比例有关。!跳汰频率的影响在其它条件不变的情况下，跳汰频率增高，床层松散度显著减小。表#$!$%为筛下空气室跳汰机跳汰频率与松散度关系
42、的实测结果。表#$!$%筛下空气室跳汰机跳汰频率与松散度关系跳汰频率&（次()$%）*+,-,#!.-中间床层的最大松散度!/0-,1-,!-1+-1#-1,下部床层的最大松散度!/0-,#-,1-1#-,%-1.*床层厚度及物料性质的影响要维持跳汰过程的正常分选，床层必须具有合适的厚度。床层过薄，松散度过大，会破坏正常分层；床层过厚或矸石层厚度增加时，松散度会减小，同样影响分选效果。床层的合适厚度与物料的性质有关：原料煤中细粒多且细矸含量大时，为使细矸在吸啜过程中能透筛排出，从而保证精煤质量，一般床层宜薄；对于粗粒级多，矸石含量少时，床层可适当厚些。假定床层厚度不变，随着床层粒度组成变细，通
43、常松散度也增加，但达到一定比例时，可能造成床层整起整落的情况，松散度反而下降。对于每种情况，要看各种条件的综合情况而定，对不分级原煤，松散度大约在-1 2-,之间；对分级原煤则在-,2-,之间。具体到某种原煤、某台跳汰机，则应通过试验确定其合适的松散度，使之达到最优的分选效果。另外，床层距离筛板不同高度的各分层，其松散度也不同。在正常情况下，分级物料常常是下层比上层的松散度大些，而不分级或宽分级物料则往往是中间层最紧密，上下层的松散度都较大。提出这种看法的理由是：其一，在用示综原子研究矸石块在床层中下沉速度时发现，穿过中间层时速度最慢，认为可能是由于中间层的松散度和穿透性都较小；其二，从理论上
44、推理，分层后的床层下层粗粒多，上层细粒多，而中间层粗、细掺合，因而堆砌较为紧密，空隙最少；其三，将床层采样也证明中间层的容积浓度最大。第三节跳汰分层理论的研究随着跳汰选煤的发展，人们早就开始了对跳汰选煤原理的探讨。从%+#.年奥地利#!,第六篇跳汰选煤工艺流程人雷庭智提出的自由沉降末速假说到!#年原苏联维诺格拉夫维尔霍夫斯提出近年来广泛承认的概率 统计模型，历时近百年，对跳汰理论的研究可归纳为两大类。第一类：速度理论速度理论有四种假说，即自由沉降分层假说、干扰沉降分层假说、吸啜分层假说和初速度分层假说。以上四种假说都是以研究单个颗粒在跳汰机中的运动规律来分析整个跳汰过程，认为床层中不同粒度和密
45、度的颗粒在脉动水流作用下，颗粒运动速度和加速度的区别，是床层颗粒按密度分层的原因。诚然，颗粒的分层都是每个颗粒运动的结果。但是，颗粒是在床层中进行分层的，不应该忽视床层全部性质对分层的影响。再者，自由沉降和干扰沉降分层假说把实际情况过分简单化，对实际意义不大。第二类：粒群 统计理论粒群 统计理论是研究粒群的运动及其受外力作用的关系。在跳汰机中，松散床层内的颗粒在不停的运动。每组有确定性质的颗粒都进入到各自的平衡层中去，在运动过程中不同去向的颗粒产生很多碰撞并交换动能。由于颗粒之间的碰撞和摩擦是随机的，所以无法预计它们的动能变化。因此，许多研究者都指出粒度和密度不同的颗粒在非稳定流中的运动规律，
46、只有用统计力学的方法才能描述。以粒群 统计观点为基础，已提出了三种跳汰理论模型。即跳汰悬浮理论模型、跳汰能量理论模型和概率 统计理论模型。上述各种跳汰理论模型从不同方面揭示了跳汰机中物料分层的情况，但是都没给出计算工艺结果，特别是预算结果的数学工具及确切的函数关系。今后，对跳汰理论和试验的研究，应当集中找出一条能把各种理论统一起来的途径，最终能比较客观的解决跳汰机的结构设计和正确的选择主要工艺参数以及水动力学参数的问题。$%#第二章跳汰选煤原理第三章跳 汰 机煤用跳汰机的种类很多。目前，国内外广泛采用的是空气脉动跳汰机，其结构可分为两类：筛侧空气室跳汰机和筛下空气室跳汰机。前者也叫鲍姆跳汰机，
47、后者也叫高桑跳汰机。这两类跳汰机还可根据其用途、入选粒度和机械结构进行分类，如表!#$所列。表!#$空气室跳汰机的类型总类分类名称特点筛侧空气室跳汰机按入选煤的粒度分类块煤跳汰机末煤跳汰机不分级煤用跳汰机煤泥跳汰机入选煤的粒度大于$%&$#入选煤的粒度小于$%&$#洗选%&(%（或%&$%）不分级原煤入选煤的粒度小于%)(&#筛下空气室跳汰机按洗箱的段数分类单段跳汰机两段跳汰机三段跳汰机选出两种产品：精煤和矸石选出三种产品：精煤、中煤和矸石选出三种（或四种）产品：精煤、中煤、矸石和黄铁矿按工序中所占的地位分类主选跳汰机再选跳汰机入选物料为原煤入选物料为主选机的中间产品按跳汰室的数量分类单槽跳汰
48、机双槽跳汰机跳汰机有一个跳汰室跳汰机有两个跳汰室按矸石的运动方向分类正排矸跳汰机倒排矸跳汰机矸石与水流运动方向相同矸石与水流动方向相反*+(第六篇跳汰选煤工艺流程第一节筛侧空气室跳汰机一、基本构造图!#$为筛侧空气室跳汰机的基本构造。机体的作用是容纳洗水和分选物料，构成分选空间，支承跳汰机的部件和附属装置。机体上部为长方形，下部为半圆形、角锥形或过渡形。图!#$筛侧空气室跳汰机$机体；%风阀；#筛板；&排料装置；补充水管机体内用纵隔板分为空气室和跳汰室。跳汰室内装有筛板及控制排料的闸门。空气室上部装有风阀，中部装有补充水管。机体沿纵向用横隔板分为矸石段和中煤段。每段又分为二个或三个格室及排料筒
49、。每个格室有单独的风阀和补充水管，可单独调节风量和水量。一般在每段末端设重产物排料筒及排料装置，采用倒排矸时，第一段起始端设排料筒。为防止格室之间及格室与排料筒之间水流相互窜扰，隔板几乎伸到机体底部。跳汰室的宽度决定着跳汰机的允许给煤量，从而影响跳汰机的处理能力。由于受到水流运动均匀性的限制，目前跳汰室的宽度最大只达到%()#*，因而筛侧空气室跳汰机难以大型化。跳汰机每段的长度决定物料在跳汰机中分层的时间，长度过大，重产物向排料口移动困难，所以跳汰机各室的长度一般为$(+)$(%*。风阀周期性给入和排出压缩空气，推动跳汰室形成脉动水流。顶水从空气室下部的,%第三章跳汰机补充水管给入，以改变跳汰
50、机的跳汰周期特性，并在跳汰室形成水平水流，运输物料。物料在机头被冲水润湿后给入跳汰机。经过分层，矸石和中煤分别经矸石段和中煤段的排料闸门排到机体下部，与透筛排出的细粒矸石和中煤会合，由脱水斗式提升机运出；精煤经溢流堰随水流出。二、国产筛侧空气室跳汰机国产筛测空气室跳汰机主要有!、#!和#$三种系列，如表%&(所列。!)为块煤跳汰机，!*和#!系列都是末煤跳汰机，#$系列为不分级跳汰机。此外，还有适合于中小型选煤厂用的+系列和台吉式系列，以及引进技术制造的#$,系列。表%&(筛侧空气室跳汰机技术特性项目跳汰机型号!-)!./)!./*!.%*#!*(0%#!.1#$.1入粒粒度（22）.3.(1