FPEM综合一体高效节能煤浆预处理器的设计申报书.doc

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1、附件1序号： 编码： 第六届“挑战杯”安徽理工大学大学生课外学术科技作品竞赛作 品 申 报 书作品名称： FPEM综合一体高效节能煤浆预处理器的设计 学院名称： 材料科学与工程学院 申报者姓名（集体名称）： 青木创业团队 类别：自然科学类学术论文 哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 科技发明制作A类 科技发明制作B类 A2.申报者情况（集体项目）申报者代表情况姓名杨廷性别男出生年月1993.10.9学院材料科学与工程学院专业、年级矿物加工工程12-3学历本科学制4年入学时间2012.9作品名称FPEM综合一体高效节能煤浆预处理器的设计通讯地址安徽理工大学校高层公寓2号楼邮政编码232001办

2、公电话15375549602常住地通讯地址安徽理工大学校高层公寓2号楼邮政编码232001住宅电话15375549602其他作者情况姓 名性别年龄学历所在单位杨廷男22本科材料学院矿物加工工程刘宇强男22本科材料学院矿物加工工程尚剑男22本科材料学院矿物加工工程纵浩男20本科材料科学矿物加工工程陈雷男22本科材料学院矿物加工工程肖亚宁女20本科材料学院矿物加工工程吴文文女21本科经济管理学院电子商务资格认定学校学籍管理部门意见以上作者是否为2015年7月1日前正式注册在校的全日制非成人教育、非在职的高等学校中国籍专科生、本科生、硕士研究生或博士研究生。是 否 （部门签章）年 月 日学院负责人或

3、导师意见本作品是否为课外学术科技或社会实践活动成果是 否负责人签名：年 月 日B3申报作品情况（科技发明制作）作品全称新型立式螺旋筛网脱水机作品分类（A）A机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控 制、工程、交通、建筑等） B信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等） C数理（包括数学、物理、地球与空间科学等） D生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健 康、卫生、食品等） E能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化 工、生态、环保等）作品设计、发明的目的和基本思路，创新点，技术关键和主要技术指标1.1产品背景我国是能源消费大国，而煤炭在一次能源使用中长期占有绝对比重，所以每年需要洗选的煤炭总

4、量很大，在煤炭浮选工艺中，通常人们会习惯性地将煤浆预处理器划入浮选用辅助设施之列。其实，煤浆预处理是浮游选煤工艺中必不可少的环节，是浮选机获得良好的技术经济指标的先决条件。而目前我国选煤厂使用的煤浆预处理器中，XY系列矿浆预处理器存在着煤浆与药剂混合不均匀等问题。XK系列矿浆准备器雾化设备控制不好会使浮选剂用量增加，所以工作参数不好控制，且操作环境不够人性化。近年来推出的PS型煤浆预处理器混合装置混合时间太短不能有效地提高煤粒的疏水性，降低了粗煤粒的可选性。因而如何在预处理环节使细粒煤获得更好的混合指标，同时又避免高灰分的细颗粒对精煤的影响成为行业急待解决的问题。为此公司联合安徽理工大学开发研

5、制了性能高效的FPEM乳化 -分级-跌落式煤浆预处理器。1.2研制的意义随着采煤机械化程度的提高，细粒煤占选煤厂入选原煤的比例越来越大，处理好这部分煤泥可以节能减排。浮游选煤是分选细粒煤最有效、最成熟的方法，是炼焦煤选煤厂工艺流程中必不可少的作业。煤泥在进入浮选机分选之前必须进行预处理，其目的主要有以下四点：将入浮煤浆稀释到合理的浓度范围。尤其是当浮选入料灰分高、细泥含量多时，必须补加稀释水将入浮煤浆调整到合理的浓度范围（一般为80g/L左右），以提高浮选的分选选择性，保证精煤质量；将浮选剂充分分散。非极性的油类捕收剂是不溶于水的，杂极性的起泡剂在水中的溶解度也很低，所以二者在水中的分散性很差

6、。浮选剂在外力作用下分散，产生的油滴直径越小，则其数目就越多，比表面积也就越大，分散性就越好，在煤浆中的分散也就越均匀；将充分分散的浮选剂良好地混合在入浮煤浆中。按入浮煤浆浓度80g/L、浮选剂单位用量1.25kg/t、浮选剂密度0.85kg/L计算，则每立方米煤浆中需要混合的浮选剂体积约为0.12L，两者的体积比例为83331，体积比例悬殊，只有充分混合，才能使浮选剂均匀地分散在煤浆中；煤粒与非极性油类捕收剂需要一定的作用时间。只有实现以上几点，才能充分发挥浮选剂的作用，从而降低浮选剂用量。选煤厂所使用的浮选剂，尤其是捕收剂，绝大部分是石油类产品，而我国是石油资源短缺国家，因此，在保证浮选工

7、艺指标的前提下节省浮选剂用量，是全国各炼焦煤选煤厂节能降耗任务中一项重要内容。由此可见，高效地实现煤浆预处理，对节能减排、建设资源节约型社会，具有重大的现实意义。2.1设计思路入浮煤泥浓度一般多为10%左右，太高或太低均不利于煤泥分选。在不同浓度情况下加入浮选药剂，稀释后到一定浓度，药剂的有效作用率也有明显差异。以下为实验室旁证资料：表1 实验室旁证资料加药方式入料灰分，%精煤灰分，%产率，%浮选完善指标，%200g/L加药后稀释至80g/L21.1416.1389.1426.78150g/L加药后稀释至80g/L21.2316.0388.4727.52100g/L加药后稀释至80g/L21.

8、1715.5185.6529.0680g/L20.9714.8683.2430.67由表1可知，浓度为80g/L直接加药与分别由200g/L、150 g/L、100 g/L加药后稀释至80g/L，进行浮选试验进行对比，精煤灰分分别降低1.27%、1.17%、0.65%。浮选完善指标分别提高3.89%、3.51%、1.61%。通过以上试验分析可以得到以下结论：入浮煤浆在高浓度下与药剂接触，由于高灰细泥的作用，降低了药剂的有效作用率，致使分选选择性变差。此课题的任务，应该在煤浆预处理环节加以解决，从而为浮选创造良好的工艺条件。为了克服浮选入料调浆工艺流程能耗大、工艺复杂、药剂使用量大等缺点，结合现

9、有调浆设备的优点，设计一种集煤浆稀释、浮选剂乳化、浮选剂乳浊液与煤浆混合于一体的高效节能煤浆预处理器FPEM煤浆预处理器。FPEM煤浆预处理器型号含义如下：2.2结构介绍FPEM综合一体高效节能煤浆预处理器（见图1）是由喷射室、多喷嘴煤浆射流器、稀释水喷嘴、混合室、喉管、混合单元、进气管（浮选剂管）、扩散管等组成。煤浆沿喷射室内壁切线方向给入，经多喷嘴将流体的压能转化成动能，喷出高速射流；稀释水由喷射室中央的入料管给入，从稀释水喷嘴高速射出，与煤浆流在混合室相遇并混合，达到稀释煤浆的目的；在射流质点的横向脉动和扩散作用下，混合室中的空气首先被带走，使室内形成负压，被输送的空气和浮选剂在大气压力

10、作用下经吸气管进入，在高速射流的冲击和切割作用下将浮选剂分散成微小的油滴（乳浊液呈白色），稀释后的煤浆、气泡和浮选药剂，再经喉管中部的混合单元充分混合，从而实现煤浆的稀释、浮选剂乳化、气泡的溶解和浮选剂乳浊液与煤浆混合，最后完成调浆作用。1-喷射室 2-喷嘴 3-煤浆入料管 4-吸气管（药剂管） 5-混合室 6-喉管 7-混合单元 8-分散管 图1 FPEM综合一体高效节能煤浆预处理器示意图2.2.1主要部件的特点及功能(1)喷嘴（见图2）：本设计采用多喷嘴，中间喷嘴为稀释水喷嘴，两侧喷嘴为煤浆喷嘴。喷嘴设计成圆锥形（图3），以便工作液体形成高速的射流。喷嘴的出口有一段长度为（0.250.5）

11、Dn（Dn为喷嘴出口直径）的圆柱形直管段（图4）。 图2喷嘴布置示意图 图3喷嘴实物图 图4 圆锥形喷嘴示意图有压液体通过多喷嘴射出多股流体，在喷嘴处由于射流边界层的紊流扩散作用，与周围被吸流体发生动量交换，工作流体与引射流体相接触的表面积比相应的单喷嘴大。喷嘴直径Dn可以采用下式计算：n-喷嘴个数；-喷嘴的速度修正系数；-液体的密度，（kg/m3）；Q-液体流量，m3（2）吸气管（图5）：吸气管采用对称布置。当喷嘴数多时，喷嘴中射出的各股流体，距喉管周边的距离就小，射流容易附壁流动，造成摩擦损失，为了克服此问题，在产品中吸气管采用对称布置的方式，射流受到的气压作用趋于一致，有利于稳定流体运动

12、。（3）喉管入口（图6）：为了提高液体的速度，采用收缩圆锥形。 图5 吸气管 图6 喉管入 图7 喉管 图8混合单元（4）喉管（图7）：喉管是工作流体与引射流体进行能量交换的地方，喉管的长短决定两种液体能否混合均匀。喉管的长度过短，液体不能均匀混合，导致喉管出口处流速分布不均匀，扩散损失加大；喉管的长度过长，则增加摩擦损失，同时加大射流装置的外形尺寸。喉管末端的扩散管的作用是升高混合流的压力，把混合流的动能转换成压能。（5）混合单元（图8）：混合单元由一定数量的固定叶片按规定角度交叉组成。入浮煤浆和已添加到煤浆中的浮选剂乳浊液通过混合单元时，被多次分割和改向并形成涡流，达到均匀混合目的。(6)

13、喉嘴距：喷嘴出口到喉管入口的距离，它对射流装置的性能影响很大。对于面积比相同的射流装置，喉嘴距太小，射流装置容易出现汽蚀，而当汽蚀发生时，射流装置中的气泡移动及凝结过程需要消耗大量能量，从而引起射流装置的效率急剧降低；随着喉嘴距的增大，其流核区在喉管内区域逐渐减小，工作流体与引射流体的混合区域增大，使得喉管内压力快速恢复；另一方面，增大喉嘴距，使喷嘴与喉管间的环形区域面积增大，等量流体通过时，其流速将减小，与之对应的压力将逐渐升高，因此随着喉嘴距的增大，射流装置的汽蚀现象不易发生。考虑本产品的作用，该设备采用较大的喉嘴距。2.3结构优点FPEM综合一体高效节能煤浆预处理器的结构具有以下特点和优

14、点：结构简单，体积适中。FPEM综合一体高效节能煤浆预处理器是由喷射室、多喷嘴煤浆射流器、稀释水喷嘴、混合室、喉管、混合单元、进气管（浮选剂管）、扩散管等组成。与现有的浮选入料调浆设备相比，本产品无复杂的机械运转系统和部件，且体积相对适中。无动力搅拌机构，降低了机械部件的磨损，增加了使用寿命。本产品与现有调浆装置相比，是通过多喷嘴、喉管等主要部件来实现煤浆的混合和能量的转换。原料和浮选药剂分别从不同的入口给入，实现了煤浆在先稀释的条件下与浮选药剂混合。在扩散管中部设有混合单元，起到了煤浆在进入浮选机之前进一步与分散的药剂均匀混合的作用，为生产合格的浮选精煤创造了条件。作品的科学性先进性（必须说

15、明与现有技术相比、该作品是否具有突出的实质性技术特点和显著进步。请提供技术性分析说明和参考文献资料）3.1FPEM的创新性 集煤浆的稀释、浮选药剂的乳化、浮选剂乳浊液与煤浆混合于一体，简化了浮选调浆工艺流程，改变了传统的选煤工艺为了实现浮选入料低浓度矿化，需要在不同设备中分别实现稀释、浮选剂乳化的状况，减少了设备使用台数，降低了能量的消耗，节省了选煤厂有限空间。 在煤浆和稀释水喷射到混合室时，就实现了煤浆的稀释，改变了传统调浆工艺中浮选入料高浓度加药后再加清水稀释，从而导致降低分选选择性、浮选药剂使用量大的状况。 利用多股射流高速冲击和切割作用，将浮选剂充分的切割分散成微小的油滴，再逐渐扩张的

16、喉管中把混合流的动能变成压能，流体由扩散管流出，压力降低，溶解的气体以微小的气泡的形式析出，有利于实现微泡浮选，提高精煤产率。3.2FPEM经济效益 采用FPEM综合一体高效节能煤浆预处理后，预计可实现： 吨煤泥消耗浮选剂量减少10% 在精煤灰分相同的条件下，精煤产率提高1% 在精煤产率不变的情况下，精煤灰分下降0.5% 结构简单，体积适中。无动力搅拌机构，降低机械部件的磨损。 减少设备使用台数，实现一机多能，基建成本降低30%。以一座年入选3.0Mt原料煤的大型炼焦煤选煤厂为例，采用本设备后，其经济效益为： a.入选煤泥占原料煤20%，全年浮选机分选的煤泥为0.6Mt,浮选剂按6000元计，

17、则年节约浮选剂费用为46.8万元。 b.设该厂的煤泥为中等可浮性，浮选精煤产率为70%，则全年浮选精煤产量为0.42Mt，若浮选精煤产率增加1个百分点，则为4200吨，按精煤和中煤差价550元/吨计算，一年可增加销售收入231万元。 c.若上述的选煤厂在保持原有的精煤产率的条件下，降低浮选精煤灰分0.5%，精煤质量上升一个等级，则单价上涨20元/吨，一年可增加销售收入840万元。 由以上案例测算可知，本设备能取得显著的经济效益和社会效益，符合我国的节能、减排基本国策。作品在何时、何地、何种机构举行的评审、鉴定、评比、展示等活动中获奖及鉴定结果作品所处阶 段（B）A实验室阶段 B中试阶段 C生产

18、阶段 D （自填）技术转让方式作品可展示的形 式 实物、产品 模型 图纸 磁盘 现场演示 图片 录像 样品使用说明及该作品的技术特点和优势，提供该作品的适应范围及推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测1.产品适用范围 随着采煤机械化程度的提高，细粒煤占选煤厂入选原煤的比例越来越大，处理好这部分煤泥可以节能减排。浮游选煤是分选细粒煤最有效、最成熟的方法，是炼焦煤选煤厂工艺流程不可少的作业。细煤粒高效调浆方式和机理研究，一直是我国浮选煤方面的热门课题。综合一体高效节能煤浆预处理器从工艺和分选原理上充分考虑，利用流体力学、动力学、射流装置相关知识，解决了现有煤浆调节环节的问题，在我国炼焦煤选煤

19、厂具有广阔的应用空间。选煤厂使用的浮选剂绝大部分是石油产品，而我国是石油资源短缺的国家，我国选煤厂每年需浮选剂约15万吨，若节油率为20%则可少用3万吨石油产品，价值2亿多元。因此DPEM综合一体高效节能煤浆预处理器研究和推广应用，符合建设资源节约型社会的基本国策。全国正在使用煤用浮选机有千余台，所以理论推广应用前景是千余台FPEM综合一体高效节能煤浆预处理器。2.产品主要的优势 采用FPEM综合一体高效节能煤浆预处理后，预计可实现： 吨煤泥消耗浮选剂量减少10% 在精煤灰分相同的条件下，精煤产率提高1% 在精煤产率不变的情况下，精煤灰分下降0.5% 结构简单，体积适中。无动力搅拌机构，降低机

20、械部件的磨损。 减少设备使用台数，实现一机多能，基建成本降低30%。专利申报情况提出专利申报 申报号 申报日期 年 月 日已获专利权批准 批准号 ZL201320249598.9 批准日期 2013 年 10 月 16 日 未提出专利申请科研管理部门签 章 年 月 日C.当前国内外同类课题研究水平概述目前我国选煤厂使用的煤浆预处理器中，XY系列矿浆预处理器存在着煤浆与药剂混合不均匀等问题。XK系列矿浆准备器雾化设备控制不好会使浮选剂用量增加，所以工作参数不好控制，且操作环境不够人性化。近年来推出的PS型煤浆预处理器混合装置混合时间太短不能有效地提高煤粒的疏水性，降低了粗煤粒的可选性。随着采煤机

21、械化程度的提高，细粒煤占选煤厂入选原煤的比例越来越大，处理好这部分煤泥可以节能减排。浮游选煤是分选细粒煤最有效、最成熟的方法，是炼焦煤选煤厂工艺流程中必不可少的作业。煤泥在进入浮选机分选之前必须进行预处理，其目的主要有以下四点：将入浮煤浆稀释到合理的浓度范围。尤其是当浮选入料灰分高、细泥含量多时，必须补加稀释水将入浮煤浆调整到合理的浓度范围（一般为80g/L左右），以提高浮选的分选选择性，保证精煤质量；将浮选剂充分分散。非极性的油类捕收剂是不溶于水的，杂极性的起泡剂在水中的溶解度也很低，所以二者在水中的分散性很差。浮选剂在外力作用下分散，产生的油滴直径越小，则其数目就越多，比表面积也就越大，分

22、散性就越好，在煤浆中的分散也就越均匀；将充分分散的浮选剂良好地混合在入浮煤浆中。按入浮煤浆浓度80g/L、浮选剂单位用量1.25kg/t、浮选剂密度0.85kg/L计算，则每立方米煤浆中需要混合的浮选剂体积约为0.12L，两者的体积比例为83331，体积比例悬殊，只有充分混合，才能使浮选剂均匀地分散在煤浆中；煤粒与非极性油类捕收剂需要一定的作用时间。只有实现以上几点，才能充分发挥浮选剂的作用，从而降低浮选剂用量。选煤厂所使用的浮选剂，尤其是捕收剂，绝大部分是石油类产品，而我国是石油资源短缺国家，因此，在保证浮选工艺指标的前提下节省浮选剂用量，是全国各炼焦煤选煤厂节能降耗任务中一项重要内容。由此

23、可见，高效地实现煤浆预处理，对节能减排、建设资源节约型社会，具有重大的现实意义。因而如何在预处理环节使细粒煤获得更好的混合指标，同时又避免高灰分的细颗粒对精煤的影响成为行业急待解决的问题。为此公司联合安徽理工大学开发研制了性能高效的FPEM乳化 -分级-跌落式煤浆预处理器。D.推荐者情况及对作品的说明说明：1由推荐者本人填写；2推荐者必须具有高级专业技术职称，并是与申报作品 相同或相关领域的专家学者或专业技术人员（教研组集体推荐亦可）； 3推荐者填写此部分，即视为同意推荐； 4推荐者所在单位签章仅被视为对推荐者身份的确认。推荐者情况姓 名周伟性别男年龄40职称 老师工作单位安徽理工大学通讯地址邮政编码232001单位电话住宅电话推荐者所在单位签章 （签章） 年 月 日请对申报者申报情况的真实性作出阐述请对作品的意义、技术水平、适用范围及推广前景作出您的评价其他说明学院组织协调机构确认并盖章 年 月 日 学院评审委员会初评意见评委签名： 年 月 日校团委确认盖章 （盖章） 年 月 日E校组织委员会资格和形式审查意见组委会资格审查意见 审查人（签名） 年 月 日组委会形式审查意见 审查人（签名） 年 月 日组委会审查结果合格 不合格 负责人（签名） 年 月 日F1全校评审委员会意见粘贴处