浓相脉动流化床流化与分选机理研究

发布时间：2017-12-22 12:25

  本文关键词：浓相脉动流化床流化与分选机理研究　出处：《中国矿业大学》2015年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：煤炭是我国的主要基础能源,实现煤炭的清洁开发利用与近零排放是未来我国能源与煤炭发展的唯一道路。目前,湿法选煤技术在我国选煤领域占据主导地位,但近年来,随着水资源短缺与环境污染问题的日益严峻,湿法选煤技术的应用受到限制。因此,迫切需要发展高效的干法选煤技术。随着模块式干法重介质流化床选煤技术的工业应用,+6 mm的块煤已经实现高效的干法分选,而对于含量日益增多的细粒煤,尚缺少成熟的高效干法分选技术。本文首次将脉动气流的强制振动能量引入到分选流化床中,形成浓相脉动流化床,通过外加能量,改善分选流化床的流态化质量,增强床层密度的均匀稳定性,强化细粒煤的分选过程,从而实现细粒煤的有效分选。对浓相脉动流化床进行平稳性检验和各态历经检验,确定浓相脉动流化床是一个平稳随机过程。基于平稳随机过程的测试与分析方法,对浓相脉动流化床的床层密度进行了测量,并重构出其密度分布云图。随着气流脉动频率的增大,流化床上层、中层和下层的密度变化存在显著差异,根据床层密度与脉动气流频率的响应特性,将频率分为低频、中频和高频三个区域,在中频区内,床层密度自上而下逐渐增大,密度在流化床横截面内的分布均匀,且随时间变化的波动小,适合细粒煤的分选。压力信号能够反映出气固流化床的气泡行为与流体力学特性等,在分选流化床中,由于脉动气流的作用,产生了附加气体运动,保证了流化床在一个脉动周期内的稳定性;通过对压力信号进行频域分析,得到分选流化床的能量耗散率随着床层高度的增加而增大;通过相干性分析分离出不同类型的压力信号,间接反应出床层中不同类型的气泡行为。基于对压力特性的分析与研究,提出了气泡与加重质颗粒的振动作用体系,将床层中的气泡等效为具有一定刚度的弹簧,建立了流化床床层振动过程动力学方程。采用计算颗粒流体力学的方法,对分选流化床的脉动流态化过程进行了仿真实验研究,气泡的运动和爆裂行为会对加重质颗粒运动产生严重的影响。在分选流化床中引入脉动气流后,床层中气泡运动减弱,气流和颗粒相的水平运动速度显著减小,加重质颗粒在竖直方向和水平方向上的运动均从杂乱状态转变为有序状态,加重质环流和颗粒返混现象得到明显改善。基于基础理论研究和试验研究,在浓相脉动流化床实验室系统中进行了-6+1mm细粒煤的分选试验研究,提出了灰分离析标准差评价气流速度与脉动气流频率对细粒煤按密度分层的作用效果。分选结果显示,对-6+3 mm和-3+1 mm细粒煤的分选可能偏差E值分别为0.19 g/cm3和0.10 g/cm3,对-6+1 mm高变质程度的无烟煤分选可能偏差E值可达到0.09 g/cm3。通过脉动流化床的分选,原煤中的黄铁矿等无机硫元素在矸石中富集,精煤产品的硫分显著降低。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD94
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本文编号：1319515