濃相脈動(dòng)流化床流化與分選機(jī)理研究.pdf

1、煤炭是我國的主要基礎(chǔ)能源，實(shí)現(xiàn)煤炭的清潔開發(fā)利用與近零排放是未來我國能源與煤炭發(fā)展的唯一道路。目前，濕法選煤技術(shù)在我國選煤領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，但近年來，隨著水資源短缺與環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)峻，濕法選煤技術(shù)的應(yīng)用受到限制。因此，迫切需要發(fā)展高效的干法選煤技術(shù)。隨著模塊式干法重介質(zhì)流化床選煤技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用，+6 mm的塊煤已經(jīng)實(shí)現(xiàn)高效的干法分選，而對(duì)于含量日益增多的細(xì)粒煤，尚缺少成熟的高效干法分選技術(shù)。本文首次將脈動(dòng)氣流的強(qiáng)制振動(dòng)能量引入到分

2、選流化床中，形成濃相脈動(dòng)流化床，通過外加能量，改善分選流化床的流態(tài)化質(zhì)量，增強(qiáng)床層密度的均勻穩(wěn)定性，強(qiáng)化細(xì)粒煤的分選過程，從而實(shí)現(xiàn)細(xì)粒煤的有效分選。
　　對(duì)濃相脈動(dòng)流化床進(jìn)行平穩(wěn)性檢驗(yàn)和各態(tài)歷經(jīng)檢驗(yàn)，確定濃相脈動(dòng)流化床是一個(gè)平穩(wěn)隨機(jī)過程?；谄椒€(wěn)隨機(jī)過程的測試與分析方法，對(duì)濃相脈動(dòng)流化床的床層密度進(jìn)行了測量，并重構(gòu)出其密度分布云圖。隨著氣流脈動(dòng)頻率的增大，流化床上層、中層和下層的密度變化存在顯著差異，根據(jù)床層密度與脈動(dòng)氣流頻率的響

3、應(yīng)特性，將頻率分為低頻、中頻和高頻三個(gè)區(qū)域，在中頻區(qū)內(nèi)，床層密度自上而下逐漸增大，密度在流化床橫截面內(nèi)的分布均勻，且隨時(shí)間變化的波動(dòng)小，適合細(xì)粒煤的分選。
　　壓力信號(hào)能夠反映出氣固流化床的氣泡行為與流體力學(xué)特性等，在分選流化床中，由于脈動(dòng)氣流的作用，產(chǎn)生了附加氣體運(yùn)動(dòng)，保證了流化床在一個(gè)脈動(dòng)周期內(nèi)的穩(wěn)定性；通過對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行頻域分析，得到分選流化床的能量耗散率隨著床層高度的增加而增大；通過相干性分析分離出不同類型的壓力信號(hào)，間接

4、反應(yīng)出床層中不同類型的氣泡行為。基于對(duì)壓力特性的分析與研究，提出了氣泡與加重質(zhì)顆粒的振動(dòng)作用體系，將床層中的氣泡等效為具有一定剛度的彈簧，建立了流化床床層振動(dòng)過程動(dòng)力學(xué)方程。
　　采用計(jì)算顆粒流體力學(xué)的方法，對(duì)分選流化床的脈動(dòng)流態(tài)化過程進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)研究，氣泡的運(yùn)動(dòng)和爆裂行為會(huì)對(duì)加重質(zhì)顆粒運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。在分選流化床中引入脈動(dòng)氣流后，床層中氣泡運(yùn)動(dòng)減弱，氣流和顆粒相的水平運(yùn)動(dòng)速度顯著減小，加重質(zhì)顆粒在豎直方向和水平方向上的運(yùn)動(dòng)

5、均從雜亂狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行驙顟B(tài)，加重質(zhì)環(huán)流和顆粒返混現(xiàn)象得到明顯改善。
　　基于基礎(chǔ)理論研究和試驗(yàn)研究，在濃相脈動(dòng)流化床實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)中進(jìn)行了?6+1 mm細(xì)粒煤的分選試驗(yàn)研究，提出了灰分離析標(biāo)準(zhǔn)差評(píng)價(jià)氣流速度與脈動(dòng)氣流頻率對(duì)細(xì)粒煤按密度分層的作用效果。分選結(jié)果顯示，對(duì)?6+3 mm和?3+1 mm細(xì)粒煤的分選可能偏差E值分別為0.19 g/cm3和0.10 g/cm3，對(duì)?6+1 mm高變質(zhì)程度的無煙煤分選可能偏差E值可達(dá)到0.09 g