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电厂磨机返料在稀相振动气固流化床中的颗粒分离行为

作　者: 王帅
导　师: 何亚群
学　校: 中国矿业大学
专　业: 矿物加工工程
关键词: 振动流化床磨机返料气固两相流动力学模型背散射成像
分类号: TD45
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

气固流化床分选技术已成为干法选煤研究的热点，细粒煤流化床分选技术及理论也得到了快速发展。本论文在综述了国内外流化床分选技术及相关文献的基础上，从节能减排的目的出发，将流化床干法分选技术引入电厂磨煤制粉过程，围绕燃煤电厂磨煤机返料中黄铁矿等高密度、高硬度矿物质组分的去除，开展了振动流化床分选0.5mm以下粒级物料的相关基础研究。论文研究了在无外加重介质条件下颗粒在流化床中的受力情况，研究了颗粒在不同雷诺数下运动时的阻力系数差异，并加入振动作用在颗粒上的正弦力，建立了振动流化床不同区域内颗粒运动动力学模型，得到颗粒加速度公式。解释了颗粒在振动流化床中的分离机理，设计了振动流化床连续分选装置并进行了连续分选试验，为细粒物料在无外加重介质条件下的振动流化床分选提供了研究基础。对颗粒运动动力学模型的数值模拟结果表明该模型适用于计算和描述颗粒在振动流化床中的运动速度和轨迹。计算流体力学模拟结果表明，在稀相和密相两种流化状态的作用下，不同颗粒在流化床中的不同区域运动、聚集，最终按密度进行了分层。磨煤机返料粒度较细，主要集中在0.125~0.25mm，属Geldart B类颗粒。模拟物料和实际物料流化特性试验结果表明，振动可显著降低流化床起始流化速度和床层膨胀率，分选特性实验结果表明，模拟物料和实际物料均存在按粒度分级现象，并按密度进行了分层。在流化数为3，振动频率为55Hz时，物料分选效率较高，各层产物粒度、密度分布较均匀，其中实际物料的重产物灰分为78.46%，轻、重产品灰分差值为37.39%，分选效率为51.14%，可燃体回收率达到了94.05%。扫描电镜背散射成像和能谱仪元素面分布研究表明，返料中的粘土矿物，黄铁矿等高密度组分得到分离。研究还表明，磨机返料中微细粒级煤粉的存在，使流化床层粒度和密度分布更稳定。研究了振动力场的加入对分选过程的影响，高速动态摄像分析结果表明振动促进了气泡的兼并，并在流化床径向截面形成向上做规律周期的运动气塞，尽管气塞的运动对床层的稳定性有影响，但对颗粒按密度分离有利。颗粒在振动流化床中的分离机理表明，颗粒通过气泡稀相和粒群密相的协同作用，最终在干扰沉降过程中通过沉降末速的不同而得到分离。进行了磨机返料连续分选试验，研究了轻、重产物灰分值、分选效率和可燃体回收率与操作气速、振动频率和给料速度之间的关系，结果表明，操作气速为13.2cm/s，振动频率为55Hz、给料速度为1.5kg/min时，综合分选效果最好，轻、重产物灰分分别为45.37%和75.67%，分选效率和可燃体回收率最高，分别为58.33%和88.64%。试验结果证明了磨机返料振动流化床分选的可行性。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-7
Abstract  7-9
Extended Abstract  9-15
图清单  15-20
表清单  20-23
变量注释表  23-25
1 前言  25-29
  1.1 研究背景及意义  25-26
  1.2 课题的提出  26-27
  1.3 研究内容及方法  27-29
2 文献综述  29-52
  2.1 电厂制粉系统及磨机返料  29-35
  2.2 流态化及气固流化床分选  35-43
  2.3 振动流化床  43-45
  2.4 流化床中颗粒的分级  45-46
  2.5 两相流模型  46-50
  2.6 流体动力学数值模拟  50-51
  2.7 本章小结  51-52
3 实验研究系统  52-61
  3.1 实验系统  52
  3.2 实验物料  52-57
  3.3 检测设备及实验室配置  57-60
  3.4 本章小结  60-61
4 稀相振动气固流化床分选理论研究  61-72
  4.1 颗粒运动动力学研究  61-68
  4.2 稀相振动气固流化床流化特性模型  68-71
  4.3 本章小结  71-72
5 动力学模型及计算流体力学数值模拟  72-88
  5.1 模拟物料  72-73
  5.2 动力学模型研究  73-78
  5.3 计算流体力学研究  78-87
  5.4 本章小结  87-88
6 稀相振动流化床流化及分选特性研究  88-114
  6.1 流化特性研究  88-95
  6.2 分选特性研究  95-113
  6.3 本章小结  113-114
7 磨机返料流化及分选特性研究  114-138
  7.1 流化特性研究  114-118
  7.2 分选特性研究  118-121
  7.3 分选效果分析  121-123
  7.4 扫描电镜背散射及能谱分析  123-131
  7.5 微细颗粒对分选过程的影响  131-137
  7.6 本章小结  137-138
8 磨机返料连续分选实验  138-155
  8.1 分选实验  138-141
  8.2 实验结果分析  141-154
  8.3 本章小结  154-155
9 结论和展望  155-158
  9.1 结论  155-157
  9.2 创新点  157
  9.3 展望  157-158
参考文献  158-168
作者简历  168-171
学位论文数据集  171

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