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细粒煤振动流态化的能量作用及分离机制的研究

作　者: 杨旭亮
导　师: 赵跃民
学　校: 中国矿业大学
专　业: 矿物加工工程
关键词: 干法分选细粒煤振动流化床密度离析团涌
分类号: TD94
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

我国煤炭资源与水资源呈逆向分布，水资源短缺问题制约着传统湿法分选技术在干旱缺水地区的应用，大量煤炭未经深度分选直接进入市场造成了严重的资源浪费，这种现状凸显了发展干法选煤技术的重要性和紧迫性。相比已工业化的粗粒煤干法分选技术，细粒煤干法分选尚未有成熟的解决方案。鉴于此，首次将气固流态化领域的密度离析现象引入到细粒煤干法分选研究中，并结合细粒煤颗粒流化特性和分选效果预期，针对性地提出了采用振动流化床促进细粒煤床层形成强化密度离析的流化环境，进而实现细粒煤有效分选。振动能量以布风板强制运动和空气压力波两种主要形式传递给Geldart D类细粒煤气固流态化体系，借助于先进的高速动态图像分析系统研究振动对流化性能的优化机制，发现振动能量的引入有效地破坏了颗粒力链网络，消除了流化死区和气流短路通道，改善了颗粒系统力学特性。同时，振动与气流等引入能量的协同作用促使过剩流化气体在空气压力波的激励下形成规律化的团涌行为，建立了团涌毗邻区气泡追赶兼并的动力学方程和团涌生长机理模型。具有适宜特征尺寸的团涌扰动区为颗粒系统密度离析提供以流体曳力为主导的干扰沉降环境。建立了团涌扰动区高度及团涌上升速度关联式，同时指出团涌发生频率与流化气速无关，频率范围为[3.47Hz,3.85Hz]。强化颗粒密度离析的流化环境要满足两个条件：具有适宜流体力学环境的稀相区，能够实现不同密度颗粒间的有序滑移；稳定的稀相区发生机制，避免已离析的颗粒层间的返混。通过综合分析振动流态化体系的流体力学环境和强化密度离析的流化环境的构成要素，揭示了基于密度离析分离机制的细粒煤振动流态化分选机理。从系统势能变化的角度考察了分选过程，理论计算结果显示分选后颗粒系统总势能较分选前减小约9.3%，说明基于密度离析分离机制的细粒煤振动流态化分选过程具有较强的自发性。根据上述分选机理，在因素试验环节提出灰分离析度的概念来评价表观流化气速、振动强度、床高和流化时间等因素对分选效果的影响。在单因素试验确定了各因素最佳取值范围的基础上，采用Box-Behnken响应曲面法研究了因素间的交互作用，确定了-6+3mm和-3+1mm粒级细粒煤的最佳分选条件，建立了两种煤样灰分离析度的二阶多项式预测模型。分选结果显示间歇式振动流化床分选系统分选-6+3mm和-3+1mm两种粒级细粒煤可能偏差E值分别为0.19~0.225和0.175~0.195。根据实验室研究结果自行设计和建立了连续式振动流化床分选系统，通过引入表征床层输送特性的系数建立了连续式振动流化床分选机的床高分布模型，指出为了保证良好的分选效果，要尽量延长床面近似水平区段的长度。建立了连续式振动流化床分选机的平均输送速度模型，确定振动角最佳取值范围为63°~67°。分选结果显示-3+1mm粒级细粒煤在连续式振动流化床分选系统中分选的可能偏差E值为0.225，并提出采用二段式分选工艺流程提高分选效果。该论文有图101幅，表59个，参考文献156篇。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-7
Abstract  7-9
Extended Abstract  9-16
图清单  16-23
表清单  23-27
变量注释表  27-30
1 前言  30-35
  1.1 研究背景及意义  30-32
  1.2 课题提出  32-33
  1.3 研究内容及方法  33-35
2 文献综述  35-52
  2.1 细粒煤干法分选技术  35-41
  2.2 气固流化床中颗粒运动行为  41-47
  2.3 振动床的特性  47-50
  2.4 振动流化床的特性  50-51
  2.5 本章小结  51-52
3 试验研究系统  52-57
  3.1 间歇式振动流化床分选系统  52-53
  3.2 高速动态图像分析系统及应用软件  53-55
  3.3 连续式振动流化床分选系统  55-56
  3.4 本章小结  56-57
4 Geldart D 类颗粒的振动流态化  57-95
  4.1 试验物料特性  57-58
  4.2 振动流态化特性  58-64
  4.3 模拟物料的密度离析  64-67
  4.4 振动能量的传递与耗散  67-72
  4.5 流化性能优化机制  72-86
  4.6 Geldart D 类颗粒振动流态化下的气泡特性  86-93
  4.7 本章小结  93-95
5 Geldart D 类细粒煤的振动流态化分选机理  95-110
  5.1 团涌扰动区颗粒运动特性研究  95-101
  5.2 分选机理  101-105
  5.3 分选稳定性分析及强化  105-109
  5.4 本章小结 (Brief Summary)  109-110
6 振动流化床分选细粒煤试验研究  110-147
  6.1 Geldart D 类细粒煤分选试验  110-142
  6.2 分选效果  142-146
  6.3 本章小结  146-147
7 振动流化床连续性分选试验  147-162
  7.1 系统结构与试验流程  147-149
  7.2 操作参数研究  149-157
  7.3 分选试验  157-159
  7.4 存在问题及讨论  159-160
  7.5 分选工艺探讨  160-161
  7.6 本章小结  161-162
8 结论与展望  162-167
  8.1 结论  162-165
  8.2 展望  165-167
参考文献  167-177
作者简历  177-180
学位论文数据集  180

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