本文關鍵詞：振動強化空氣重介質分選機制及加重質回收行為研究

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【摘要】：隨著我國經濟發(fā)展進入新常態(tài),煤炭高效清潔利用成為煤炭工業(yè)發(fā)展的方向。煤炭洗選加工作為煤炭清潔利用的源頭技術,是煤炭高效潔凈利用的首選方案。由于我國2/3以上的煤炭資源分布在干旱缺水地區(qū),且部分煤種遇水易泥化,難以采用現(xiàn)行的濕式選煤方法,急需研發(fā)一種高效干法選煤技術�？諝庵亟橘|流化床技術作為一種理論上理想的干法選煤技術,成為干法選煤研究的熱點。論文針對空氣重介質流化床的研究現(xiàn)狀和存在問題,建立空氣重介質流化床分選系統(tǒng),對空氣重介質振動流化床的振動能量作用機理和分選特性,以及流化床中粘附加重質的干法凈化回收進行了深入研究。本文綜合運用礦物加工學、流體力學、顆粒學、機械振動學、電磁學等多學科理論對新型分選流化床的分選特性及加重質回收行為進行了研究。論文主要包括振動能量對空氣重介質流化床分選的作用機理、新型空氣重介質流化床連續(xù)性分選特性、流化床中水分傳遞和加重質粘附行為、干法振動脫除加重質行為、加重質干法磁選凈化回收行為等五部分。研究內容為:分析振動能量在空氣重介質流化床中的擴散衰減,揭示振動能量抑制氣泡生成改善流態(tài)化分選的機理;考察空氣重介質流化床連續(xù)條件下的分選特性,掌握操作參數(shù)對分選特性的影響規(guī)律;討論水分在流化床中的傳遞及加重質粘附行為,明確水分傳遞對空氣重介質流化床分選特性和加重質粘附量的影響規(guī)律;研究干法脫除加重質行為及其內在關聯(lián)性,闡釋干法振動脫介的規(guī)律;探討操作參數(shù)和物料性質對加重質干法磁選凈化回收行為的影響,掌握各種因素對加重質干法磁選效果的影響規(guī)律。通過對空氣重介質振動流化床分選特性和加重質凈化回收行為的研究,為進一步優(yōu)化新型空氣重介質流化床分選過程提供參考和理論基礎。通過研究,本文取得的主要認識如下:(1)基于機械壓力波理論及能量耗散分析,闡明了振動能量改善分選的實質:振動能量能夠改善分選在于其周期性變化引起加重質顆粒周圍壓力的變化,進而造成壓差曳力和摩擦阻力大小比例的變化,從而改變加重質的受力動態(tài)平衡狀態(tài)。引入振動能量衰減系數(shù),建立了振動能量在空氣重介質振動流化床中傳遞衰減的動力學微分方程:(2)根據兩相理論,考慮布風板數(shù)目和氣泡實際形狀,引入尾渦體積分數(shù)和尾渦重力,建立了符合空氣重介質流化床的初始氣泡生成頻率的理論計算模型:(3)通過分析床體振動頻率和初始氣泡生成頻率之間的關系,揭示了振動改善流態(tài)化的作用機理。振動具有雙重作用,床體振動頻率在氣泡生成頻率一半以上的某個區(qū)域內存在最佳范圍,在此范圍附近振動頻率能夠顯著破碎初始氣泡、改善分選精度。利用研制的新型空氣重介質振動流化床進行了分選驗證實驗,結果表明分選25-13mm粒級難選煤最小Ep值為0.07g/cm3。(4)研究了新型空氣重介質流化床分選系統(tǒng)操作參數(shù)的基本規(guī)律。風量相同時,隨振動頻率增大,加重質循環(huán)量逐漸增加,當振動頻率大于13.07Hz,加重質循環(huán)量迅速增大;振動頻率相同時,加重質循環(huán)量隨風量增加而減小,風量大于120m3/h時減小趨勢變緩。(5)考察了新型空氣重介質流化床分選系統(tǒng)連續(xù)性分選特性。連續(xù)性分選實驗結果表明,主要操作參數(shù)對連續(xù)性分選效果的影響規(guī)律與間歇式分選時的相同,隨風量和振動頻率增大,分選精度先變好后變差;此新型空氣重介質流化床小試系統(tǒng)中相對較優(yōu)的操作參數(shù)為:風量在140m3/h附近、振動頻率在12.41Hz左右,此時相應的Ep值為0.08g/cm3;在連續(xù)性分選過程中,重產物平均輸送速度隨振動頻率增大而增大,而風量對重產物輸送起著雙重作用。(6)探討了加重質水分對流化和分選的影響,分析了加重質與煤炭表面水接觸時的粘附和水分傳遞行為。加重質流化、分選臨界水分分別為0.37%、0.30%;風量對加重質具有一定干燥作用,低風速時恒速干燥,高風速時先恒速干燥,再降速干燥;連續(xù)性分選時加重質水分隨分選時間增加先增大而后趨于平緩。靜態(tài)條件下,隨粘附時間增加,粘附加重質中水分傳遞量和精煤加重質粘附量先緩慢增大而后逐漸減小,而矸石加重質粘附量逐漸增大。在流化狀態(tài)下,精煤和干、濕加重質之間的水分傳遞和粘附行為與靜態(tài)時一致。在相同矸石表面水時,加重質水分高時,粘附加重質中水分傳遞量比加重質水分低時小,而加重質粘附量反之。隨煤粉含量增加,加重質粘附量和粘附加重質中水分傳遞量均逐漸減小。(7)單顆粒自由跌落和振動跌落實驗結果表明,同一種加重質,煤樣表面水分增大或煤樣粒度減小時,加重質粘附量增加;在煤樣表面水和粒度一定時,隨振動時間、跌落高度、跌落次數(shù)增加,加重質粘附量變小;加重質粘附量與振動時間之間存在負指數(shù)關系,并根據振動脫介過程建立了物理意義明確的振動脫介速率方程:ktCe-g(28)。式中,初始加重質粘附量C主要由物性決定;隨煤炭表面水增加或煤炭粒度減小而增大。脫介速率常數(shù)k,主要由操作參數(shù)決定;煤炭粒度減小,k增大;而隨煤炭表面水增加,k變小。(8)以加重質粘附量為指標,將自由跌落和振動跌落脫介效果進行關聯(lián),分別建立了自由跌落高度h、次數(shù)n與振動脫介時間t之間的關聯(lián)式:h-t模型和n-t模型;驗證表明模型預測結果與實驗結果吻合較好,n-t模型更適用于自由跌落與振動跌落。50-13mm煤樣粒群脫介表明:粒群脫介亦滿足振動脫介速率方程,對粒群脫介行為進行了初步預測,結果表明可通過單顆脫介與粒群脫介的關聯(lián)預測粒群脫介行為,為研究干法重介質分選工藝的脫介提供新的思路。(9)研究了主要因素對粒群振動脫介效果的影響。振動頻率對加重質粘附量有一定影響,隨振動頻率從10Hz增加到16.67Hz,加重質粘附量變小;加重質粘附量隨給料速度的增大而增大;當給料高度從30cm逐漸增至90cm時,加重質粘附量逐漸變小;煤粉混入對脫介篩脫介有一定加速作用,隨煤粉含量增加,加重質粘附量降低,初始加重質粘附量變小。(10)分析了加重質干法磁選凈化回收的可行性和實質,探討了操作參數(shù)對干法磁選分離煤粉過程的影響。當磁場強度降低時,加重質回收率、煤粉凈化率和磁選效率均先增大后減小。隨分選時間增加時,加重質回收率先基本不變,而后逐漸下降;煤粉凈化率和磁選效率基本逐漸變小。當給料速度增大時,加重質回收率、煤粉凈化率和磁選效率均逐漸變小。(11)研究了入料性質對加重質干法磁選凈化回收行為的影響。當煤粉含量從4%逐漸增加至16%時,加重質回收率、煤粉凈化率和磁選效率均逐漸降低。加重質水分增加時,加重質回收率逐漸下降;而煤粉凈化率和磁選效率先增大而后逐漸下降。加重質回收率、煤粉凈化率和磁選效率均隨加熱溫度的升高而逐漸增大。隨煤粉粒度增大和加重質粒度的增大,加重質回收率、煤粉凈化率和磁選效率先迅速增大后趨于穩(wěn)定。(12)實驗室?guī)接来糯胚x機正交實驗表明:煤粉含量是影響加重質干法磁選凈化回收效果的最主要因素,分選時間的影響較為顯著,磁場強度影響很小,可忽略不計。當分選時間75s、煤粉含量14%、到磁體表面距離1cm時,加重質回收率、煤粉凈化率、磁選效率分別為91.32%、68.87%、60.19%。
【關鍵詞】：流態(tài)化 振動能量 氣泡 水分傳遞 加重質凈化回收
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學(北京)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TD455
【目錄】：

• 摘要4-7
• Abstract7-16
• 1 引言16-26
• 1.1 研究背景和意義16-17
• 1.1.1 研究背景16-17
• 1.1.2 研究意義17
• 1.2 國內外空氣重介流化床技術發(fā)展現(xiàn)狀17-23
• 1.2.1 分選裝置17-18
• 1.2.2 實驗研究18-21
• 1.2.3 理論研究21-22
• 1.2.4 存在問題及未來發(fā)展方向22-23
• 1.3 研究內容及技術路線23-25
• 1.3.1 研究內容23-24
• 1.3.2 技術路線24-25
• 1.4 本章小結25-26
• 2 實驗材料和試驗系統(tǒng)26-36
• 2.1 實驗材料26-30
• 2.1.1 煤樣性質26-28
• 2.1.2 加重質性質28-30
• 2.2 分選系統(tǒng)30-35
• 2.3 本章小結35-36
• 3 振動能量對空氣重介質流化床分選作用機理研究36-54
• 3.1 振動能量在分選流化床中擴散機理36-42
• 3.1.1 機械壓力波36-37
• 3.1.2 分選裝置簡化模型及其動力學方程37-38
• 3.1.3 振動能量對加重質顆粒運動影響38-41
• 3.1.4 振動能量傳遞衰減動力學微分方程41-42
• 3.2 振動能量對空氣重介質流化床氣泡行為及流態(tài)化分選影響42-51
• 3.2.1 空氣重介質流化床中氣泡生成規(guī)律研究42-49
• 3.2.2 上升過程中氣泡大小計算模型49
• 3.2.3 振動抑制氣泡生成驗證實驗49-51
• 3.3 振動能量改善流化床分選機制研究51-53
• 3.4 本章小結53-54
• 4 新型空氣重介質流化床連續(xù)性分選實驗研究54-66
• 4.1 連續(xù)性分選工藝流程54-56
• 4.1.1 連續(xù)性分選工藝流程54-55
• 4.1.2 連續(xù)性給料控制研究55-56
• 4.2 加重質循環(huán)量與主要操作參數(shù)之間關系56-59
• 4.2.1 流化床高與加重質初始量之間的關系56-57
• 4.2.2 振動頻率與加重質循環(huán)量之間關系57-58
• 4.2.3 風量與加重質循環(huán)量之間關系58-59
• 4.3 連續(xù)性分選特性研究59-64
• 4.3.1 實驗過程59-60
• 4.3.2 結果分析與討論60-62
• 4.3.3 重產物平均輸送速度研究62-64
• 4.4 本章小結64-66
• 5 流化床中水分傳遞及加重質粘附研究66-80
• 5.1 水分對加重質流化特性和流化床分選特性影響66-67
• 5.2 風量對加重質水分干燥作用67-68
• 5.3 水分在連續(xù)性分選過程中傳遞行為68-70
• 5.4 流化床中水分傳遞過程研究70-75
• 5.4.1 煤炭與加重質之間靜態(tài)水分傳遞過程70-72
• 5.4.2 煤炭和加重質之間的水分傳遞規(guī)律72-74
• 5.4.3 濕矸石和濕加重質之間的水分傳遞過程74-75
• 5.5 煤粉對流化床中水分傳遞過程影響75-78
• 5.5.1 影響加重質粘附主導粒度分析75-76
• 5.5.2 煤粉含量對水分傳遞及粘附行為影響76-78
• 5.6 本章小結78-80
• 6 干法脫除加重質行為研究80-106
• 6.1 實驗樣品及方法80-81
• 6.1.1 實驗樣品80
• 6.1.2 實驗方法80-81
• 6.2 單顆粒自由跌落實驗研究81-85
• 6.2.1 50-25mm時單顆粒精煤自由跌落脫介實驗81-83
• 6.2.2 25-13mm時單顆粒精煤自由跌落脫介實驗83-85
• 6.3 單顆粒煤樣振動跌落實驗研究85-90
• 6.3.1 不同粒度單顆粒煤樣振動脫介實驗85-88
• 6.3.2 不同粒度煤樣單顆粒矸石振動脫介實驗88-90
• 6.4 單顆粒自由跌落與振動跌落脫介關聯(lián)90-96
• 6.4.1 自由跌落與振動跌落實驗n-t關系90-93
• 6.4.2 自由跌落與振動跌落實驗h-t關系93-96
• 6.5 粒群振動脫介實驗研究96-100
• 6.5.1 粒群振動脫介實驗96-99
• 6.5.2 振動跌落脫介篩長預測99-100
• 6.6 粒群干法振動脫介的影響因素研究100-103
• 6.6.1 振動頻率對干法振動脫介影響100-101
• 6.6.2 給料量對粒群振動脫介影響101-102
• 6.6.3 給料高度對粒群振動脫介影響102
• 6.6.4 煤粉含量對粒群振動脫介影響102-103
• 6.7 干法振動脫介介耗初步分析103-104
• 6.8 本章小結104-106
• 7 加重質干法磁選凈化回收研究106-128
• 7.1 加重質干法磁選凈化回收可行性分析106-108
• 7.1.1 物料性質分析106-107
• 7.1.2 工藝及設備可行性107
• 7.1.3 干式磁選與濕式磁選差異分析107-108
• 7.2 加重質干法磁選凈化回收過程分析108-110
• 7.2.1 干法磁選裝置及其磁場特性108-109
• 7.2.2 干法磁選過程中磁鐵礦粉顆粒運動簡析109
• 7.2.3 弱磁場時從磁鐵礦粉中分離煤粉實質分析109-110
• 7.3 加重質干法磁選凈化回收影響因素研究110-121
• 7.3.1 操作參數(shù)對干法磁選效果影響110-115
• 7.3.2 物性對干法磁選效果影響115-121
• 7.4 加重質干法磁選凈化回收正交實驗研究121-126
• 7.4.1 實驗方案設計121-122
• 7.4.2 實驗結果及方差分析122-126
• 7.5 主要問題及建議126
• 7.6 磁選分流介耗初步分析126-127
• 7.7 本章小結127-128
• 8 結論與展望128-132
• 8.1 結論128-130
• 8.2 創(chuàng)新性與展望130-132
• 參考文獻132-142
• 致謝142-146
• 作者簡介146-147

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據庫 前10條

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本文編號：959827