低阶粉煤变径脉动气流分选动力学机理研究.pdf
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1、第51卷第2 期2023年4月文章编号:10 0 1-357 1(2 0 2 3)0 2-0 0 0 9-0 5低阶粉煤变径脉动气流分选动力学机理研究李大虎,汪录,韦鲁滨,屈启龙,王建忠(1.内蒙古科技大学矿业与煤炭学院,内蒙古包头0 140 10;2.中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京10 0 0 8 3)摘要:针对传统湿法选煤方法存在的煤泥水处理困难、产品水分过高等问题,采用变径脉动气流分选装置对低阶粉煤进行了干法分选,并运用流体动力学、数值分析等方法研究了变径脉动气流分选过程的动力学机理。研究表明:与恒定流相比,脉动气流可加速颗粒运动过程,且颗粒越轻,脉动气流的周期性累积振荡加
2、速效应越明显;采用变径脉动气流分选装置对6 0 mm粒级低阶粉煤进行分选,可使粉煤灰分降低2.55 3.2 8 个百分点,分选数量效率最高可达9 1.0 2%。变径结构的减速效应可提高颗粒按密度分离的效果,进而提高分选精度。关键词:干法分选;低阶粉煤;变径脉动气流分选;流体动力学;数值分析;数量效率中图分类号:TD942A study of the dynamic mechanism in low-rank coal separationwith varying-diameter pulsed airflow separatorLI Dahu,WANG Lu,WEI Lubin,QU Qilo
3、ng,WANG Jianzhong(1.School of Mining and Coal,Inner Mongolia University of Science and Technology,Baotou 014010,China;2.School ofChemical and Environmental Engineering,China University of Mining and Technology(Beijing),Beijing 100083,China)Abstract:To tackle the problems encountered in the case of u
4、sing traditional wet cleaning method,such asdifficulty in treatment of coal slurry water and excessively high moisture of products,the varying-diameterpulsed airflow separator independently developed is used for dry separation of low-rank coal,and the dy-namic mechanism of the separating process is
5、studied with hydrodynamic and numerical analysis methods.As revealed by study results,compared with the constant airflow,the pulsed airflow can accelerate themovement of particles,and the lighter the particle,a more pronounced periodic cumulative oscillation ac-celeration effect of the pulsed air fl
6、ow becomes;with the use of the separator for treating the 6 O mm low-rank coal,the ash of the cleaned product can be reduced by 2.55 3.28 percentage points with an organicefficiency being up to 91.02%.It is demonstrated that the deceleration effect produced by the varying-di-ameter structure can lea
7、d to much better separation of low-rank coal according to density and hence im-proved separation accuracy.Keywords:dry separator;fine low-rank coal;varying-diameter pulsed airflow separation;hydrodynam-ics;numerical analysis;organic efficiency我国是世界上最大的煤炭生产和消费国,2 0 2 1年我国原煤产量达41亿t,约占世界煤炭总产量的收稿日期:2 0
8、2 3-0 2-0 33责任编辑:李志斌基金项目:国家自然科学基金项目(519 0 416 0)作者简介:李大虎(19 8 9 一),男,山西大同人,讲师,博士,从事矿物加工理论、工艺和设备方面的研究。Em a il:lid a h u 6 49 ,Tel:15694722732。引用格式:李大虎,汪录,韦鲁滨,等,低阶粉煤变径脉动气流分选动力学机理研究J】,选煤技术,2 0 2 3,51(2):9-13.LI Dahu,WANG Lu,WEI Lubin,et al.A study of the dynamic mechanism in low-rank coal separation wi
9、th varying-diameter pulsed airflowseparator J:C o a l Pr e p a r a t i o n T e c h n o lo g y,2 0 2 3,51(2):9-13.9选煤技术COALPREPARATIONTECHNOLOGY文献标志码:A50%。然而,我国煤炭资源分布极不均衡,2/3以上分布在西部、北部等干旱地区,尤其是新疆、内D0l:10.16447/ki.cpt.2023.02.002Vol.51No.2Apr.2023第51卷第2 期蒙古等主要产煤区以褐煤、次烟煤等低阶煤为主,现行的水洗方法在分选低阶煤时,面临煤泥水处理困难、
10、产品水分高等诸多难题。随着近年来我国煤炭工业西进战略的逐步推进,开展适用于西部、北部干旱地区煤炭分选的干法分选技术势在必行。文章针对 6 mm粒级低阶粉煤干法分选过程,采用自主研发的变径脉动气流分选装置,运用流体动力学、数值分析等方法,研究了低阶粉煤在变径脉动气流分选机中分选的动力学机理,以期为该方法的推广应用奠定一定的理论基础。1变径脉动气流分选装置变径脉动气流分选装置示意图如图1所示。该分选装置包含供风系统、分选系统、排料系统和除尘系统。(1)供风系统。鼓风机鼓人的气流经过风包稳压后进入恒定风管路和脉动风管路,两个管路给人分选柱的风量大小通过各自阀门控制,而后经布风器均匀进入分选柱内部。入
11、料一口8飞飞6重产物1一鼓风机;2 一风包;3一恒定风管路流量计;4一恒定风管路阀门;5一脉动风管路流量计;6 一脉动风管路阀门;7 一布风器;8 一分选柱;9 一旋风除尘器;10 一布袋除尘器图1变径脉动气流分选装置示意图Fig.1 Sketch of the varying-diameter pulsed airflow separatorTdpPduP6dt式中:ug为气流速度,m/s;g为重力加速度,m/s;d为颗粒直径,m;p,为颗粒密度,kg/m;pg为空气密度,kg/m;Cp为阻力系数,无量纲。定义。=为颗粒与流体的相对密度,=Pg3为加速度传递系数,则式(2)可简化为:28+1
12、=($-1)g+中dt2d由式(3)可知,颗粒运动情况主要取决于参数10选煤技术(2)分选系统。分选柱从下到上依次为直筒柱、变径柱、缩径柱以及给料口。其中,物料由给料口给人后,在变径柱区域完成主要分选任务。重产物自直筒柱向下排出,轻产物由缩径柱向上进入除尘收集装置。(3)排料系统。通过控制重产物排料口和轻产物排料口的阀门将产品排出。(4)除尘系统。携带轻产物的气体经过旋风除尘器后,轻产物由排料口排出,含尘气体经过布袋除尘器净化后排人大气。2低阶粉煤变径脉动气流分选动力学机理2.1粉煤颗粒在变径脉动气流场中的动力学分析低阶粉煤颗粒在变径脉动气流分选机中的分选过程,可看作一种稀相气固两相流动过程。
13、若只考虑分选柱内竖直方向上的受力和运动轨迹,则低阶粉煤颗粒在脉动气流场中运动时,会受到重力(G)、浮力(F,)、气流电力(F.)、附加质量力(F)、压力梯度力(F,)、Sa f f ma n 升力(F)以及Basset力(F,)等几种力的同时作用。有研究表明,对于粉煤颗粒这种粒9度较粗、密度较大的颗粒在流主流中运动情况,F。和F,可以忽略不计。轻产物因此,根据牛顿第二定律,可建立以下颗粒运动方程:d=ZF.10mpdt式中:m,为颗粒质量,kg;u,为颗粒速度,m/s;t为时间,s;ZF为颗粒所受合力,N。将除F。和F,以外的其他5种力按照各自具体表达形式代人式(1),可建立低阶粉煤颗粒在变径
14、脉动气流分选机中运动的动力学微分方程:TdPeTdpg+Cp66一+dt2023年4月2 5日(1)1ndpP兰dupPdu42duUgdt和。式(3)等式右边第一项表示颗粒所受有效重力(重力与浮力的合力)加速度;第二项表示流体电力对颗粒产生的加速度;第三项表示气流加速度对颗粒的加速效应。同时,加速度传递系数表征了重力加速度、气流电力加速度及气流加速度作用传递到颗粒上的传递效率,且该值仅与颗粒密度有du关。显然,颗粒密度越小,8 越小,越大,颗粒加速或(3)减速越容易;颗粒密度越大,8 越大,越小,颗粒加速或减速越困难。由此可见,颗粒间密度差异越大,du26dt(2)dt6dt第51卷第2 期
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