卧螺离心机处理煤泥水的数值模拟及煤泥流动特性实验研究

发布时间：2020-10-31 13:22

　　 煤泥水是煤矿洗煤厂在煤炭洗选过程中留下的固液混合物,主要由微细粒煤、矸石、黏土与水混合组成,其含水率一般高达70~90%。煤泥水经过脱水后,可形成一种高粘度的粘稠物料,俗称煤泥,其发热量一般在2000~4000kcal/kg之间,具有可利用价值。随着低热值燃料燃烧技术及循环流化床锅炉应用的日趋成熟,越来越多的电厂将煤泥与煤进行掺混燃烧,煤泥的循环流化床锅炉燃烧利用越来越被重视,其不仅可以节约煤炭资源,保护环境,而且能够降低电厂污染物的排放。因此,煤泥水的燃烧发电技术具有重要的经济价值和社会效益。针对传统煤泥水燃烧发电工艺的开环工艺引起的环境污染、脱水设备效率低下等问题,本文提出了将卧螺离心机引入煤泥水的燃烧发电技术,提出了一种新型的煤泥水燃烧发电工艺。在此基础上,为优化新型煤泥水发电工艺的两大关键环节(卧螺离心机处理煤泥水过程以及煤泥的管道运输过程),本文系统开展了卧螺离心机处理煤泥水的数值模拟及煤泥流动特性实验研究。研究了卧螺离心机对煤泥水的脱水处理过程及脱水效率的影响因素;进而分析了煤泥的流体特性及其管道阻力特性,用以指导煤泥进行高效的管道输运。本文的主要工作如下:(1)将卧螺离心机引入煤泥水的燃烧发电技术中,提出了新型的煤泥水燃烧发电工艺。该工艺分为三个步骤:卧螺离心机对洗煤厂煤泥水的脱水处理、洗煤厂与发电厂间煤泥的管道输运、以及煤泥的循环流化床锅炉燃烧发电。(2)建立了卧螺离心机内煤泥水固液分离的数学模型,并开展了数值模拟,研究了速度场、压力场以及湍流分布等煤泥水在卧螺离心机内的流场特性,进而得出了流场与固液分离性能之间的关系;以此为基础,研究了卧螺离心机转鼓长径比、转鼓半锥角、进口入射角和螺距等结构参数对固液分离性能的影响;研究了得到卧螺离心机螺旋推料器与转鼓的差转速及进料流量等运行参数对固液分离性能的影响。(3)搭建了卧螺离心机对煤泥水脱水处理的试验台,并开展了煤泥水的脱水实验。结果表明:固液分离率随差转速的增加先增加后减小,存在最佳差转速(40~45rpm之间);固液分离率随进料流量的增加先增加后减小,存在最佳进料流量(15m3/h左右)。进而对比了卧螺离心机处理煤泥水的数值模拟与实验结果,验证了数值模拟结果的可靠性。(4)开展了煤泥的非牛顿流体特性及其管道输送阻力特性的实验研究。结果表明:含水量较低时,煤泥呈现Bingham塑性流体特性,含水量为37.5%时呈现出Bingham伪塑性流体的特性,含水量为40%时煤泥为伪塑性流体;煤泥的含水率越高,输送阻力越小,并且煤泥水份在30%左右输送阻力会产生突变(水份增减1%,泵送压力会增减近40%)。本文的研究结果可指导煤泥水的高效脱水以及煤泥的高效管路输送,从而提高煤泥水燃烧发电技术的效率,同时,补充完善了煤泥的非牛顿流体流动特性及管道阻力特性理论,具有重要的理论与实践价值。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TD94;TD45
【部分图文】：

后作为粗煤泥回收，浓缩溢流和筛下水去煤泥水系统，或底流经弧形筛和离心机脱水后作为粗煤泥回收。粗煤泥分备系统、重介分选系统和煤泥水系统都有重要影响。使用，对于原煤准备系统，可以增大脱泥筛的筛孔尺寸，增大配制台数[5]，同时还可解决筛板堵塞、煤泥水外溢等问题减少其处理量，提高分选效果，还能提高脱介效率，减少对于煤泥水系统，可减轻浮选系统的处理量，降低电耗和同时减轻压滤作业的负荷，减少压滤机与浓缩机台数，降低业上应用的粗煤泥分选设备主要有：新型水介质旋流器、选机等。型水介质旋流器。目前，对旋流器结构进行调整后的新型用来分选粗煤泥，其结构如图 1-1 所示。它的主要特点是流程简单，布置紧凑；分选细粒煤生产成本低。其最大优可大幅度降低生产成本，消除后续介质回收系统所带来的

Figure 1-1 Water medium cyclone明：新型水介质旋流器在粗煤泥分选效果上有了果还不太理想，仅适用于易选和中等可选煤的加以大型化，若旋流器设计直径较大，将会导致分处理量有限，且入料上限受到严格控制。所以新限制，仅在部分中小型选煤厂得到应用。选机。螺旋分选机是一种依靠液流特性，在重力矿物分离的分选设备，其结构如图 1-2 所示。其小、入料不需要压力、不需任何药剂和介质。但作不灵活，实现自动控制难度较大[6]，影响产品格，有效分选粒度范围窄；分选精度较低，仅适分选密度一般在 1160g/cm3以上时，才表现出良较低时，很难满足要求。因为粗煤泥中煤与矿物时已经过主选如重选或跳汰的排矸，其实际分选在选煤厂应用较少。

图 1-3 干扰床分选机结构示意图Figure 1-3 Structure of teetering bed separator 80 年代以前，浮选精煤主要采用盘式真空过滤2%，滤液浓度在 30～50g/L，过滤电耗在 15kW加压过滤机和精煤压滤机得到迅速应用，其优点压过滤机产品水分位于 16%～20%之间，单位面滤液浓度<8g/L，过滤电耗仅为真空过滤机的四分一般<24%，滤液中基本无固体物质。采用煤泥离心机作为煤泥重介或水介分选产品达 16%左右，回收粒度下限为 0.1mm。对更细心机，但其费用高昂，对入料粒度组成要求也比荷问题。备按入料粒度可分为三类：一类是块煤离心机类是粗煤泥离心机(3～0mm)；另一类是细煤泥离
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本文编号：2863999