脈動氣固流態化分選細粒煤的非線性動力學研究

《脈動氣固流態化分選細粒煤的非線性動力學研究》是依託中國礦業大學，由段晨龍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：脈動氣固流態化分選細粒煤的非線性動力學研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：段晨龍
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

煤炭高效乾法分選是世界選煤領域研究的熱點問題，將脈動氣流引入濃相高密度氣固流化床形成脈動流態化分選，可降低分選下限，提升分選性能，為細粒煤的乾法分選提供一種有效方法。課題的研究內容有：從多尺度分析不同性質顆粒間及顆粒與流體間各種受力關係和運動行為，研究細顆粒在分層區和分選區中的非線性運動規律和分離機理，建立顆粒在脈動氣固流化床中的非線性動力學模型。基於有限元方法與離散元方法耦合，藉助Fluent有限元軟體和EDEM離散元軟體數值模擬脈動氣固流化床複雜流場特性及細顆粒的分離過程，通過最佳化模型機結構參數和操作參數，實現細粒煤的高效乾法分選，提出細顆粒在脈動氣固流化床中的分層-分選理論。

結題摘要

煤炭是我國的主要基礎能源，實現煤炭的清潔開發利用與近零排放是未來我國能源與煤炭發展的唯一道路。目前，濕法選煤技術在我國選煤領域占據主導地位，但近年來，隨著水資源短缺與環境污染問題的日益嚴峻，濕法選煤技術的套用受到限制。因此，迫切需要發展高效的乾法選煤技術。隨著模組式乾法重介質流化床選煤技術的工業套用，+6 mm 的塊煤已經實現高效的乾法分選，而對於含量日益增多的細粒煤，尚缺少成熟的高效乾法分選技術。本項目首次將脈動氣流的強制振動能量引入到分選流化床中，形成濃相脈動流化床，通過科學實驗和基礎理論研究，研究了脈動流化床中密度的時空特性，揭示了床層密度對氣流脈動頻率的回響機制，確立了流化床分選穩定性操作區間。分析了脈動流化床中壓力波動特性與氣泡運動特徵，揭示了脈動能量對均勻流態化的強化機制，建立了流化床中氣泡生長的非線性模型。通過理論與數值模擬結合，對顆粒在脈動流化床中顆粒的受力進行了分析，研究了氣泡運動對顆粒分選的影響，建立了脈動能量在流化床中的傳遞模型，對床層中顆粒與氣泡的運動進行了仿真模擬，揭示了脈動流化床的分選機理。研究了脈動流化床分選及有害元素的遷移規律，實現了−6+3 mm 和−3+1 mm 細粒煤的高效分選，分選後精煤灰分分別為 15.03%和 16.01%，精煤產率分別為 64.70%和 73.54%，在理論和工藝兩方法均取得突破性進展，為乾旱缺水地區的細粒煤潔淨加工利用提供一條有效的技術途徑。 項目執行以來，獲得國家技術發明二等獎1項，省部級獎勵4項，省部級以上榮譽稱號5項，校級榮譽稱號1項，共發表論文19篇，SCI收錄11篇，EI收錄1篇，會議論文7篇，授權中國發明專利7項，澳大利亞發明專利1項。項目負責人被聘任為中國礦業大學教授、博士研究生導師，協助培養青年教師2人，協助指導博士研究生2名，培養碩士研究生9名，已畢業研究生6名，在讀研究生3名，其中1人獲2014年江蘇省優秀碩士學位論文。