《面向煤泥水絮凝需求的濃縮機入料井流場能耗分布最佳化》是依託中國礦業大學，由林喆擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：面向煤泥水絮凝需求的濃縮機入料井流場能耗分布最佳化
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：林喆
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
絮凝效率決定了煤泥水的處理效率，因而對選煤廠的正常運行有直接影響。作為煤泥絮凝成長的主要場所，高效濃縮機入料井的結構及其流場對絮凝沉降有重要影響，但規律尚不明確。因此，本項目從絮凝動力學理論出發，以絮體的臨界破碎速度梯度為關鍵參數，建立絮凝流場的理論最佳能耗分布模型；以簡單閉合式入料井為初始流場模型、EDLVO理論為顆粒作用能模型，採用計算流體力學（CFD）與離散元（DEM）模擬相結合的方法，分析入料井中的流場特徵及煤泥顆粒在其中的絮凝成長規律及其影響因素，結合最佳能耗分布模型，建立流體能量耗散和作用時間與絮體粒徑的關係模型，闡明濃縮機入料井中流體能量耗散分布同煤泥顆粒絮凝成長的協同關係；探討以能量耗散分布-作用時間為控制指標的濃縮機入料井結構最佳化與放大設計方法。項目成果將為煤泥水絮凝沉降設備設計和高效絮凝技術的開發提供理論指導。
結題摘要
煤泥水的絮凝沉降是選煤工藝中的重要環節，提高絮凝效率，有助於高效的煤泥水分離。現行煤泥水絮凝工藝和設備未充分考慮絮凝動力學對絮凝過程水力環境的需求，有很大的提升空間。 項目基於絮凝動力學理論，通過數值方法得到了煤泥水絮凝過程ε-G-t動力模型，用於指導絮凝裝置（濃縮機入料井）的結構設計和最佳化。基於此模型，設計了螺旋導流和降流式梯級流化床兩種結構形式的新型絮凝裝置。通過CFD模擬研究了螺旋導流裝置中流場能耗分布；通過CFD-DEM模擬研究了流化床中顆粒的碰撞機率；通過XDLVO-CFD-DEM模擬研究了煤-煤、煤-伊利石顆粒的碰撞與粘附作用。並分別在兩種結構形式的絮凝裝置中進行了煤泥水絮凝沉降實驗，考察了表觀流速、充填顆粒等對絮凝效果的影響。 項目研究結果表明，採用ε-G-t動力模型指導設計的絮凝裝置，滿足絮凝動力需求，能夠較好地絮凝煤泥水。螺旋導流裝置的能量耗散集中在靠近螺旋外壁處，螺旋式設計使顆粒在離心力作用下濃縮於外壁附近，有助於顆粒的碰撞絮凝；體積加權湍動能在0.0068 m2s-2~0.0027 m2s-2之間，體積加權有效能耗在0.166 m2s-3~0.042 m2s-3之間，有利於保證較好的絮凝效果。梯級流化床通過分級充填顆粒的密度和粒度，可自然形成多級速度梯度和微渦尺度的流化床，符合絮凝動力需求，改善效果明顯，絮體平均粒徑可達523.29微米。CFD-DEM模擬說明了充填顆粒尾渦對於提高煤泥顆粒碰撞機率的促進作用。XDLVO-CFD-DEM模擬揭示了顆粒絮凝的碰撞和粘附過程，說明XDLVO作用力在絮凝過程中的重要作用，與實驗結果吻合。 項目提出的ε-G-t絮凝動力模型對於絮凝裝置最佳化設計有重要指導作用；螺旋導流和梯級流化床結構能夠用於生產實際，特別是梯級流化床設計，有望在不改變現有濃縮機入料井結構的情況下，通過局部充填，提供高絮凝效率，具有良好的套用前景；項目還證明了XDLVO-CFD-DEM絮凝過程模擬方法的可行性，為絮凝過程的直接模擬提供了新的途徑。
