干粉煤气化工艺煤质的静电分选调控研究

【摘要】：在干粉煤气化工艺中,使用静电分选技术对高灰分含量的煤粉进行在线脱灰处理,实现灰分含量的定量调控,可以保证入炉煤质的稳定,提高煤气化装置运行的稳定性和经济性,具有重要的研究意义。本文采用冷模实验和CFD模拟相结合的研究方法,分别对管道式摩擦荷电系统中矿物颗粒的摩擦荷电特性、电场中荷电颗粒的动力学特性,有无外加电场调控颗粒荷电两种情况下的静电分选系统的分选特性进行研究,为静电分选系统的优化设计提供理论指导。本文的主要研究结论包括： (1)实验考察了煤中主要矿物颗粒的摩擦荷电特性,建立了管道式摩擦荷电系统的摩擦荷电模型。首先,提出了煤、煤中主要矿物颗粒及常用摩擦器材料的静电序列,并指出铜是用于煤粉静电分选的最合适的摩擦器材料。其次,在铜质管道式摩擦荷电系统中,实验发现方解石、高岭石、石英和黄铁矿这四种伴生矿物颗粒的荷质比均随输送气速增大而增大,随颗粒质量流量增大而减小,随管长增加而增加。最后,从颗粒与管壁的连续碰撞荷电机理出发,建立了稀相气力输送过程的颗粒摩擦荷电模型,模型计算值与实验值的相关系数均大于0.95,平均相对偏差均小于10%。 (2)对分选电场中荷电颗粒的运动特性进行CFD模拟研究。模拟发现,增大气速能提高高岭石和黄铁矿的分离效率,对方解石和石英分离效率影响不大；减小粒径有利于方解石和高岭石的分离,对于石英和黄铁矿颗粒,粒径不是越小越好。模拟还发现,矿物颗粒在极板上的分布规律为：从上至下分别为方解石、高岭石、石英和黄铁矿。这与实测结果基本一致,证明了CFD模拟的正确性。 (3)实验揭示了无外加电场调控颗粒荷电条件下静电分选系统中煤粉的分选规律,并指出在摩擦荷电系统的管道壁面上施加正电压能有效提高煤粉的分选效率。实验发现,增加管长、增大气速、减小质量流量、增加电场强度均能提高煤粉的分选效率,现有分选系统对镇雄煤和恒源煤混配而成的煤粉中粒径为38.5-74μm的颗粒分选效率最高,多次分选后精煤灰分含量的极限值为7.20%。进一步通过在摩擦荷电系统中引入外加电场对静电分选过程进行强化。在管道壁面上施加正电压能有效提高煤粉的分选效率,施加负电压将降低煤粉的分选效率。 【关键词】：干粉煤气化 摩擦荷电 静电分选 外加电场 过程强化
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ546
【目录】：

• 致谢5-7
• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 目录11-13
• 第一章 绪论13-15
• 第二章 文献综述15-43
• 2.1 静电学概述15-16
• 2.2 静电分选技术发展简史16-17
• 2.3 静电分选技术的原理17-22
• 2.3.1 电晕静电分选17-18
• 2.3.2 感应静电分选18-20
• 2.3.3 摩擦静电分选20-21
• 2.3.4 三种静电分选技术的比较21-22
• 2.4 摩擦静电分选技术的研究进展22-36
• 2.4.1 国外摩擦静电分选技术的研究进展22-33
• 2.4.2 国内摩擦静电分选技术的研究进展33-36
• 2.5 课题的提出36-37
• 参考文献37-43
• 第三章 摩擦荷电系统中颗粒的摩擦荷电特性研究43-58
• 3.1 摩擦器材质的选择43-48
• 3.1.1 实验装置与原理43-45
• 3.1.2 实验材料45-46
• 3.1.3 实验结果分析46-48
• 3.2 摩擦荷电系统中颗粒的摩擦荷电性质48-56
• 3.2.1 实验装置与原理48-49
• 3.2.2 稀相气力输送过程颗粒摩擦荷电模型49-52
• 3.2.3 结果与讨论52-56
• 3.3 本章小结56-57
• 参考文献57-58
• 第四章 电场分选系统中荷电颗粒的动力学特性研究58-79
• 4.1 电场分选系统58-59
• 4.2 荷电颗粒在电场中运动轨迹的CFD模拟59-68
• 4.2.1 数学模型59-62
• 4.2.2 几何建模与网格划分62-63
• 4.2.3 边界条件63
• 4.2.4 模拟结果与讨论63-68
• 4.3 煤中伴生矿物颗粒在电场中的运动轨迹68-75
• 4.3.1 不同入口气速下单一矿物在电场中的运动轨迹69-72
• 4.3.2 不同粒径单一矿物在电场中的运动轨迹72-75
• 4.4 模型验证75-78
• 4.5 本章小结78
• 参考文献78-79
• 第五章 摩擦静电分选系统的实验研究和过程强化79-104
• 5.1 煤粉摩擦静电分选系统的实验研究79-94
• 5.1.1 实验装置与原理79-80
• 5.1.2 样品及分析方法80-82
• 5.1.3 实验结果分析82-94
• 5.2 基于外加电场调控颗粒荷电量的摩擦静电分选过程强化94-101
• 5.2.1 外加电场对颗粒荷电性质的影响94-99
• 5.2.2 外加电场下煤粉的摩擦静电分选99-101
• 5.3 干粉煤气化工艺煤质调控流程101-102
• 5.4 本章小结102-103
• 参考文献103-104
• 第六章 结论与展望104-107
• 6.1 结论104-106
• 6.2 展望106-107
• 硕士期间科研成果107

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