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《中国矿业大学》 2009年
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空气重介磁稳定流化床分选细粒煤的基础研究

宋树磊  
【摘要】: 空气重介流化床是一项高效干法选煤技术,可以成功处理50~6mm级粗粒煤的分选,但是由于气泡的存在而引起加重质一定程度的返混,所以分选粒度下限较高,无法满足6mm煤炭的高效分选要求。通过引入磁场能量使空气重介流化床成为磁稳定流化床,可减小甚至消除流化床中的气泡,从而改善流态化质量,甚至达到气固散式流态化,是解决6mm级细粒煤炭的高效干法分选方法。 本论文主要研究了加重质的物理化学性质及其在磁稳定流化床中的流化特性;磁稳定流化床的消泡机理及密度稳定性;磁稳定流化床的屈服应力、表观粘度和流动性等流变学性质;颗粒在磁稳定流化床中的运动机理,建立了颗粒运动的动力学方程;错流磁稳定流化床中以模拟颗粒和6mm细粒煤的分选实验。 磁铁矿粉、磁珠和硼铁矿粉三种加重质的物理化学性质的研究表明三种加重质都是强磁性物质,有一定的强度、耐磨性和抗氧化性,可以作为空气重介质磁稳定流化床的分选介质。加重质的流化特性说明,初始流化速度Umf与磁场强度无关,而起始鼓泡速度Umb、颗粒带出速度Ut、稳定操作速度范围以及床层膨胀率随着磁场强度的增大而增大。外加磁场使磁性介质形成磁链是磁稳定流化床消除气泡的主要原因。密度稳定性研究表明磁稳定流化床的床层压力波动极小,始终处于稳定状态,且密度分布均匀;而普通流化床的压力波动较为明显,密度分布不均匀。 拉板法测量磁稳定流化床屈服应力的研究表明屈服应力随床层深度的增加而变大,随磁场强度的增大而变大,随流化气速的增大而减小。同一磁性介质的不同粒级形成的磁稳定流化床的屈服应力随着介质粒度的减小而变大。落球法测量表观粘度的研究表明表观粘度随流化速度的增大减小,随磁场强度的增大而增大。借助Design-Expert试验设计软件对屈服应力和表观粘度进行正交试验,通过方差分析寻找显著影响因素,并得到了屈服应力和表观粘度的公式。错流磁稳定流化床的流动性实验表明增大床体倾角和流化气速使流动性增强,增大介质流量、磁场强度使流动性降低。并探讨了错流磁稳定流化床拟流体的本构关系。 利用颗粒高速动态分析系统研究颗粒沉降的试验表明颗粒在磁稳定流化床中所受到的阻力可分为二部分:运动阻力和磁稳定流化床的屈服力,且屈服力对颗粒的作用非常大。基于以上的受力分析建立了颗粒沉降的动力学方程。 在自行设计研制的错流磁稳定流化床分选模型机中研究了直径为4~4.5mm模拟颗粒和6mm细粒煤的分选。模拟颗粒的分选实验重点研究了磁场强度和流化气速对分选效果的影响,为6mm细粒煤的分选探索最佳的操作条件。6mm细粒煤中-6+3mm、-3+1mm和-1+0.5mm三个粒级以及-6+0.5mm混合粒级细粒煤进行了分选,结果表明:错流磁稳定流化床可以实现-6+0.5mm粒级细粒煤的分选,分选结果的可能偏差Ep=0.068~0.095g/cm3。
【学位授予单位】:中国矿业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TD94

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