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。
【作者】郭健；
【导师】王靖岱；黄正梁；阳永荣；
【作者基本信息】浙江大学，化学工程，2014，硕士
【关键词】干粉煤气化；摩擦荷电；静电分选；外加电场；过程强化；

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