空氣重介質(zhì)流化床動(dòng)態(tài)分析方法

★加工轉化★空氣重介質(zhì)流化床動(dòng)態(tài)分析方法楊學(xué)瑜王振翀韋魯濱(中國礦業(yè)大學(xué)(北京校區),北京市海淀區學(xué)院路丁11號,100083)摘要提出了空氣重介質(zhì)流化床動(dòng)態(tài)分析方法,它由流化過(guò)程動(dòng)態(tài)分析和分選過(guò)程動(dòng)態(tài)分析組成。通過(guò)探討,認為這些方法為掌握床層密度的均勻性、穩定性以及氣固懸浮流動(dòng)性的控制機制,為提高煤炭分選效率提供了理論基礎關(guān)鍵詞空氣重介質(zhì)流化床小波變換混沌理論室研究階段,未能實(shí)現工業(yè)化。1概述1984年中國礦業(yè)大學(xué)開(kāi)始進(jìn)行流態(tài)化技術(shù)的目前國內外關(guān)于空氣重介質(zhì)流化床分選的研究研究,1989年完成工業(yè)化系統的研究和建設,研制重點(diǎn)一直放在工業(yè)應用的可行性上,應用的基礎研兩段復合式大壓降氣體分布器1994年在黑龍江究遠遠滯后于工程實(shí)踐。而且由于問(wèn)題的復雜性,七臺河市建成了世界首座50th空氣重介質(zhì)流化床如系統存在多尺度相互作用和多種過(guò)程的耦合,采法選煤廠(chǎng)。用常規的均值法難以反映流化和分選系統的內在機中國礦業(yè)大學(xué)現正進(jìn)行空氣重介質(zhì)流化床分選理,也不能滿(mǎn)足生產(chǎn)實(shí)際需要。因此,本文提出空氣的200t/h大型化研究,并被列為國家“九五”攻關(guān)項重介質(zhì)流化床動(dòng)態(tài)分析方法,即首先分析各個(gè)過(guò)程目之一。除了技術(shù)研究和工業(yè)化應用研究外,中國和某一尺度的獨立變化規律,然后綜合考慮不同過(guò)礦業(yè)大學(xué)還在基礎研究方面做了許多工作。例如程之間的耦合和不同尺度之間的關(guān)聯(lián)?？諝庵亟橘|(zhì)通過(guò)對氣固流化床的密度穩定性的研究,揭示了礦流化床動(dòng)態(tài)分析由流化過(guò)程動(dòng)態(tài)分析和分選過(guò)程動(dòng)物在流化床中的分層機理,提出了煤炭在氣固流化態(tài)分析組成。流化過(guò)程動(dòng)態(tài)分析包括加重質(zhì)顆粒速床中的三級分布理論;通過(guò)對粗粒物料(相對于固相度、床層差壓信息的多尺度和混沌分析,分選過(guò)程動(dòng)加重質(zhì))在流化床中的分層研究,針對輕重產(chǎn)物之態(tài)分析包括加重質(zhì)顆粒速度波動(dòng)和床層差壓波動(dòng)對間有一定錯配的現象,提出了粘性錯配效應和運動(dòng)重物受力的影響分析,這些研究為掌握床層密度的錯配效應交互決定其分布結果的觀(guān)點(diǎn)。同時(shí)在氣固均勻性、穩定性以及氣固懸浮流動(dòng)性的控制機制提流化床分選動(dòng)力學(xué)模型及數值模擬方面也進(jìn)行了深高煤炭分選效率提供了理論基礎。入研究,通過(guò)單顆粒動(dòng)力學(xué)模型及數值計算,得到了不同密度與粒度的礦粒在氣固流化床中沉降的深度2國內外研究現狀描述,從而對流化床分選過(guò)程中精煤上浮而矸石下20世紀20年代流態(tài)化技術(shù)剛一問(wèn)世,美國的沉的分層現象用動(dòng)力學(xué)給予了理論解釋T·弗雷瑟( Fraser)就提出了利用流態(tài)化床進(jìn)行塊近年來(lái),日本等國根據中國礦業(yè)大學(xué)的研究報煤分選的設想。接著(zhù),美、蘇等國也開(kāi)始著(zhù)手研究干道一直開(kāi)展跟蹤研究法選煤技術(shù),并先后研制出了各種分選設備。進(jìn)入3存在的問(wèn)題20世紀六七十年代,美國、前蘇聯(lián)和加拿大等國開(kāi)中國煤化工始了空氣重介質(zhì)流化床干法選煤技術(shù)的實(shí)驗研究3.1但是,由于氣體分布器的設置、排料方式和加重質(zhì)的CNMHGL心x不后于選煤的時(shí)間不長(cháng)粒度級配等方面研究不夠,流化床的密度不夠均勻還處于發(fā)展初期,空氣重介質(zhì)流化床干法分選技術(shù)加重質(zhì)返混嚴重,分選精度不理想,至今仍處于實(shí)驗在工業(yè)應用中存在的主要問(wèn)題涉及氣體分布器、分中國煤炭第31卷第3期2005年3月選精度、分選下限和設備的大型化。第一氣體分布經(jīng)放大、離散后保存到計算機中,然后根據需要把數器的抗堵適應性和長(cháng)期運行過(guò)程中的可靠性還有待據轉換成文本格式。顆粒速度由中科院過(guò)程所研制提高;第二是分選精度不高,目前可能偏差Ep值為的光導纖維顆粒測速儀測量,該儀器與計算機相連,0.07g/cm3左右;第三分選下限高,目前的分選下限把數據保存到計算機中。是6mm,但我國生產(chǎn)的原煤6mm以下級別約占由于實(shí)驗所測得的原始信號會(huì )被傳感器、電源60%,3~6mm粒級約占30%;第四是處理能力低,及電磁等干擾,還會(huì )受到噪音信號污染,因此,為保目前的空氣重介質(zhì)流化床分選機的單機處理能力為證信號真實(shí)性需要對原始信號進(jìn)行濾波(或降噪)處50t/h,分選機的單位面積處理能力為5t/h·m2,設理。傳統的濾波采用傅立葉變換濾波,該方法只是備的大型化可以提高處理能力。單純地對頻域濾波,把帶通之外的頻譜不加區分地3.2基礎研究中的問(wèn)題過(guò)濾掉,許多有用的信號也隨之被濾掉。而小波變流化床分選的基礎研究難度在于非均勻的兩相換濾波方法可以在小波分解之后在各個(gè)層次選擇閾結構及由此而產(chǎn)生的多尺度相互作用,屬于典型的值,對噪聲成分進(jìn)行抑制,手段更加靈活。而且此方復雜系統。流態(tài)化分選過(guò)程涉及復雜的寬篩分、多法還兼顧了頻域和時(shí)域。從時(shí)域分析的角度,更容密度組分顆粒體系,需要研究氣體一粒子粒子一粒易體現信號的相似性,但信號的光滑性不太好處理,子、物體一粒子等多尺度、不同作用機制的復雜行因為時(shí)域的分析可以很好地判斷信號的動(dòng)態(tài)性質(zhì);為。由于問(wèn)題的復雜性,目前對空氣重介質(zhì)流化床而在頻域中,可以很方便地過(guò)濾掉高頻的噪聲信號,流化和分選特性的研究遠不能滿(mǎn)足生產(chǎn)實(shí)際的需使得信號無(wú)限光滑,但是在原信號中能量比重很小要。存在的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題有:對多組分加重質(zhì)物理的很多有用的信號成分可能被過(guò)濾掉。性質(zhì)與流態(tài)化質(zhì)量的內在作用規律缺乏認識,對床4.2床層差壓信號的動(dòng)態(tài)分析層密度均勻性、穩定性和流動(dòng)性的控制機制還沒(méi)有床層差壓信號的動(dòng)態(tài)分析主要是對床層差壓信完全掌握;對流態(tài)化分選的動(dòng)力學(xué)特性缺乏定量描號進(jìn)行多尺度分析和混沌時(shí)間序列分析。多尺度分述,如氣固懸浮流變特性、各尺度顆粒在流化床中的析主要討論不同布風(fēng)板(A與B布風(fēng)板)不同床高運動(dòng)規律等。要想實(shí)現空氣重介質(zhì)流化床工業(yè)化的在不同氣速下的床層差壓信號功率譜在多個(gè)尺度上高效干法分選,必須解決上述兩個(gè)關(guān)鍵的科學(xué)問(wèn)題的變化規律。實(shí)驗中釆用多比茨( Daubechies)系列小波函數中的db6作為小波母函數,對數據作六4研究方法尺度的小波分解,然后提取功率特征值,以此反映信理想的分選流化床應具備濃相密度高、低粘度號的能量變化。在小尺度上,細節信息對應信號中和均勻穩定。掌握床層密度的均勻性穩定性以及的高中頻信息,而在大尺度上,則對應信號的低頻信氣固懸浮體運動(dòng)特性是形成分選流化床的關(guān)鍵。由息,如氣泡變化。從試驗數據中發(fā)現,在固定床時(shí),于流態(tài)化這一多相流反應體系本身的復雜性及非確差壓波動(dòng)幅度小,高頻區(1尺度和2尺度)的能量定性,檢測技術(shù)又未臻完善,在定量的準確性上靠理很小,幾乎為零,而能量大多分布在中頻區(3尺度論解決還有相當的困難。在空氣重介質(zhì)流化床干法和4尺度),到起始流化速度后,差壓波動(dòng)幅度變化分選的過(guò)程動(dòng)態(tài)分析中的應用方面的文獻未見(jiàn)報大,但能量的分布發(fā)生了變化,迅速向較低頻率轉道,如測量信號的小波分析與混沌時(shí)間序列分析。移,說(shuō)明氣泡運動(dòng)占主導。為此,筆者運用 Matlab6.5軟件,利用對所測量的床混沌時(shí)間序列分析主要是床層差壓信號的混沌層差壓、加重質(zhì)顆粒速度及待選物料受力數據進(jìn)行識別及不同尺度下的關(guān)聯(lián)維和最大雷朋諾(Lya信號處理,研究床層密度和顆粒速度的動(dòng)態(tài)變化,并 punov)指數2個(gè)混沌參數的變化情況。當氣速增分析兩者的變化對待選物料在床層中受力的影響。加,直至超過(guò)最小流化氣速出現氣泡時(shí),床層壓力開(kāi)4.1信號測量與噪聲處理方法始中國煤化工行為逐漸表現出混采用美國霍尼韋爾公司微差壓傳感器測量床層沌CNMH逐漸由于氣泡的出差壓信號,采用中科院力學(xué)所研制的量程范圍為現和相m而假引敏,且陽(yáng)氣速增加氣泡越來(lái)越0.1~50g的微力傳感器測量,這2種信號接人數字多、越來(lái)越頻繁地出現。這說(shuō)明氣泡是引起流化床動(dòng)態(tài)應變儀中,數字動(dòng)態(tài)應變儀與計算機相連,信號混沌運動(dòng)的根源。最大雷朋諾指數(下轉第51頁(yè))空氣重介質(zhì)秀鬟孺態(tài)分析方板:參與篩子振動(dòng),用于擋料和支撐篩絲板;3—篩(7)篩面采用大傾角:18~3面,博后篩的篩面緊固在激振器的矩形梁上,隨激振(8)在處理潮濕細粒級粘性物料時(shí),篩分效率器同步振動(dòng),振動(dòng)方向與篩面垂直,實(shí)現直線(xiàn)振動(dòng)高處理能力大,是普通篩分設備單位面積處理能力篩面的大小根據現場(chǎng)安裝條件和處理量要求可以多的2~3倍。段自由組合,篩面上的篩絲順向排列,篩分過(guò)程中篩3博后篩的應用絲具有二次振動(dòng)功能,物料在篩面上的運動(dòng)過(guò)程有自清理篩面能力;4—連接橋,用于連接2個(gè)激振器,目前博后篩已先后在山西陽(yáng)城大寧煤礦,河南支撐擋料板和篩絲板;5一彈簧,6—二次減振架,支馬煤業(yè)(集團)千秋礦選煤廠(chǎng)、常村煤礦、楊村煤撐篩面,緩沖激振力,通過(guò)二次減振,彈簧可進(jìn)一步礦,河南永城煤電(集團)城郊礦選煤廠(chǎng),安徽淮南礦降低動(dòng)負荷;7—二次減振彈簧;8-—激振器,產(chǎn)生激業(yè)(集團)謝橋礦選煤廠(chǎng)、祁南礦選煤廠(chǎng),寧煤集團大振力,通過(guò)調整偏心塊可以調節篩子的振幅和振動(dòng)武口選煤廠(chǎng),山東淄博礦業(yè)(集團)許廠(chǎng)礦選煤廠(chǎng),山強度,滿(mǎn)足現場(chǎng)篩分效果和處理能力的需要;9一軟東兗州礦業(yè)集團北宿煤礦,山東肥城礦業(yè)(集團)桃連接,通過(guò)軟連接將動(dòng)力傳給激振器;10—電機,電陽(yáng)煤礦,重慶廣安龍灘煤礦,邯鄲礦業(yè)(集團)云駕嶺機安裝在電機支架上,電機不參與振動(dòng)煤礦等企業(yè)得到廣泛應用,分別用于0~15mm和22特點(diǎn)15~35mm各粒級潮濕煤炭的篩分,處理能力為(1)通過(guò)篩面振動(dòng)及篩箱和機架的二次減振技術(shù),120~2500t,篩分面積為10~50m2。博后篩在這些可使篩子在工作過(guò)程中減少對廠(chǎng)房和地基的動(dòng)負荷。企業(yè)應用后,優(yōu)勢明顯:它能在大處理量的前提下有(2)篩面可根據需要多段組合。效處理潮濕物料而不堵篩孔,工作過(guò)程中始終保持(3)篩面沿篩面的法線(xiàn)方向呈直線(xiàn)振動(dòng)最大的開(kāi)孔率,篩分效率高、振動(dòng)強度和物料運動(dòng)的(4)采用大振幅(15~25mm)大振動(dòng)強度和彈高速度使細粒物料得以快速分層透篩,從而把水分性篩面的工藝參數,有利于料群的松散和快速透篩和粘度對篩分效果的影響降到最低限度。實(shí)踐表物料在篩分過(guò)程中不堵篩孔明,博后篩是處理潮濕細粒級粘性物料最有效的篩(5)篩面上的篩絲順向排列,篩分過(guò)程篩絲有二分設備。次振動(dòng),有自清理篩面的功能。博后篩篩分面積最大可達50m2,是目前世界上(6)由于篩面可以自由組合,解決了篩分設備在難篩物料篩分中最大的篩分設備。大振動(dòng)強度下篩子的大型化問(wèn)題。(責任編輯康淑云)(上接第49頁(yè))對應尺度較大,對床層運動(dòng)的低料受力的影響。氣泡的產(chǎn)生、上升、合并、破裂會(huì )引頻成分,即氣泡的行為更敏感,而關(guān)聯(lián)維數則對應起加重質(zhì)顆粒速度的波動(dòng)顆粒速度的波動(dòng)引起待尺度較小,對高頻成分,即顆粒的運動(dòng)更敏感選物料受力的波動(dòng),但對物料分選影響不大。床層4.3加重質(zhì)顆粒速度的動(dòng)態(tài)分析差壓變化反映的是床層密度的變化,礦物分選所用首先采用均值法從宏觀(guān)上分析空氣重介質(zhì)流化流化床,要求在比分選粒度下限還要小很多的空間床中加重質(zhì)顆?？傮w運動(dòng)規律,然后采用小波變換里床層的平均密度保持均勻穩定,物料分選的效果方法,對加重質(zhì)顆粒速度進(jìn)行多尺度分析,從而揭示才會(huì )好。通過(guò)數據分析發(fā)現,當待選物料(以不同直顆粒速度的自相似性、分岔等具有混沌特征的微觀(guān)徑的圓球代表被選礦粒)在床層中占有足夠大的空結構,最后采用混沌時(shí)間序列分析方法計算顆粒速間時(shí),該空間各點(diǎn)的平均密度穩定符合阿基米德度時(shí)間序列的關(guān)聯(lián)維,驗證顆粒運動(dòng)的混沌特性。定理,礦粒在床層中所受的浮力才能使物料按密度通過(guò)分析,本文認為顆粒脈動(dòng)速度具有自相似分層。而細粒級礦粒,在床層內占有的空間很小,性、分岔等具有混沌特征的微觀(guān)結構。顆粒速度時(shí)在這個(gè)得小空間內冬占的平均密度不穩定,難以按間序列具有為正分數的關(guān)聯(lián)維,說(shuō)明空氣重介質(zhì)流照中國煤化工響細粒物料的分選精化床是一個(gè)混沌動(dòng)力學(xué)系統。CNMHG度的增大,物料按密4.4待選物料受力的動(dòng)態(tài)分析度分層效果越好。分析加重質(zhì)顆粒速度和床層差壓變化對待選物(責任編輯康淑云)博后篩的結構特點(diǎn)及其應用