面向煤泥水絮凝需求的浓缩机入料井流场能耗分布优化

煤泥水的絮凝沉降是选煤工艺中的重要环节，提高絮凝效率，有助于高效的煤泥水分离。现行煤泥水絮凝工艺和设备未充分考虑絮凝动力学对絮凝过程水力环境的需求，有很大的提升空间。 项目基于絮凝动力学理论，通过数值方法得到了煤泥水絮凝过程ε-G-t动力模型，用于指导絮凝装置（浓缩机入料井）的结构设计和优化。基于此模型，设计了螺旋导流和降流式梯级流化床两种结构形式的新型絮凝装置。通过CFD模拟研究了螺旋导流装置中流场能耗分布；通过CFD-DEM模拟研究了流化床中颗粒的碰撞概率；通过XDLVO-CFD-DEM模拟研究了煤-煤、煤-伊利石颗粒的碰撞与粘附作用。并分别在两种结构形式的絮凝装置中进行了煤泥水絮凝沉降实验，考察了表观流速、充填颗粒等对絮凝效果的影响。 项目研究结果表明，采用ε-G-t动力模型指导设计的絮凝装置，满足絮凝动力需求，能够较好地絮凝煤泥水。螺旋导流装置的能量耗散集中在靠近螺旋外壁处，螺旋式设计使颗粒在离心力作用下浓缩于外壁附近，有助于颗粒的碰撞絮凝；体积加权湍动能在0.0068 m2s-2~0.0027 m2s-2之间，体积加权有效能耗在0.166 m2s-3~0.042 m2s-3之间，有利于保证较好的絮凝效果。梯级流化床通过分级充填颗粒的密度和粒度，可自然形成多级速度梯度和微涡尺度的流化床，符合絮凝动力需求，改善效果明显，絮体平均粒径可达523.29微米。CFD-DEM模拟说明了充填颗粒尾涡对于提高煤泥颗粒碰撞概率的促进作用。XDLVO-CFD-DEM模拟揭示了颗粒絮凝的碰撞和粘附过程，说明XDLVO作用力在絮凝过程中的重要作用，与实验结果吻合。 项目提出的ε-G-t絮凝动力模型对于絮凝装置优化设计有重要指导作用；螺旋导流和梯级流化床结构能够用于生产实际，特别是梯级流化床设计，有望在不改变现有浓缩机入料井结构的情况下，通过局部充填，提供高絮凝效率，具有良好的应用前景；项目还证明了XDLVO-CFD-DEM絮凝过程模拟方法的可行性，为絮凝过程的直接模拟提供了新的途径。 2100433B

絮凝效率决定了煤泥水的处理效率，因而对选煤厂的正常运行有直接影响。作为煤泥絮凝成长的主要场所，高效浓缩机入料井的结构及其流场对絮凝沉降有重要影响，但规律尚不明确。因此，本项目从絮凝动力学理论出发，以絮体的临界破碎速度梯度为关键参数，建立絮凝流场的理论最佳能耗分布模型；以简单闭合式入料井为初始流场模型、EDLVO理论为颗粒作用能模型，采用计算流体力学（CFD）与离散元（DEM）模拟相结合的方法，分析入料井中的流场特征及煤泥颗粒在其中的絮凝成长规律及其影响因素，结合最佳能耗分布模型，建立流体能量耗散和作用时间与絮体粒径的关系模型，阐明浓缩机入料井中流体能量耗散分布同煤泥颗粒絮凝成长的协同关系；探讨以能量耗散分布-作用时间为控制指标的浓缩机入料井结构优化与放大设计方法。项目成果将为煤泥水絮凝沉降设备设计和高效絮凝技术的开发提供理论指导。

第十条 入井人员必须戴安全帽(系好帽带)、穿戴好劳动防护用品，随身携带自救器、矿灯，按规定携带瓦斯便携仪;严禁酒后、携带烟草及点火物品、穿化纤衣服入井;严禁拆卸及摔打矿灯。

第十一条 检身内容及要求：

(一)劳动保护用品(工作服、安全帽、胶鞋、毛巾)未穿戴整齐者不准入井。

(二)自救器、矿灯未随时携带者不准入井。

(三)测量酒精，酒精含量达到检测仪器报警值者不准入井。

(四)烟草和点火物品携带者不准入井。

(五)穿化纤衣服者不准入井。

(六)携带大件或小件未放入工具包者不准入井。

(七)精神状态可疑者不准入井 。

(八)未带证件者不准入井(对应岗位证件等)。

(九)没有入井牌者不准入井。

第十二条 各单位入井人员班前会结束后，以区队为单位在规定入井时间内到副井口等候室，对迟到者原则上不允许再入井，有特殊情况必须请示矿调度室，得到允许后方能入井。

第十三条 机电一队严格执行各班次的入井时间，保证准时开罐，无特殊原因不按时开罐者，对机电一队值班队干罚款100元/次。

第十四条 入井人员在接受酒精检测时不得触摸酒精检测仪，待检测仪检测结果显示正常后方可准予入井。

第十五条 所有人员要凭入井牌入井，入井乘罐必须听从把钩工的指挥，自觉接受验身，且不得代替他人投牌。

外来人员(集团公司以外)必须经安全培训方可入井，安全责任由牵头、主办(主管)单位负责。

第一十六条 如有特殊情况需在主井升、入井时，入井秩序由机电一队结合矿相关科室维持。

在煤泥水浓缩脱水与澄清作业中，采用絮凝剂使悬浮液中的微细颗粒形成絮团而加速沉降的过程。在煤泥水中悬浮的颗粒表面上存在双电层，形成稳定的悬浮液体系，阻碍煤泥沉降。添加絮凝剂后，借助于凝聚与絮凝作用，破坏悬浮稳定性。絮凝剂包括无机凝聚剂与有机高分子絮凝剂两大类。添加凝聚剂，可压缩颗粒表面双电层的厚度，产生凝聚，称凝聚作用。添加有机高分子絮凝剂，借助于其线型大分子上极性基团，特别是氢键的作用，牢固地吸附在颗粒表面，在颗粒间形成桥连，促使颗粒聚集成团，称絮凝作用。

煤泥水处理是湿法炼焦煤选煤厂建设中投资最大的工艺环节，也是选煤厂生产和管理中最重要、最复杂的系统，几乎涉及选煤厂的各有关环节，其建设、运行和管理的好坏直接关系到选煤厂的经济效益和社会效益。本书重点介绍了煤泥水处理的内容和任务，煤泥水体系的性质及其测定和分析，煤泥水的絮凝、凝聚原理与实践，煤泥水分级、浓缩、澄清、产品脱水的工艺与设备，煤泥水处理的流程及其内部结构，煤泥水系统的管理和运行。本书从以上几方面进行较为系统和通俗的阐述，力求从系统工程的角度出发，理论与实践并重，深入浅出地反映煤泥水处理系统的内涵和相互间的联系，并尽可能全面而又通俗地介绍这些方面的有关理论和实践经验。通过这一系列内容的介绍，使读者对复杂的煤泥水处理系统能有一个较为完整的理解和认识，同时也提供了详尽的参考资料。

本书主要为广大的选煤工作者以及相关的管理者学习和参考之用，也可供大专院校选矿工程、矿物加工工程、环境工程等专业教学参考之用。2100433B