振动流化床干法分选细粒煤的基础研究

煤炭是我国的主体能源，占世界总产量的46%。我国2/3以上的煤炭资源分布在西部缺水地区，研究煤炭高效干法脱硫降灰十分重要。将外来振动能量引入普通气固流化床，形成气固振动流化床，提升其分选性能，为煤炭的干法脱硫降灰提供一种有效方法和途径。研究内容：(1) 振动流化床的形成过程及机理，振动能量在流化床中的传递规律及对床层分选性能的激发机理；(2)振动抑制气泡生成的机理；(3) 振动等复合力场作用下，达到均匀稳定流化状态参数的协同优化；(4)以细粒煤和固相加重质为研究物质，在振动流态化状态下细粒煤颗粒的统计物理学特性，包括速率分布特性，动力学演化特性等；细粒煤和加重质颗粒的统计分布特性；(5) 细粒煤炭在振动流化床中的运移、分离过程，建立相关数学模型，采用流体分析软件，对分离过程进行数值模拟；(6)设计连续分选研究系统，进行连续的分选实验，对工艺、结构、操作等参数优化，为工业化应用提供依据。

煤炭是我国的主体能源。我国2/3以上的煤炭分布在干旱缺水地区，且我国年轻易泥化的褐煤资源丰富，难以采用耗水量大的湿法分选技术，亟需发展高效干法选煤技术。随着综采技术的广泛应用，原煤中细粒煤(-6 mm)产率大幅上升，有的高达70%，而现有较为成熟的干选技术主要处理粗粒煤，因而研究和发展高效的细粒煤干法分选技术具有重大意义。.本项目将振动能量引入到细粒煤流态化体系中，提高细粒煤床层的流化性能，揭示强化颗粒按密度分离的振动流态化分选环境的构成要素和形成机制，并提出振动流态化分选操作参数协同优化机制，建立细粒煤振动流态化干法分选理论体系，从而实现细粒煤的高效分选。项目通过4年的研究，取得了如下研究成果：(1) 揭示了振动场、气流场改善气固流态化颗粒系统的力学特性及流化质量的协同机制；(2) 揭示了细粒煤流态化体系中振动能量的作用及传递机制，提出了振动和气流的协同作用对床层活性的激发及消泡机理；(3) 揭示了影响细粒煤振动流态化分选效果的扰动因子及其显著性，提出了细粒煤振动流态化分选的稳定理论；(4) 揭示了基于密度离析分离机制的细粒煤振动流态化分选机理，提出了振动流态化状态下基于势能理论的细粒煤分选自发性模型；(5) 揭示了振动和气流复合力场作用下达到均匀稳定流化状态以及良好分选效果的参数协同优化；(6) 研制了连续式振动流化床分选试验系统，建立了细粒煤在振动流化床中颗粒系统运动特性的数学模型，采用该系统分选-6+3 mm和-3+1 mm两种粒级细粒煤可能偏差E值分别为0.19~0.225和0.175~0.195。.本项目研究成果具有重要的科学意义与工程意义。从整个流态化科学领域而言，通过将振动流态化基本理论与矿物加工理论相结合，提出了基于密度离析分离机制的细粒煤振动流态化分选方法，拓展了振动流态化理论的应用范畴；同时，细粒煤振动流态化分选理论丰富了矿物加工学科细粒物料重选理论。本项目基于振动流态化分选理论研发了分选设备及工艺，能够实现细粒煤的高效分选，提高煤炭产品的洁净程度，促进煤炭行业节能减排。同时，细粒煤振动流态化分选方法将与已工业化的粗粒煤干法分选技术形成全粒级煤炭干法分选解决方案，将极大地提高干法选煤的推广竞争力，为细粒煤分选提质的大规模工业应用奠定了基础，促进我国西部干旱缺水地区煤炭的高效加工和清洁利用，对世界其他缺水地区的煤炭洁净加工利用也起到推动作用。