【摘要】：煤炭是我國能源結(jié)構(gòu)最重要的組成部分,2016年能源消費總量43.6億噸標準煤,煤炭在我國能源消費中的比重達到62%,其中約有一半的煤炭用于燃燒發(fā)電。在燃煤發(fā)電過程中,高能耗與污染性氣體排放等問題使燃煤電廠實現(xiàn)節(jié)能減排的目標面臨著巨大的挑戰(zhàn)。在電廠磨機制粉過程中,高密度、高硬度的礦物質(zhì)可磨性差,會聚集在返料中并被反復循環(huán)研磨。磨機的研磨物料是由煤和大量的返料組成的,而返料中不同性質(zhì)的礦物質(zhì)對煤的研磨特性的影響規(guī)律各不相同。本文以燃煤電廠廣泛使用的E型中速磨煤機為研究對象,通過實驗室研磨試驗與數(shù)值模擬試驗相結(jié)合的方法,研究了礦物質(zhì)特性對煤研磨過程的影響規(guī)律。首先使用現(xiàn)代分析儀器對分離器返料進行礦物學分析,得知返料中的礦物質(zhì)主要為:鋁硅酸鹽類礦物、石英和黃鐵礦,三種礦物質(zhì)含量不同、嵌布粒度各異、硬度差距較大。據(jù)此,選用高嶺石、石英、黃鐵礦分別與-1.25+0.71 mm粒級的煤樣進行摻混,制備混合物料,通過改變混合物料中礦物質(zhì)的含量、粒度與種類來模擬研究礦物質(zhì)特性對煤研磨過程的影響。利用加裝功率測量裝置的哈氏可磨儀進行實驗室混合物料研磨試驗,研究了煤的研磨行為及能耗規(guī)律。結(jié)果表明:高硬度的礦物質(zhì)(本研究中為黃鐵礦、石英)能夠?qū)γ浩鸬街プ饔�、促進煤的研磨,而細粒級(本研究中為-0.09 mm)礦物質(zhì)則對煤起到緩沖和保護作用、阻礙煤的研磨;礦物質(zhì)的富集會加劇高硬度和細粒級礦物質(zhì)對煤研磨過程的影響,當?shù)V物質(zhì)含量低于33.33%時,礦物質(zhì)硬度對煤研磨的影響作用較大,而當?shù)V物質(zhì)含量高于33.33%時,礦物質(zhì)粒度對煤研磨的影響作用較大;煤在混合物料中的研磨規(guī)律不完全符合原一級磨礦動力學模型,需引入與物料性質(zhì)有關(guān)的參數(shù)m,并用tm替換時間參數(shù)t來進行修正;基于修正后的一級磨礦動力學模型對能量—粒度減小模型進行參數(shù)優(yōu)化,建立了涵蓋礦物質(zhì)含量的研磨能量模型,通過數(shù)據(jù)擬合得出相應(yīng)的影響參數(shù);利用參數(shù)優(yōu)化后的能量—粒度減小模型研究了混合研磨中的能量分配問題,當?shù)V物質(zhì)為-0.09mm的高嶺石、石英、黃鐵礦時,煤在研磨時的能量占比小,且隨礦物質(zhì)含量和硬度的增加而單調(diào)遞減,當?shù)V物質(zhì)為-1.25+0.71 mm和-0.3+0.2 mm石英時,煤在研磨時的能量占比隨礦物質(zhì)含量的增加而先增大后減小,當?shù)V物質(zhì)含量超過50%時,煤在研磨時的能量占比逐漸降低,研磨效率也隨之降低。在實驗室研磨試驗的基礎(chǔ)上,建立了EDEM數(shù)值模擬模型。通過顆粒替換模型和顆粒黏結(jié)力模型模擬物料磨碎的過程;使用C++程序自行編譯磨盤運動模型,實現(xiàn)了對哈氏可磨儀恒壓研磨過程的模擬;通過實驗室堆積角測定試驗與EDEM模擬堆積角試驗,結(jié)合GEMM數(shù)據(jù)庫信息及數(shù)值模擬試驗,確定了數(shù)值模擬試驗中的材料參數(shù),并設(shè)置了數(shù)值模擬的其它操作條件和基本參數(shù)。對數(shù)值模擬試驗結(jié)果進行后處理結(jié)果分析,得到了黏結(jié)鍵的斷裂情況、顆粒的運動、受力、能耗和顆粒間的碰撞次數(shù)、碰撞能耗等數(shù)據(jù),分別從煤顆粒的運動及碰撞、受力及能量的角度,揭示了研磨時間、礦物質(zhì)含量及礦物質(zhì)硬度對混合物料中煤研磨的影響規(guī)律。結(jié)果表明,煤在高硬度礦物質(zhì)的影響下平均受力大、碰撞次數(shù)多、能量損耗大,所以煤的研磨程度高,但當混合物料中礦物質(zhì)含量升高時,煤顆粒的受力減小、碰撞次數(shù)減少、能量損耗減小,使煤的研磨程度降低。EDEM數(shù)值模擬結(jié)果與實驗室研磨試驗現(xiàn)象相同、規(guī)律一致,說明數(shù)值模擬試驗結(jié)果具有較高的可信度,從微觀顆粒動力學角度揭示了礦物質(zhì)特性對煤研磨過程的影響機理。
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【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TD453

【參考文獻】

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本文編號：2402947