【摘要】：本文建立了煤泥絮體特征參數(shù)動(dòng)態(tài)提取系統(tǒng),針對(duì)煤泥絮體圖像處理時(shí)存在模糊絮體識(shí)別困難的問(wèn)題,提出了基于絮體“清晰度”自動(dòng)剔除模糊絮體提取絮體特征參數(shù)的方法,開(kāi)發(fā)了煤泥絮體特征參數(shù)快速、準(zhǔn)確自動(dòng)提取軟件;研究了煤泥水凝聚、絮凝及混凝過(guò)程中形成的絮體顆粒微觀形態(tài)、絮體大小及分布、絮體結(jié)構(gòu)等特征參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律及機(jī)理;探索了凝聚劑、絮凝劑、混凝劑種類(lèi)和用量以及機(jī)械攪拌強(qiáng)度對(duì)絮體特征參數(shù)的影響;推導(dǎo)了基于絮體分形維數(shù)動(dòng)力學(xué)調(diào)控煤泥水沉降效果的函數(shù)表達(dá)式并結(jié)合試驗(yàn)驗(yàn)證了可行性,提出在煤泥水難沉降的選煤廠二段濃縮前設(shè)置基于絮體分形維數(shù)的調(diào)控系統(tǒng),為實(shí)現(xiàn)難沉降煤泥水高效沉降濃縮提供了可行的解決思路。主要結(jié)論如下:(1)煤泥水凝聚過(guò)程中絮體顆粒的粒徑分布服從冪函數(shù)分布,對(duì)應(yīng)的擬合R~2值均大于0.95,冪函數(shù)分布參數(shù)β是凝聚動(dòng)力學(xué)研究中的顆粒碰撞系數(shù),可以用來(lái)表示凝聚過(guò)程動(dòng)力學(xué)致因;煤泥水絮凝過(guò)程中絮體顆粒的粒度分布服從分形分布和對(duì)數(shù)正態(tài)分布,分形分布參數(shù)D_L表征的是絮體顆粒粒度分布復(fù)雜(不均勻)程度的參數(shù),D_L數(shù)值越小,絮體顆粒粒度分布越窄;煤泥水混凝過(guò)程中絮體顆粒的粒度分布整體上服從分形分布和對(duì)數(shù)正態(tài)分布,雖然在攪拌時(shí)間0-20 s時(shí)擬合效果不好,擬合R~2值存在較小的情況,但是隨著攪拌時(shí)間的延長(zhǎng),絮體顆粒的粒徑分布的擬合效果變好,對(duì)應(yīng)的擬合R~2值均達(dá)到0.97以上。(2)煤泥水凝聚過(guò)程中形成的絮體顆粒粒徑均值隨攪拌時(shí)間延長(zhǎng)的變化規(guī)律一致,均是先迅速增大,在攪拌時(shí)間為15-30s時(shí)達(dá)到最大值,而后緩慢減小,直至趨于穩(wěn)定值;煤泥水的凝聚過(guò)程可分為四個(gè)階段:接觸階段、凝聚絮體顆�？焖匍L(zhǎng)大階段、凝聚絮體破碎階段及動(dòng)態(tài)平衡階段;在速度梯度為104s~(-1)時(shí),絮體顆粒粒徑均值隨著凝聚劑用量的增加而增大,尤其是從凝聚劑濃度0.1 mmol/L增加到0.5 mmol/L時(shí),絮體顆粒粒徑增加非常明顯;在凝聚劑濃度均為0.5 mmol/L時(shí),絮體顆粒粒徑均值隨著速度梯度的增大先增大,在速度梯度104s~(-1)時(shí)達(dá)到最大值,而后逐漸減小,說(shuō)明速度梯度為104s~(-1)即為該凝聚劑濃度下適宜的速度梯度;添加CaCl_2條件得到絮體顆粒粒徑均值比添加NaCl的條件下的大。(3)煤泥水凝聚過(guò)程中形成的絮體分形維數(shù)隨著攪拌時(shí)間的延長(zhǎng)均是先迅速增大,達(dá)到最大值后,絮體分形維數(shù)值逐漸減小;在速度梯度為104s~(-1)時(shí),絮體分形維數(shù)隨凝聚劑濃度的增大先迅速增大,分別在C_(Nacl)=0.7 mmol/L和C_(CaCl_2)=0.5 mmol/L條件下使得煤泥絮體分形維數(shù)值取得最大值,而后緩慢減小;在凝聚劑濃度為0.5 mmol/L時(shí),絮體分形維數(shù)值均是隨著速度梯度的增大先增大,在速度梯度為104s~(-1)時(shí)達(dá)到最大值,而后逐漸減小,說(shuō)明速度梯度104s~(-1)即為該凝聚劑濃度下,最佳的速度梯度,使得煤泥絮體分形維數(shù)達(dá)到最大值;添加CaCl_2得到的絮體分形維數(shù)比添加NaCl對(duì)應(yīng)的絮體分形維數(shù)大,但是其對(duì)應(yīng)的凝聚過(guò)程需要更長(zhǎng)攪拌時(shí)間,以促使凝聚絮體顆粒結(jié)構(gòu)達(dá)到最密實(shí)的狀態(tài)。(4)煤泥水絮凝過(guò)程中形成的絮體顆粒粒徑均值隨著攪拌時(shí)間的延長(zhǎng)在高絮凝劑用量或低速度梯度條件下,均是先迅速增大而后緩慢減小直至趨于穩(wěn)定狀態(tài),在其他條件絮體顆粒粒徑均值隨攪拌時(shí)間的延長(zhǎng),均是先迅速增大而后逐漸減小,直至趨于穩(wěn)定狀態(tài);煤泥水的絮凝過(guò)程可以分為兩種類(lèi)型:a)接觸階段、絮凝絮體顆�？焖匍L(zhǎng)大階段及絮凝絮體動(dòng)態(tài)平衡階段;b)接觸階段、絮凝絮體顆�？焖匍L(zhǎng)大階段、絮凝絮體破碎階段及絮凝絮體動(dòng)態(tài)平衡階段。(5)煤泥水絮凝過(guò)程中形成的絮體分形維數(shù)值隨著攪拌時(shí)間的延長(zhǎng),先減小而后趨于波動(dòng)平衡狀態(tài),且隨著絮凝劑用量的增大而增大,說(shuō)明絮凝劑用量越大,形成的絮體結(jié)構(gòu)越密實(shí);在低絮凝劑用量1mg/L和2mg/L時(shí),煤泥絮體分形維數(shù)值隨著速度梯度的增大而減小,在高絮凝劑用量3mg/L和4mg/L時(shí),煤泥絮體分形維數(shù)值分別在速度梯度為104s~(-1)和139 s~(-1)取得最小值,對(duì)應(yīng)的絮體結(jié)構(gòu)疏松,在速度梯度為178 s~(-1)條件下形成的絮體分形維數(shù)最大,對(duì)應(yīng)的絮體結(jié)構(gòu)密實(shí)。(6)煤泥水混凝過(guò)程中形成的絮體顆粒粒徑均值隨著攪拌時(shí)間的延長(zhǎng),先迅速增大,而后趨于穩(wěn)定,煤泥水混凝過(guò)程可分為三個(gè)階段:接觸階段、絮體顆粒快速長(zhǎng)大階段和絮體顆粒動(dòng)態(tài)平衡階段;當(dāng)C_(NaCl)在0～0.7 mmol/L時(shí),煤泥絮體顆粒粒徑均值隨著凝聚劑濃度的增大迅速減小;當(dāng)C_(NaCl)0.7mmol/L時(shí),煤泥絮體顆粒粒徑均值隨著凝聚劑濃度的繼續(xù)增大減小緩慢直至趨于穩(wěn)定,可知C_(NaCl) =0.7 mmol/L即為最佳的凝聚劑濃度。與此類(lèi)似,C-(CaCl_2) =0.5mmol/L為最佳的凝聚劑濃度。(7)煤泥水混凝過(guò)程中形成的絮體分形維數(shù)隨著攪拌時(shí)間的延長(zhǎng),先迅速增大,達(dá)到最大值后緩慢減小直至趨于穩(wěn)定;當(dāng)C_(NaCl)在0～0.7 mmol/L時(shí),煤泥絮體分形維數(shù)值隨著C_(NaCl)的增大迅速增大,當(dāng)C_(NaCl)0.7mmol/L后,隨著C_(NaCl)繼續(xù)增大,煤泥絮體分形維數(shù)先減小而后基本趨于穩(wěn)定,可知C_(NaCl)=0.7 mmol/L即為最佳凝聚劑用量使得絮體分形維數(shù)達(dá)到最大值。與此類(lèi)似,C_(CaCl_2)=0.5 mmol/L為最佳的凝聚劑用量使得煤泥絮體分形維數(shù)達(dá)到最大值。(8)煤泥絮體的密度、孔隙率、沉降速度、絮體強(qiáng)度等均可用分形維數(shù)的函數(shù)表征,通過(guò)量綱和諧原理分析推導(dǎo)了基于分形維數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)與動(dòng)力學(xué)控制指標(biāo)的函數(shù)表達(dá)式:D_f=K·f_4(GT,Fr),并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了基于分形維數(shù)動(dòng)力學(xué)調(diào)控煤泥水沉降效果的可行性。(9)煤泥水絮凝過(guò)程最適宜的能耗分配方案為:G_1T_1=5340;G_2T_2=920;煤泥水絮凝過(guò)程中快速攪拌和慢速攪拌適宜的剪切強(qiáng)度控制范圍為:F_(r1)=1.96～17.26,F_(r2)=0.77-1.99;煤泥水絮凝過(guò)程中兩階段分形維數(shù)的最佳控制范圍為:快速攪拌階段D_(f1)=1.952-2.107,慢速攪拌階段D_(f2)=1.896-1.918;煤泥水混凝過(guò)程最適宜的能耗分配方案為:G_1T_1=1390;G_2T_2=3560,G_3T_3=1780;混凝過(guò)程中凝聚攪拌、絮凝快速攪拌和慢速攪拌適宜的剪切強(qiáng)度控制范圍為:F-(r1)=3.93-7.02,F_(r2)=5.75-11.51,F-(r3)=0.77-2.88;混凝過(guò)程中三個(gè)階段絮體分形維數(shù)的最佳控制范圍為:凝聚攪拌階段D_(f1) = 1.5 69-1.717,絮凝快速攪拌階段D_(f2) = 1.7 61-1.8 86,絮凝慢速攪拌階段D_(f3)=1.947-2.105。(10)在煤泥難沉降選煤廠,可以建立基于絮體分形維數(shù)動(dòng)力學(xué)調(diào)控系統(tǒng),通過(guò)控制能耗輸入GT和剪切強(qiáng)度Fr等指標(biāo)實(shí)現(xiàn)對(duì)絮體的分形維數(shù)調(diào)控,使得到的絮體顆粒具有一定的密度和強(qiáng)度,從而保證絮體的沉降性能,為后續(xù)沉降濃縮和脫水創(chuàng)造良好條件。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TD94
【圖文】：

溢流作循環(huán)水返回分選系統(tǒng)循環(huán)使用，底流全部用壓濾機(jī)或過(guò)濾機(jī)回收煤泥的處理工藝（圖1.1），而許多大中型選煤廠，往往由于入洗原煤性質(zhì)不穩(wěn)定或分選設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性差等原因，導(dǎo)致煤泥水沉降效果較差，普遍采用二段濃縮、二段回收的處理工藝（圖1.2）。圖 1.1 單段濃縮、單段回收流程Fig.1.1 Single-stage enrichmentsingle-stagerecovery process圖 1.2 兩段濃縮、兩段回收流程Fig.1.2 Two enrichmenttwo recoveryprocesses

導(dǎo)致煤泥水沉降效果較差，普遍采用二段濃縮、二段回收的處理工藝（圖1.2）。圖 1.1 單段濃縮、單段回收流程Fig.1.1 Single-stage enrichmentsingle-stagerecovery process圖 1.2 兩段濃縮、兩段回收流程Fig.1.2 Two enrichmenttwo recoveryprocesses

機(jī)的正常運(yùn)行。為實(shí)現(xiàn)清水洗煤，尾煤濃縮機(jī)溢流濃度小于 0.5 g/L；為保證壓濾脫水設(shè)備性能和處理量，濃縮機(jī)底流濃度要求 300-400 g/L，因此煤泥水沉降效果通常用濃縮機(jī)溢流濃度和底流濃度進(jìn)行評(píng)價(jià)，而在實(shí)驗(yàn)室燒杯試驗(yàn)中，煤泥水沉降效果通常采用上清液濁度、渾液面沉降速度以及沉降后壓實(shí)層厚度來(lái)定量表征。無(wú)論是生產(chǎn)實(shí)際還是實(shí)驗(yàn)室條件下選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)都是煤泥水沉降效果間接反映，而煤泥水沉降過(guò)程中形成絮體的特性是沉降效果的直接反映，是聯(lián)系沉降濃縮過(guò)程和后續(xù)脫水的關(guān)鍵。絮體的大小和密度決定了其在沉降過(guò)程的沉降速度；絮體的強(qiáng)度決定了其在紊動(dòng)水流中抵抗破壞的能力以及后續(xù)壓濾脫水性能。因此，從微觀方面研究煤泥水沉降過(guò)程中絮體特性的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，探索影響煤泥水沉降的各因素對(duì)絮體性能的影響，并在此基礎(chǔ)上基于絮體分形維數(shù)調(diào)控煤泥水沉降過(guò)程中理想絮體的形成，對(duì)于實(shí)現(xiàn)煤泥水混凝目的及洗水閉路循環(huán)具有重要意義。1.2 影響煤泥水混凝效果的因素影響煤泥水的沉降效果的因素眾多，如圖 1.3 所示。

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4 阮

本文編號(hào)：2756201