★加工轉(zhuǎn)化★空氣重介質(zhì)流化床動態(tài)分析方法楊學瑜王振翀韋魯濱(中國礦業(yè)大學(北京校區(qū)),北京市海淀區(qū)學院路丁11號,100083)摘要提出了空氣重介質(zhì)流化床動態(tài)分析方法,它由流化過程動態(tài)分析和分選過程動態(tài)分析組成。通過探討,認為這些方法為掌握床層密度的均勻性、穩(wěn)定性以及氣固懸浮流動性的控制機制,為提高煤炭分選效率提供了理論基礎關鍵詞空氣重介質(zhì)流化床小波變換混沌理論室研究階段,未能實現(xiàn)工業(yè)化。1概述1984年中國礦業(yè)大學開始進行流態(tài)化技術的目前國內(nèi)外關于空氣重介質(zhì)流化床分選的研究研究,1989年完成工業(yè)化系統(tǒng)的研究和建設,研制重點一直放在工業(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踐。而且由于問題的復雜性,七臺河市建成了世界首座50th空氣重介質(zhì)流化床如系統(tǒng)存在多尺度相互作用和多種過程的耦合,采法選煤廠。用常規(guī)的均值法難以反映流化和分選系統(tǒng)的內(nèi)在機中國礦業(yè)大學現(xiàn)正進行空氣重介質(zhì)流化床分選理,也不能滿足生產(chǎn)實際需要。因此,本文提出空氣的200t/h大型化研究,并被列為國家“九五”攻關項重介質(zhì)流化床動態(tài)分析方法,即首先分析各個過程目之一。除了技術研究和工業(yè)化應用研究外,中國和某一尺度的獨立變化規(guī)律,然后綜合考慮不同過礦業(yè)大學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聯(lián)?？諝庵亟橘|(zhì)通過對氣固流化床的密度穩(wěn)定性的研究,揭示了礦流化床動態(tài)分析由流化過程動態(tài)分析和分選過程動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。流化過程動態(tài)分析包括加重質(zhì)顆粒速床中的三級分布理論;通過對粗粒物料(相對于固相度、床層差壓信息的多尺度和混沌分析,分選過程動加重質(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)顆粒速度波動和床層差壓波動對間有一定錯配的現(xiàn)象,提出了粘性錯配效應和運動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點。同時在氣固均勻性、穩(wěn)定性以及氣固懸浮流動性的控制機制提流化床分選動力學模型及數(shù)值模擬方面也進行了深高煤炭分選效率提供了理論基礎。入研究,通過單顆粒動力學模型及數(shù)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(nèi)外研究現(xiàn)狀描述,從而對流化床分選過程中精煤上浮而矸石下20世紀20年代流態(tài)化技術剛一問世,美國的沉的分層現(xiàn)象用動力學給予了理論解釋T·弗雷瑟( Fraser)就提出了利用流態(tài)化床進行塊近年來,日本等國根據(jù)中國礦業(yè)大學的研究報煤分選的設想。接著,美、蘇等國也開始著手研究干道一直開展跟蹤研究法選煤技術,并先后研制出了各種分選設備。進入3存在的問題20世紀六七十年代,美國、前蘇聯(lián)和加拿大等國開中國煤化工始了空氣重介質(zhì)流化床干法選煤技術的實驗研究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不后于選煤的時間不長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加重質(zhì)返混嚴重,分選精度不理想,至今仍處于實驗在工業(yè)應用中存在的主要問題涉及氣體分布器、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(jù)需要把數(shù)器的抗堵適應性和長期運行過程中的可靠性還有待據(jù)轉(zhuǎn)換成文本格式。顆粒速度由中科院過程所研制提高;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(shù)據(jù)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驗所測得的原始信號會被傳感器、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性需要對原始信號進行濾波(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(tǒng)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(qū)分地3.2基礎研究中的問題過濾掉,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,對噪聲成分進行抑制,手段更加靈活。而且此方復雜系統(tǒng)。流態(tài)化分選過程涉及復雜的寬篩分、多法還兼顧了頻域和時域。從時域分析的角度,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(xiàn)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域的分析可以很好地判斷信號的動態(tài)性質(zhì);為。由于問題的復雜性,目前對空氣重介質(zhì)流化床而在頻域中,可以很方便地過濾掉高頻的噪聲信號,流化和分選特性的研究遠不能滿足生產(chǎn)實際的需使得信號無限光滑,但是在原信號中能量比重很小要。存在的關鍵科學問題有:對多組分加重質(zhì)物理的很多有用的信號成分可能被過濾掉。性質(zhì)與流態(tài)化質(zhì)量的內(nèi)在作用規(guī)律缺乏認識,對床4.2床層差壓信號的動態(tài)分析層密度均勻性、穩(wěn)定性和流動性的控制機制還沒有床層差壓信號的動態(tài)分析主要是對床層差壓信完全掌握;對流態(tài)化分選的動力學特性缺乏定量描號進行多尺度分析和混沌時間序列分析。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板(A與B布風板)不同床高運動規(guī)律等。要想實現(xiàn)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尺度上高效干法分選,必須解決上述兩個關鍵的科學問題的變化規(guī)律。實驗中釆用多比茨( Daubechies)系列小波函數(shù)中的db6作為小波母函數(shù),對數(shù)據(jù)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(jié)信息對應信號中和均勻穩(wěn)定。掌握床層密度的均勻性穩(wěn)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特性是形成分選流化床的關鍵。由息,如氣泡變化。從試驗數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn),在固定床時,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幅度小,高頻區(qū)(1尺度和2尺度)的能量定性,檢測技術又未臻完善,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(qū)(3尺度論解決還有相當?shù)睦щy。在空氣重介質(zhì)流化床干法和4尺度),到起始流化速度后,差壓波動幅度變化分選的過程動態(tài)分析中的應用方面的文獻未見報大,但能量的分布發(fā)生了變化,迅速向較低頻率轉(zhuǎn)道,如測量信號的小波分析與混沌時間序列分析。移,說明氣泡運動占主導。為此,筆者運用 Matlab6.5軟件,利用對所測量的床混沌時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(shù)據(jù)進行識別及不同尺度下的關聯(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態(tài)變化,并 punov)指數(shù)2個混沌參數(shù)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,直至超過最小流化氣速出現(xiàn)氣泡時,床層壓力開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(xiàn)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,采用中科院力學所研制的量程范圍為現(xiàn)和相m而假引敏,且陽氣速增加氣泡越來越0.1~50g的微力傳感器測量,這2種信號接人數(shù)字多、越來越頻繁地出現(xiàn)。這說明氣泡是引起流化床動態(tài)應變儀中,數(shù)字動態(tài)應變儀與計算機相連,信號混沌運動的根源。最大雷朋諾指數(shù)(下轉(zhuǎn)第51頁)空氣重介質(zhì)秀鬟孺態(tài)分析方板:參與篩子振動,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,篩分效率器同步振動,振動方向與篩面垂直,實現(xiàn)直線振動高處理能力大,是普通篩分設備單位面積處理能力篩面的大小根據(jù)現(xiàn)場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,篩分過程中篩3博后篩的應用絲具有二次振動功能,物料在篩面上的運動過程有自清理篩面能力;4—連接橋,用于連接2個激振器,目前博后篩已先后在山西陽城大寧煤礦,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、常村煤礦、楊村煤撐篩面,緩沖激振力,通過二次減振,彈簧可進一步礦,河南永城煤電(集團)城郊礦選煤廠,安徽淮南礦降低動負荷;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、祁南礦選煤廠,寧煤集團大振力,通過調(diào)整偏心塊可以調(diào)節(jié)篩子的振幅和振動武口選煤廠,山東淄博礦業(yè)(集團)許廠礦選煤廠,山強度,滿足現(xiàn)場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,通過軟連接將動力傳給激振器;10—電機,電陽煤礦,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,電機不參與振動煤礦等企業(yè)得到廣泛應用,分別用于0~15mm和22特點15~35mm各粒級潮濕煤炭的篩分,處理能力為(1)通過篩面振動及篩箱和機架的二次減振技術,120~2500t,篩分面積為10~50m2。博后篩在這些可使篩子在工作過程中減少對廠房和地基的動負荷。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(jù)需要多段組合。效處理潮濕物料而不堵篩孔,工作過程中始終保持(3)篩面沿篩面的法線方向呈直線振動最大的開孔率,篩分效率高、振動強度和物料運動的(4)采用大振幅(15~25mm)大振動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(shù),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。實踐表物料在篩分過程中不堵篩孔明,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,篩分過程篩絲有二分設備。次振動,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。大振動強度下篩子的大型化問題。(責任編輯康淑云)(上接第49頁)對應尺度較大,對床層運動的低料受力的影響。氣泡的產(chǎn)生、上升、合并、破裂會引頻成分,即氣泡的行為更敏感,而關聯(lián)維數(shù)則對應起加重質(zhì)顆粒速度的波動顆粒速度的波動引起待尺度較小,對高頻成分,即顆粒的運動更敏感選物料受力的波動,但對物料分選影響不大。床層4.3加重質(zhì)顆粒速度的動態(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運動規(guī)律,然后采用小波變換里床層的平均密度保持均勻穩(wěn)定,物料分選的效果方法,對加重質(zhì)顆粒速度進行多尺度分析,從而揭示才會好。通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),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,最后采用混沌時間序列分析方法計算顆粒速間時,該空間各點的平均密度穩(wěn)定符合阿基米德度時間序列的關聯(lián)維,驗證顆粒運動的混沌特性。定理,礦粒在床層中所受的浮力才能使物料按密度通過分析,本文認為顆粒脈動速度具有自相似分層。而細粒級礦粒,在床層內(nèi)占有的空間很小,性、分岔等具有混沌特征的微觀結構。顆粒速度時在這個得小空間內(nèi)冬占的平均密度不穩(wěn)定,難以按間序列具有為正分數(shù)的關聯(lián)維,說明空氣重介質(zhì)流照中國煤化工響細粒物料的分選精化床是一個混沌動力學系統(tǒng)。CNMHG度的增大,物料按密4.4待選物料受力的動態(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)博后篩的結構特點及其應用