皮带输煤系统转载点粉尘析出逸散规律及数值模拟研究

本论文是国家自然科学基金资助项目“皮带输煤系统煤尘析出运移规律与治理技术基础研究”(编号:50674052)的部分研究内容,同时是“神华准格尔能源有限责任公司选煤厂粉尘综合治理”项目的主要研究内容。 皮带输煤系统的转载点是选煤厂最主要的产尘环节。由于转载点存在一定的落差,煤流在转载时会造成相当大的扬尘,导致转载点粉尘浓度急剧加大,成为作业车间最主要的污染源。国内外对于转载点粉尘的控制主要采用是除尘和排尘等措施,缺少对粉尘防治整体工艺方案的优化设计及关键成型设备的选择,更缺少对转载点粉尘发尘机理、逸散规律的研究,因此很难达到理想的治理效果。本论文针对皮带输煤系统转载点研究薄弱的情况,以转载点为研究对象,采用实验测试、理论分析和数值模拟相结合的方法,研究不同条件下输煤系统转载点粉尘析出、逸散及分布规律。 利用皮带牵引风流、诱导风流和剪切气流理论对转载点产尘机理进行系统分析,得出皮带输煤系统转载点粉尘是在诱导气流尘化作用、剪切压缩气流尘化作用及综合尘化作用下产生的结论。在分析粉尘颗粒运移特征的基础上,先后提出了封闭抑尘系统和封闭负压控尘系统的除尘方案,并为除尘方案进行了设备的选型。 对封闭抑尘系统进行了现场测试研究,得到系统内部粉尘的浓度及粒度分布规律,获得粉尘在转载点的分布特征及粉尘浓度范围。通过对粉尘颗粒的容积份额的计算,确定了皮带输煤系统转载点流场为稀疏湍流气—固两相流。 采用气固两相流湍流理论,对封闭抑尘系统内粉尘颗粒进行受力分析,得到粉尘颗粒的运动、沉降规律及运动轨迹;研究了封闭负压控尘系统内部粉尘在流动介质中的扩散规律及在外力作用下的扩散规律。 针对封闭抑尘系统和封闭负压控尘系统内的流场特点,建立了气-固两相流湍流模型和对流—扩散模型,并采用Comsol多物理场耦合软件进行数值模拟,通过对两种系统模拟结果对比分析,直观地获得了两种封闭系统空间各点的流场特征和粉尘浓度分布特征。 以上述理论研究为基础,采用封闭负压控尘系统对准格尔黑岱沟露天矿选煤厂作业车间除尘方案进行了优化设计。