柱式流化床去除噴吹煤中煤系黃鐵礦過程模擬

于艷輝,史長亮

(1.永城職業學院 機電工程系,河南 永城 476600;2.河南理工大學 化學化工學院,河南 焦作 454003)

0 引 言

2021年中國消費近49.8億t標準煤,占一次能源消費總量的56.8%,中國以煤為主要能源結構的形式依然沒有改變。煤炭在消費過程中,僅電煤消費占比達60%以上,然而煤炭在燃燒過程中不可避免的產生氣體污染、粉塵危害、固廢堆積等環境問題,尤其是燃煤過程中產生的SO2是亟需解決的環境熱點問題[1-2]。

為提高煤炭清潔化利用效率,燃前高梯度磁選脫硫技術是一項能耗低、工藝簡單的綠色分選技術,該技術可與現有磨粉噴吹工藝系統中的流化床進行關聯,可深度脫除占比20%左右、密度大、粒度粗的富集回粉中的煤系黃鐵礦,煤系黃鐵礦的流化床富集及高梯度磁選技術研究意義重大[3-4]。陳清如等[5]、焦紅光等[6-7]、鐵占續等[8]、駱振福等[9]、ZHANG等[10]、ORDER等[11]從高梯度磁選機研發、煤粉磁性強化技術研究以及磁選過程機理、不同地域煤粉磁性質等方面進行大量工作,證實了高梯度磁選脫除煤系黃鐵礦的可行性以及煤系黃鐵礦初步富集效率影響的重要性,但基于現有流化床對煤系黃鐵礦去除的技術研究較少。李桂春等[12]針對某電廠回粉開展流態化分選試驗,<0.22 mm黃鐵礦在流化床底部富集且全硫含量在15%以上,灰分高達72.3%,證實流化床可脫除大部分黃鐵礦;HYUNG等[13]通過設計360°入料口結構優化柱形分選腔體,從而有效提高了分選粒度上限;GURUPRASAD等[14]研究了針對流化床流場特性可適用的Urans、Les和混合Les / Rans模型的優缺點,為流場模型的優選提供參考;SOUZA等[15]采用歐拉-拉格朗日方法和單向耦合方法進行了數值模擬,評估了入口管道長度對流場和分離效率的影響,結果表明入口導管長度為筒體直徑的1.5倍時,其對流化床性能影響較小;WASILEWSKI等[16]提出在柱形腔體內部設計倒錐體結構,模擬驗證了該結構可強化流化床的富集效率;DEHDARINEJAD等[17]、常明等[18]、魏培等[19]指出流化床分選礦物過程,對其分選性能影響至關重要的關鍵參數包括粒度、氣體流速、顆粒負載量、分選時間等。但對基于數值模擬手段研究不同粒級對流化床分選過程影響特性的研究仍不充分,通過優化流化床分選結構、借助合理流態化計算模型、限定各關鍵參數值,有助于明確煤系黃鐵礦富集過程的微觀運動特性,從而為燃前磁選凈化技術提供借鑒。

筆者設計了柱式流化床結構,選取煤基質及煤系黃鐵礦單體構成的混合物作為研究對象,模擬了不同粒度、流化速度以及混合比影響下顆粒群跡線信息,以煤系黃鐵礦高的富集效率作為評價目標,分析去除過程,研究結論對于改善高梯度磁選入料質量,豐富噴吹燃煤脫硫技術體系具有積極意義?！?br>