煤泥水处理用浓缩机浓缩规律分析研究

2022-07-14 10:03史文亮
机械管理开发 2022年6期
关键词:泥水煤泥选煤厂

史文亮

(山西新景矿有限责任公司, 山西 阳泉 045000)

引言

煤炭作为人们日常生产生活不可或缺的能源之一,近年来的需求量逐年增加,同时也对煤炭生产设备的要求越来越高[1]。《中国制造2025》的提出,要求各行各业提升创新能力,实现生产的低能耗比[2]。煤泥水处理作为煤炭生产的重要环节,决定了选煤厂生产煤炭的质量和效率,基本实现了自动化生产[3-4]。浓缩机作为煤泥水处理工艺使用的重要设备,直接影响到煤泥水絮凝沉降和选煤厂洗水闭路循环的效果,现已引起了煤炭行业的广泛关注[5-6]。针对某选煤厂浓缩机内部工作规律未知的现状,借助有限元仿真分析方法,开展浓缩机内部流动速度规律分析研究,以便为浓缩机的参数设置提供技术参考。

1 浓缩机浓缩规律分析方法概述

浓缩机浓缩规律分析方法通常包括试验法、理论计算法和有限元仿真分析法三种,其中试验法需要搭建不同的试验装置和平台,并且需要大量的人力作为保障,试验数据的可靠性依赖于试验人员的操作技能水平;理论计算法进行浓缩机浓缩规律分析时,需要设置较多的假设条件,并且需要较长的计算周期,计算得出的浓缩规律模型验证较为困难;近年来兴起的有限元仿真分析法,仅需要一台配置较好的计算机即可完成,节省了规律分析研究的经济投入,同时,仿真计算时间较短,能够保证很高的研究效率。综合以上浓缩机浓缩规律研究的方法对比结果,本文选择有限元仿真分析计算方法,使用Fluent 仿真计算软件开展研究工作。

2 有限元仿真分析

2.1 三维模型建立

某选煤厂服役中的煤泥水处理浓缩机是中心传动浓缩机,煤泥水入料从浓缩机的中心处进入浓缩机,煤泥经耙架刮耙后从浓缩机底部由底流泵抽走,而溢流水从浓缩机外沿处溢流而出。依据其技术资料和测绘结果,运用SolidWorks 三维建模软件绘制浓缩机三维模型。

2.2 网格划分

网格划分质量直接影响仿真计算的效率和准确性,浓缩机网格划分采用结构化网格,具有很强的自适应能力,能够保证网格划分的质量。浓缩机模型划分网格之后如图1 所示,选择了六面体网格,对入料井、底部煤泥沉降处及溢流口附近进行网格的局部加密,保证结构的精准度。

图1 浓缩机模型网格划分结果

2.3 参数设置

仿真分析参数设置内容如下:重力加速度方向垂直于地面;选择Mixture 多相流模型,相数选择3 相;湍流模型设置为Realizable k-ε 模型;材料属性包括水、煤和颗粒三种,水和空气的属性直接由软件材料库调取,煤颗粒密度设置为1800 kg/m3,黏性设置为0.001167 kg/(m·s)。入口流速设置为0.052859 m/s,出口压力设置为0,其他壁面设置为wall。

2.4 求解方法选择

浓缩机浓缩规律分析为压力和速度耦合计算,Fluent 仿真计算软件中涉及了三种计算方法可供选择,分别为SIMPLE 算法、SIMPLEC 算法和PISO 算法。结合浓缩机浓缩规律分析的要求和各种方法的优缺点,此处选择经典的SIMPLE 算法,保证了算法的可靠性,而对动量和湍流的计算选用了二阶迎风法。

3 仿真结果

启动Fluent 仿真计算软件自带求解器,完成浓缩机工作过程中的速度场分析,提取浓缩机速度场分布云图,如图2 所示。由图2 可以得出,浓缩机内部速度场区域较大,为了更加清晰地了解浓缩机速度场分布,提取速度矢量分析结果,如图3 所示。由图3 可以得出,浓缩机内部不单单是速度分布,还涉及了多个不同区域。

图2 速度场分布云图

图3 速度矢量分布云图

4 规律分析

4.1 区域划分与分析

为了更清晰明了地分析浓缩机速度场分布情况,将上述矢量速度分布云图划分为四个区域,分别为进口回流区A、中部回流区B、出口回流区C 和上部回流区D,如图4 所示。由图4 可以看出,煤泥水进入浓缩机之后首先进入的区域为进口回流区A,煤泥水沿着浓缩机侧壁顺流至其底部,与此同时会有部分煤泥颗粒进入中部回流区B 和上部回流区D。其中中部回流区B 是浓缩机内部最为关键的流场区域,是煤泥水分离过程中药剂充分发挥效果的区域,实现煤泥聚团沉降。上部回流区D 是把较小粒径煤泥颗粒流转至浓缩机的顶部,同时,伴随水面从浓缩机中心位置向浓缩机溢流堰移动,移动时细小的煤泥颗粒会被排出,稍微大一点的粒径煤泥不能被排出的就会回流至出口回流区C,之后回流的煤泥将会再次出现在中部回流区B,重新完成药剂溶解和颗粒聚团现象。

图4 速度场区域图

4.2 不同位置流速分析

为了进一步分析浓缩机速度场分布情况,对浓缩机中心轴不同水平距离竖直方向的流速分布进行划分,如图5 所示。分析过程中选择距离中心轴2250 mm、6688 mm、11125 mm、15563 mm 的4 个位置,能够覆盖浓缩机内部煤泥水流速分析的四个区域,提取四个具有代表性位置的水平方向煤泥水运动情况,如图6 所示。

图5 浓缩机位置划分(单位:mm)

图6 浓缩机X 轴水平方向流速分布情况

由图6 分析结果可以得出,距离中心轴距离2250 mm 位置基本处在了浓缩机内部的进口回流区A 内,煤泥水流动速度的方向绝大多数朝着X 轴方向,由此可见,煤泥水进入浓缩机之后会向外扩散;距离中心轴距离6688 mm 位置基本处在了浓缩机的中部回流区B 内,在高度不高的区间,煤泥水沿X 轴负方向的速度大一些,可以得出接近浓缩机斜面底部的煤泥水存在向下流动的趋势,高度较高位置的煤泥水流动方向沿X 轴正方向,可见在煤泥水不断进入浓缩机的过程中,水流朝着外部继续扩散。距离中心轴距离11125 mm 位置基本处于中部回流区B 和出口回流区C 交叉区域,由此可以看出,浓缩机底部煤泥水仍然沿着壁面流动,但是煤泥水的流动方向和速度变化较大,表现出了明显的湍流性。距离中心轴距离15563 mm 位置基本处在了出口回流区C,可以看出煤泥水除了沿X 轴流动之外,煤泥水在接触浓缩机侧壁时出现了明显的反向流动趋势,使煤泥水重新回到了中部回流区B。上部回流区D 处在浓缩机的顶部,该位置煤泥水的流动速度较低且变化较大,可见水和空气会对煤泥水的流速产生一定的影响,导致其水流变化的多样性。

5 结语

浓缩机作为选煤厂煤泥水处理的重要设备之一,掌握其内部工作规律对其合理设置工作参数至关重要。针对某选煤厂浓缩机内部工作规律未知的现状,借助有限元仿真分析方法,开展了浓缩机内部流动速度规律分析研究工作。结果表明,浓缩机内部煤泥水并不是单纯的流动,涉及了4 个区域,分布为进口回流区A、中部回流区B、出口回流区C 和上部回流区D。浓缩机不同区域内水流速度和趋势范围是不同的。掌握浓缩机内部煤泥水的流动速度规律,对于浓缩机内部结构的优化设计工作提供了重要的技术支撑。

猜你喜欢
泥水煤泥选煤厂
长平选煤厂降低介耗的生产实践
煤泥水处理智能控制研究现状
煤泥研磨脱泥浮选试验研究
煤泥干燥设备的研究现状及展望
新型捕收剂BK610和BK612在利民选煤厂的应用
永明煤矿选煤厂煤泥水系统技术改造
临涣选煤厂重介系统的改造实践
煤泥重介质旋流器在动力煤选煤厂粗煤泥分选中的应用
泥水加压平衡盾构
梁宝寺煤矿选煤厂煤泥沉降与回收实践