粉煤灰采集分级分离装置的数值模拟与实验研究

摘要

大宗工业废弃物的综合利用是解决因工业固体废料堆存而带来环境污染和安全隐患的治本之策。发电厂的粉煤灰除了一般意义的粉尘空气污染以外，粉煤灰因其中含有微量的重金属和极少量的放射性物质，在外界环境的长期作用下还会深入地层对水和土壤造成严重污染，且容易发生地质灾害。目前粉煤灰的传统处理方法已经不再适合当前的环保要求。粉煤灰中含有多种有用物质，如微玻璃珠、高铝粉、炭粉等，有效采集并分离这些物质可以大幅提高粉煤灰的经济价值。粉煤灰的综合利用不仅能使得粉煤灰变废为宝，而且对于保护环境有着更为重要的意义。
　　本文重点研究传统干式气流分选粉煤灰方法中固体颗粒与气体组成的两相流流动问题。在两相流分级的理论模型与经验模型的基础上，主要针对10μm、50μm、250μm三种不同粒径固体颗粒在空气中的运动建立了更加完善的数学模型和进行了相关的后期实验研究。
　　在数值计算方面，基于流体力学理论，系统性、条理性地推导和演绎了两相流的控制方程，并利用MATLAB软件，分别模拟出三种固体颗粒受各种不同力的影响水平，同时模拟出三种不同粒径的颗粒在气流中处于悬浮状态时分选速度分别为0.3m/s、1.38m/s、2.46m/s。本文还利用Fluent软件模拟了三种不同喷射流流量下的流化域形状，得出最佳喷射流量为1.5m3/h。
　　本研究中的粉煤灰采集分级分离实验装置根据气流分选原理而自行设计。在实验研究方面，设计制作了实体装置模型，该部分主要针对系统模型的工作原理、结构设计、模型制作过程进行详细讨论;实验结果表明，分选效果明显，第一级分离出的玻璃微珠的比例很高，第二级分选出的粉煤灰的细度达到了粉煤灰二级国家标准。第三极分级口的细度达到了粉煤灰三级国家标准。然后将模拟结果与实验数据进行了比较，验证相关模型的可靠性、准确性，对优化分级器结构，提高分级器分选效率具有重要的意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 粉煤灰的物化性质

1．2 粉煤灰的分选方法

1．3 粉煤灰气流分级技术

1．3．1 气流分级的原理与设备

1．3．2 国内外气流分级的现状

1．3．3 粉煤灰的分级标准

1．3．4 粉煤灰气流分级存在的问题

1．4 课题研究内容

1．4．1 本课题研究的目的和意义

1．4．2 粉煤灰采集分级分离装置的设计提出

1．4．3 研究背景与内容

第2章 “粉煤灰采集分级器”理论基础

2．1 基于气流分级的气-固两相流理论

2．1．1 气固两相流的概念

2．2．2 气固两相流的基本模型与特征

2．2 粉煤灰颗粒在气流中的受力分析

2．2．1 重力

2．2．2 浮力

2．2．3 气流曳引阻力

2．2．4 压力梯度力

2．2．5 虚假质量力

2．2．6 马格努斯升力

2．2．7 萨夫曼升力

2．2．8 Basset力

2．2．9 碰撞阻力

2．3 粉煤灰颗粒在流场中的运动分析

2．4 湍流脉动分选理论的提出

2．5 本章小结

第3章 粉煤灰颗粒运动的数值模拟研究

3．1 应用Matlab软件针对单个粉煤灰颗粒的理论计算

3．1．1 不同粒径的粉煤灰颗粒在气流中的受力分析

3．1．2 结果及其分析

3．1．3 不同粒径粉煤灰分离条件的模拟

3．1．4 结果及其分析

3．2 应用FLUENT软件模拟喷射流量对粉煤灰回收的影响

3．3 本章总结

第4章 “粉煤灰采集分级分离装置”的实验研究

4．1 实验装置的基本原理

4．2 实验装置的结构设计

4．2．1 实验装置的系统设计

4．2．2 实验装置各部分结构设计与参数选择

4．3 实验步骤

4．3．1 实验材料与仪器

4．3．2 试验流程

4．4 实验数据与分析

4．4．1 分选效率的计算

4．4．2 喷射流量对分选效率的影响

4．4．3 吸引流流量对分选效率的影响

4．4．4 时间对分选效率的影响

4．4．5 粉煤灰采集分级分离装置对分离粒径的实验验证

4．5 实验结果与理论结果进行对比分析

4．6 本章总结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文及获奖