破碎机粉尘数值模拟及除尘器的选择.pdf

试验研究andDevelopmentManagementNo.7,2023Mechanical2023年第7 期Total243机械管理开发总第2 4 3期D0I:10.16525/14-1134/th.2023.07.017破碎机粉尘数值模拟及除尘器的选择张龙（华阳集团新景公司洗煤厂，山西阳泉045000)摘要：为进一步解决破碎机对煤炭进行破碎操作时粉尘通过缝隙或在诱导风的作用下溢出至周围工作环境，导致粉尘浓度超标影响操作人员身心健康和设备运行可靠性的问题，基于CFD数值模拟软件对破碎机落煤管导料槽内外的粉尘特性进行仿真分析，并为其配套相匹配的除尘器。通过数值仿真模拟和实际测量的方式验证了加装除尘器后的除尘效果。关键词：破碎机；粉尘浓度；除尘器；导料槽；落煤管中图分类号：TD714文献标识码：A文章编号：10 0 3-7 7 3X(2023)07-0047-020引言煤炭破碎为选煤工艺的关键环节，其将煤炭粒度减小至合理范围之内，以保证后续的分选效果。破碎机为对煤炭进行破碎的关键设备，其在实际破碎过程中会产生大量的煤尘和粉尘。虽然在现场已经布置了大量的除尘设备，但是由于种种原因并未达到预期的治理效果,导致现场的粉尘浓度依然很大 1-。本文将基于CFD数值模拟软件对破碎机现场尤其是破碎机设备落煤管和导料槽附近的粉尘移动规律与浓度进行研究，为除尘器的选型提供依据和参考。1破碎机粉尘数值模拟针对选煤厂破碎机落煤管和导料槽粉尘运动规律和浓度分布的研究，需要掌握现场粉尘的受力。在实际生产中，破碎机所产生的煤尘或粉尘受到两类作用力的影响，包括无关的作用力和相关的作用力，具体包括重力、阻力、热泳力、附加质量力及压力梯度力等。1.1粉尘产生机理结合理论和实践对破碎机周围所产生粉尘的机理进行分析，可归结为如下几点：1.1.1粉尘产生的内因煤炭在破碎过程中，旨在将煤炭的粒度降低为25mm以下。随着煤炭颗粒度的降低，其表面积增大，从而加剧了煤炭颗粒中水分的蒸发,导致其含水率降低，进而在破碎机导料槽和落煤管附近产生了大量的煤尘或粉尘。1.1.2诱导风加剧粉尘现象为了解决破碎机堵煤的问题，将其内部结构中的筛板截割了一半,从而导致破碎的煤炭颗粒直接落入落煤管中，加剧了破碎机落煤管和导料槽处风流的压力和流量，从而加剧了周围的粉尘现象。1.1.3封堵增加粉根源在实际破碎过程中，由于长时间的煤流对托辊的支架进行冲击，从而导致出现一定的弹性变形。在弹性变形的作用力下使得破碎机导料槽和输送皮带之间出现了缝隙，破碎机内部所产生的粉尘从缝隙中溢出到现场。总的来讲，影响选煤厂破碎车间现场粉尘浓度的主要因素，包括破碎机本身的破碎方式和所要求破碎煤炭的颗粒直径、周围环境的温湿度和风速等因素。1.2粉尘数值模拟边界条件的确定结合破碎机实际生产中产生粉尘机理的分析结果以及粉尘的离散相运动的数学模型，同时对选煤厂破碎机落煤管和导料槽粉尘的相关数据进行实测。基于上述基础设定合理的破碎机粉尘数值模型的参数及相关边界条件，如表1所示。表1粉尘源参数设定结果参数名称参数值粉尘最小颗粒直径/m5 106粉尘最大颗粒直径/m100106粉尘源的初始速度/（m/s）1.2粉尘源的质量流率/（kg/s）0.36针对粉尘特性的数值模拟仿真，设定计算步长为50000步，时间步长为0.0 1。1.3粉尘数值模拟仿真结果在上述边界条件和仿真参数合理设计的基础上，分别对破碎机落煤管导料槽内和落煤管导料槽外的粉尘特性进行数值模拟分析。1.3.1破碎机落煤管导料槽内粉尘特性仿真分析破碎机落煤管导料槽内粉尘特性仿真结果如图1所示。由图1可知，破碎机将煤炭进行破碎处理后，在自身重力和煤炭下落所产生的诱导风的作用下粉尘沿着落煤管下落，而且落煤管处的浓度也最高；当破碎后的煤炭落到导料槽后，在诱导风的作用下粉尘浓度沿着导料槽长度的增加而逐渐降低。收稿日期：2 0 2 2-0 4-2 8作者简介：张龙（19 8 8 一），男，河北石家庄人，毕业于山西大同大学采矿工程专业，电气工程师，现从事洗煤及机电方面的工作下转第5 1页）（编辑：李俊慧）：4 8第3 8 卷机械管理开发2.57e-032.45e-032.32e-032.19e-032.05e031.93e-031.80e031.67e031.54e-031.42e031.29e-031.16e-031.03e039.01e-047.72e-046.44e-045.15e-043.85e-042.57e-041.20e-040.00e+00图1破碎机落煤管导料槽内粉尘特性(g/cm)仿真结果1.3.2破碎机落煤管导料槽外粉尘特性仿真分析破碎机落煤管导料槽外粉尘特性仿真结果如图2所示。3.10e-043.04e-042.99e-042.94e042.84e-042.78e042.72e-042.67e-042.52e-042.47e042.42e-042.31e-042.26e042.20e042.16e-042.11e-042.06e042.00e-041.95e-041.89e-041.83e-04图2破碎机落煤管导料槽外仿真浓度(g/cm)分布特性由图2 可知，对于外部而言，粉尘通过导料槽的缝隙和左右两个开口传播至外部空间中。根据仿真计算可知：外部环境周围的粉尘质量浓度最高可达310mg/m;对周围环境实际测量可知，粉尘质量浓度最高可达313mg/m。由此说明，本次仿真结果准确。2破碎机除尘器的选择及效果评估2.1破碎机除尘器的选型为解决破碎机所导致周围环境粉尘浓度超标影响作业人员身心健康和导致设备可靠性低的问题，需要破碎机配套相应有效的除尘设备。除尘器可分为干式除尘器和湿式除尘器。其中，干式除尘器包括质量旋风除尘器、电除尘器、袋式除尘器等。针对破碎机落煤管和导料槽周围环境粉尘特点，本工程选用除尘效率较高的袋式除尘器拟达到预定的除尘效果。滤料为除尘器的关键，为保证设备最终的除尘效果，为袋式除尘器配套具有较强柔性、韧性的结构质体作为其滤料。本工程选用微孔覆膜滤料。根据“1.3”中的仿真结果中的粉尘最高浓度，结合风量、过滤面积、风压等参数的计算结果，要求所配套的除尘器的关键指标如下：有效压力大于6 5 MPa，风量控制在10 0 8 0 m/h左右。结合上述计算结果，本工程最终所选择的除尘器的型号为LFD-70系列,并为该型除尘器配套微孔覆膜滤料。LFD-70系列除尘器的关键参数指标如表2表2 LFD-70系列除尘器关键技术指标参数名称参数值处理风量范围/（m/h）1000013000过滤风速范围/（m/min）2.63.1除尘效率1%99.6所产生的最大噪声/dB80所示。2.2除尘器除尘效果评估将上述所选型的除尘器根据相关方法安装于破碎机导料槽的周围,并对加装除尘器后落煤管导料槽外的粉尘特性进行仿真分析和实测分析，对应的效果评估结果如表3所示。表3除尘器除尘效果评估参数仿真分析结果实测结果粉尘质量浓度/（mg/m)5.36实践应用表明，在除尘器的作用下破碎机落煤管导料槽内形成负压，导致导料槽内的粉尘浓度无法溢出至周围环境。经过实际测量，采用除尘器后周围环境的粉尘质量浓度平均值为6 mg/m，与数值模拟仿真结果值相近。说明，所选型除尘器可对现场粉尘浓度进行有效处理。3纪结语煤炭洗选工序中的破碎工艺为其关键环节，其对后续的分选效果具有十分重要的意义。在实际生产中，破碎机将煤炭破碎为预定直径的颗粒，在其重力作用和诱导风的共同作用下使得落煤管中粉尘浓度达到最大；同时对应导料槽外周围环境的粉尘质量浓度高达310 mg/m；为此，本文结合相关理论计算为其配套了LFD-70系列的袋式除尘器，并且经实测和仿真可知，增加除尘器后现场粉尘质量浓度平均值为6mg/m,该指标低于国家的标准要求,即对粉尘得到了有效的抑制。参考文献1 马云东，郭昭华，赵二夫.选煤厂粉尘产出机理及综合治理方案研究 J.辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2 0 0 2（4）：5 0 7-5 10.2矫兴艳，齐庆杰，张大明.选煤厂筛分破碎车间粉尘治理方案.煤炭技术,2 0 0 7,2 6(7):7 4-7 6.3杜翠凤，宋卫东，许彦，等.焦作粘土矿选煤厂原煤堆粉尘防治方案研究.金属矿山，2 0 0 3（6）：6 0-6 2.4武国平，刘蒙林，李金山，等.大型露天煤矿选煤厂生产过程粉尘综合治理的技术实践 J.中国煤炭，2 0 0 7,33(9)：5 7-6 0;4.5贾惠艳，马云东.选煤厂带式输送机转载点粉尘测试和治理 J.煤炭科学技术，2 0 0 7(8）：2 9-32.上接第4 8 页(编辑：王慧芳）51马帅：基于AMESim液压支架的动态特性仿真分析2023年第7 期流阀设定的额定压力越低，升柱完成所需的时间越短；反之，所需时间越长。但是，当溢流阀额定压力设定过低时容易导致液压支架初撑力不足而不能够对工作面顶板进行有效支护。3.3液控单向阀卸载仿真结果分析液控单向阀作为一个可以实现双向流通的阀体，在液压支架降柱过程中，需要打开单向阀完成卸荷操作。本小节对液控单向阀卸载过程中，液控口等效直径为3 mm和2 mm时进行分析，仿真结果如图5 所示。由图5 可以看出，在同种工况下，当液控单向阀阀口等效直径较小时,在降柱过程中液控单向阀的阀芯位移振动相对距离，从而导致其中的流量出现振荡，进而对设备造成冲击。4结语液压支架为综采工作面的关键支护设备，液压支架液压系统各零部件的动态特性对于保证整机设备实现高效的支护，保证设备整机的使用具有重要意义。其中,液压支架泵在为立柱升降的动力源,排量越大越能够实现对顶板的快速支护；但是，排量过大时容易对液压系统元器件造成冲击。对于液控单向阀而言，在降柱过程中，阀口等效直径过小极易导致阀芯位移出现严重的振荡，从而对设备造成冲击。因此，需结合支护效率和避免设备冲击两个方面的因素对液压支架元器件参数进行优化设计。参考文献1刘欣科，赵忠辉，赵锐.冲击载荷作用下液压支架立柱动态特性研7.06.05.04.0位3.02.01.020.521.021.522.022.523.0时间/s5-1等效直径为2 mm7.06.05.04.0位3.02.01.0AMMM20.521.021.522.022.523.0时间/s5-2等效直径为3 mm图5液控单向阀卸载过程阀芯位移波动特性究J.煤炭科学技术，2 0 12,4 0(12)：6 6-7 0.2畅军亮，赵继云，李亚丽.液压支架高压大流量安全阀动态特性研究J.液压与气动，2 0 14(4）：6 3-6 5.3仇志强，王永辉，李永堂，等.大采高液压支架立柱系统动态特性研究J.机床与液压，2 0 19,4 7(2 0）：2 4-2 7.4谢腾飞，赵继云，王温锐，等.液压支架大流量安全阀动态性能试验方法研究J.液压与气动，2 0 10（12）：17-19.Simulation of Dynamic Characteristics of Hydraulic Supports in AMESim-Based MechanizedCoal Mining ProcessMa Shuai(Shanxi Xiangning Coking Coal Group Taitou Qianwan Coal Co.,Ltd.,Xiangning Shanxi 042100,China)Abstract:In order to further improve the support efficiency of the hydraulic bracket and ensure the safe production of the comprehensivemining face.Taking 2 x 2860 hydraulic bracket as an example,on the basis of the study of its hydraulic system key parameters;establishthe hydraulic system simulation model based on AMESim and simulate the column rising working condition to verify the accuracy of themodel;realize the joint simulation of the dynamic characteristics of the hydraulic system based on ADAMS and AMESim software,andmainly take the hydraulic pump and liquid-controlled check valve as an example to provide guidance for the key hydraulic bracket Thesimulation of the dynamic characteristics of the hydraulic system is based on ADAMS and AMESim software.Key words:hydraulic support;hydraulic system;hydraulic pump;liquid-controlled check valve;dynamic characteristicsNumerical Simulation of Crusher Dust and Selection of Dust CollectorZhang Long(Coal Washing Plant,Xinjing Company,Huayang Group,Yangquan Shanxi 045000,China)Abstract:In order to further solve the problem that dust spills into the surrounding working environment through the gap or under theaction of induced wind during the crushing operation of the crusher,resulting in excessive dust concentration affecting the physical andmental health of the operators and the reliability of the equipment operation,a simulation analysis of the dust characteristics inside andoutside the guide chute of the crusher drop pipe was carried out based on CFD,and a matching dust collector was installed for it.Theeffect of the dust removal after the addition of the dust collector was verified by means of numerical simulations and actual measurements.Key words:crusher;dust concentration;dust collector;guide chute;coal drop pipe