对置射流强化炼焦中煤回收的流场特性与浮选性能研究

本文系统研究了对置射流浮选系统（PIV测量流场）在强化湍流（Kolmogorov尺度降至45?μm）以提升细粒炼焦中煤回收率（从27.09%提升至68.20%）方面的作用，揭示了射流间距（L）与流量（Q）对涡旋结构及浮选动力学常数（最高达0.35?min?1）的影响机制，为高效浮选设备开发提供了理论依据。

　　

Highlight

流场模式和速度

图6展示了在恒定入口流量为0.71?m³/h下，三种射流间距（a）50?mm，（b）30?mm和（c）70?mm的内部流场模式。示意图展示了PIV测量区域（70?mm?×?56?mm）以及后续定量分析的坐标系。在不同流量和射流间距下，流场模式相似：两股射流在中心撞击后，流体流动被径向重定向朝向反应器壁。当到达反应器壁时，流动转向出口，形成两个大的对称反向旋转涡流。这些涡流增强了颗粒和气泡的混合，并延长了它们在反应器内的停留时间，从而提高了碰撞效率。撞击点形成一个停滞点，速度接近于零。从停滞点开始，流动径向扩散，形成一个高湍流混合区。随着射流间距的减小，撞击点向射流喷嘴移动，导致更早的碰撞和更窄的混合区。然而，扩散区内高湍流区域的范围减小。随着入口流量的增加，最小Kolmogorov涡流尺度减小。当Q达到0.84?m³/h时，大部分测量区域的尺度减小到约45?μm。对于30、50和70?mm的射流间距，最小尺度从81-97?μm下降到41-45?μm。

结论

本研究通过粒子图像测速（PIV）和批次浮选实验，系统研究了对置射流浮选系统的流场特性和浮选性能，并在等效能量输入下与常规机械浮选槽进行了性能比较。主要结论如下：

• •
  (1) 基本流场模式在不同流量和射流间距下相似：两股射流在中心撞击后，流动被径向重定向，形成大的对称反向旋转涡流。
• •
  (2) 减小射流间距导致更早的碰撞和更窄的混合区，但扩散区的高湍流区域范围减小。
• •
  (3) 增加入口流量显著减小了Kolmogorov涡流尺度，当Q达到0.84?m³/h时，最小尺度降至约45?μm。
• •
  (4) 浮选实验表明，在50?mm间距下，可燃物回收率从27.09%显著提高到68.20%，灰分从19.82%增加到29.75%。可燃物回收率和浮选速率常数均随Q增加而增加，在50?mm间距下获得最高浮选速率常数（0.35?min^?1）和可燃物回收率（85.79%）。
• •
  (5) 颗粒直径与Kolmogorov尺度的比值始终低于1，减小Kolmogorov尺度持续改善浮选性能。与常规浮选槽相比，对置射流系统在等效能量输入下始终实现更优或至少相当的浮选性能。