·1508· 工程科学学报，第39卷，第10期 浓密机广泛应用于污水处理、冶金、矿业等各个行 业-]，设备适用于连续进出料工作方式，运行时泥层 高度、底流体积分数、粑架扭矩等参数保持动态稳 定[].随着膏体充填技术的发展，浓密机逐渐成为膏 体充填中重要的脱水设备[).在充填中常因暂无充填 需求而停止膏体浓密机底流排料)：有时又因充填空 高循环 区大，而浓密机备料不足且处理能力有限，迫使充填作 业中止等待设备储料.如果料浆在浓密机中停留时间 底流 循环 过长，底部料浆在上部泥层压力作用下[6-)，进一步压 系统 低循环 密脱水体积分数升高s-],其流动性大大降低甚至出 现板结现象[].料浆流动性减小，容易造成底流无法 顺利排出，甚至浓密机因运行阻力过大而出现压耙 图1底流循环系统示意图 因此，如何调控膏体浓密机在高料位运行下，保持粑架 Fig.I Underflow circulation system schematic diagram 扭矩、底流体积分数等参数运行稳定成为技术难题. 区域为一倒立圆锥体（只要该区域形态规则，则结果 为解决以上问题往往采用两种措施：一是设置粑 与区域形态无关)，循环前该区域料浆体积分数下高 架剪切装置，通过利用其搅拌作用改善料浆流动性. 上低.同时，根据现场实践可知循环作用区域不但与 这是因为当底流料浆达到一定体积分数后，其表现出 循环高度相关，也与循环流量相关.因此，该循环作用 的流变特性具有非牛顿流体的特征-]，存在剪切变 区域循环高度可分为两个部分，一部分是循环系统高 稀现象[-4]，所以耙架的剪切搅拌可以使底流料浆的 度H,一部分是循环流量所引起的作用区域高度 剪切应力及扭矩降低).二是在浓密机底部增设底 f(Q),作用区域示意图并建立坐标系如下图2. 流循环系统，通过加强浓密机内部物料在纵向上的流 y 动性6)，保持底流体积分数稳定、防止板结，从而调控 浓密机长时间运行稳定].目前，在耙架的搅拌作用 4r 机理研究方面取得了较大成果，然而较少涉及循环系 统对底流体积分数调控及其作用机理，难以实现高料 ① 位下稳定运行.为研究循环系统对底流体积分数调控 流量 机制，通过理论推导了底流体积分数调控数学模型，并 应用相关底流循环实验参数对模型进行验证.实验数 据很好的吻合了该数学模型，模型可实现对底流循环 调控效果的精确预测，为循环系统的设计及运行提供 科学依据 图2循环作用区域示意图 1底流调控数学模型建立 Fig.2 Sketch map of the underflow circular system 1.1底流循环系统 浓密机循环系统作用区域一般在其耙架搅拌区， 为了保证物料良好流动性及均质性，尤其是在高 而根据文献[18-19]浓密机耙架搅拌区内料浆体积分 料位且不充填时需防止压耙事故发生，必须添加底流 数在重力方向上呈线性变化，其体积分数随泥层高度 循环系统.浓密机底流循环是指将体积分数较高的底 的增加而增加，因此图2中y轴上体积分数变化满足 部料浆泵入压缩泥层的高位，利用不同泥层高度处不 下式 同体积分数物料之间的流动混合作用，改善底流料浆 C,Co-ky (1) 的流动性及均质性，从而达到活化底流料浆的目的 式中，C,为沿着y轴高度上某处料浆体积分数：C。为0 底流循环系统有多种形式，依据泵送循环位置的 点处料浆体积分数：k为料浆体积分数在y轴变化率， 高低划分为高位循环和低位循环.底流循环系统示意 m;y为该处离0高度，m. 图如图1所示.通过控制开关A、B和C调整循环路线 1.3底流体积分数变化分析 及工作方式，开关A控制循环系统的开关及流量 根据公式(1)，利用数学积分可以求解出循环作 大小 用区域内固体总体积V 1.2循环区域内料浆分布特征 ry 先假设在循环系统作用下，浓密机内部物料作用 g=mmo(G-)[a7o]a=工程科学学报,第 39 卷,第 10 期 浓密机广泛应用于污水处理、冶金、矿业等各个行 业[1鄄鄄2] ,设备适用于连续进出料工作方式,运行时泥层 高度、底流体积分数、耙架扭矩等参数保持动态稳 定[3] . 随着膏体充填技术的发展,浓密机逐渐成为膏 体充填中重要的脱水设备[4] . 在充填中常因暂无充填 需求而停止膏体浓密机底流排料[5] ;有时又因充填空 区大,而浓密机备料不足且处理能力有限,迫使充填作 业中止等待设备储料. 如果料浆在浓密机中停留时间 过长,底部料浆在上部泥层压力作用下[6鄄鄄7] ,进一步压 密脱水体积分数升高[8鄄鄄9] ,其流动性大大降低甚至出 现板结现象[10] . 料浆流动性减小,容易造成底流无法 顺利排出,甚至浓密机因运行阻力过大而出现压耙. 因此,如何调控膏体浓密机在高料位运行下,保持耙架 扭矩、底流体积分数等参数运行稳定成为技术难题. 为解决以上问题往往采用两种措施:一是设置耙 架剪切装置,通过利用其搅拌作用改善料浆流动性. 这是因为当底流料浆达到一定体积分数后,其表现出 的流变特性具有非牛顿流体的特征[11鄄鄄12] ,存在剪切变 稀现象[13鄄鄄14] ,所以耙架的剪切搅拌可以使底流料浆的 剪切应力及扭矩降低[15] . 二是在浓密机底部增设底 流循环系统,通过加强浓密机内部物料在纵向上的流 动性[16] ,保持底流体积分数稳定、防止板结,从而调控 浓密机长时间运行稳定[17] . 目前,在耙架的搅拌作用 机理研究方面取得了较大成果,然而较少涉及循环系 统对底流体积分数调控及其作用机理,难以实现高料 位下稳定运行. 为研究循环系统对底流体积分数调控 机制,通过理论推导了底流体积分数调控数学模型,并 应用相关底流循环实验参数对模型进行验证. 实验数 据很好的吻合了该数学模型,模型可实现对底流循环 调控效果的精确预测,为循环系统的设计及运行提供 科学依据. 1 底流调控数学模型建立 1郾 1 底流循环系统 为了保证物料良好流动性及均质性,尤其是在高 料位且不充填时需防止压耙事故发生,必须添加底流 循环系统. 浓密机底流循环是指将体积分数较高的底 部料浆泵入压缩泥层的高位,利用不同泥层高度处不 同体积分数物料之间的流动混合作用,改善底流料浆 的流动性及均质性,从而达到活化底流料浆的目的. 底流循环系统有多种形式,依据泵送循环位置的 高低划分为高位循环和低位循环. 底流循环系统示意 图如图 1 所示. 通过控制开关 A、B 和 C 调整循环路线 及工作方式,开 关 A 控 制 循 环 系 统 的 开 关 及 流 量 大小. 1郾 2 循环区域内料浆分布特征 先假设在循环系统作用下,浓密机内部物料作用 图 1 底流循环系统示意图 Fig. 1 Underflow circulation system schematic diagram 区域为一倒立圆锥体(只要该区域形态规则,则结果 与区域形态无关),循环前该区域料浆体积分数下高 上低. 同时,根据现场实践可知循环作用区域不但与 循环高度相关,也与循环流量相关. 因此,该循环作用 区域循环高度可分为两个部分,一部分是循环系统高 度 H, 一 部 分 是 循 环 流 量 所 引 起 的 作 用 区 域 高 度 f(Q),作用区域示意图并建立坐标系如下图 2. 图 2 循环作用区域示意图 Fig. 2 Sketch map of the underflow circular system 浓密机循环系统作用区域一般在其耙架搅拌区, 而根据文献[18鄄鄄19]浓密机耙架搅拌区内料浆体积分 数在重力方向上呈线性变化,其体积分数随泥层高度 的增加而增加,因此图 2 中 y 轴上体积分数变化满足 下式. Cy = C0 - ky. (1) 式中,Cy为沿着 y 轴高度上某处料浆体积分数;C0为 O 点处料浆体积分数;k 为料浆体积分数在 y 轴变化率, m - 1 ;y 为该处离 O 高度,m. 1郾 3 底流体积分数变化分析 根据公式(1),利用数学积分可以求解出循环作 用区域内固体总体积 Vs . Vs = 仔 乙 H+f(Q) 0 (C0 - ky) [ ry (H + f(Q ] )) 2 dy = ·1508·