粒度分布對提質(zhì)褐煤水煤漿性能影響的研究

第1期選煤技術(shù)2009年2月COAL PREPARATION TECHNOLOGY文章編號:1001-3571(2009)01-0001粒度分布對提質(zhì)褐煤水煤漿性能影響的研究高志芳,朱書(shū)全,黃波,王娜,官長(cháng)平(中國礦業(yè)大學(xué)(北京),北京100083)摘要:為了研究顆粒粒度分布的堆積效率在難制漿煤種制備水煤漿過(guò)程中的作用,試驗選用內蒙古寶日希勒禍煤和氣流干燥管工藝提質(zhì)過(guò)的褐煤作為研究對象,并采用歐美克激光粒度測試儀進(jìn)行煤樣的粒度分析,應用相關(guān)的軟件,計算出兩種煤樣在不同配比下的堆積效率,研究了粒度分布對兩種水煤漿濃度、粘度、流變性及穗定性的彩響,結果表明:提質(zhì)褥煤媟樣達到了較好的粒度分布,堆積效率提高6.74個(gè)百分點(diǎn),水煤漿的濃度相應提高6.6個(gè)百分點(diǎn),達到60.83%滿(mǎn)足了工業(yè)要求。因此,合理的粒度分布能明顯改變提質(zhì)褐煤水煤漿的流變性,有效提高提質(zhì)褥煤水煤漿的濃度。關(guān)鍵詞:粒度分布;堆積效率;水煤漿;濃度;粘度;流變性;穩定性中圖分類(lèi)號:TQ536文獻標識碼:A水煤漿是20世紀70年代石油危機中發(fā)展起來(lái)研究卻較少。的一種新型燃料,它由65%-70%的煤、29%研究表明,在制漿過(guò)程中,采用合理的粒度級34%的水和少于1%的化學(xué)添加劑經(jīng)過(guò)一定的加工配不但可使煤顆粒達到較高堆積密度(高濃度),工藝制成的懸浮分散體系,具有低污染、易泵送、而且可使漿體具有較好的流動(dòng)性,同時(shí)粘度符合工燃燒效率高等優(yōu)點(diǎn),是煤基代油流體燃料。鑒于我業(yè)要求。文章就內蒙古寶日希勒褐煤成漿性能以及國富煤貧油的國情,開(kāi)發(fā)煤代油技術(shù)屬于我國的基提質(zhì)過(guò)的褐煤的成漿性能,研究了堆積效率對寶日本能源政策希勒提質(zhì)褐煤成漿性能的影響褐煤是我國煤炭資源儲量中十分豐富的一類(lèi)煤炭,地區分布也較廣泛,其中以?xún)让珊置簝α孔?粒度分布的數學(xué)模型多,且多形成于中生代侏羅紀。褐煤屬軟質(zhì)煤,其制備高濃度水煤漿的技術(shù)關(guān)鍵之一,是要求水特征是水分大,與煙煤等硬煤有很大差異?？傮w來(lái)煤漿的粒度分布達到較高的堆積效率,亦即要求煤說(shuō),我國褐煤的煤質(zhì)特性是全水分高、發(fā)熱量低、粒堆積時(shí)空隙少,固體容積濃度高。為此,首先要含氧多、燃點(diǎn)低、易風(fēng)化變質(zhì)和自燃發(fā)火,硫分較搞清堆積效率與粒度分布的關(guān)系。在實(shí)際工作中,低,灰分適中。目前,國內褐煤多用于煤礦坑口發(fā)遇見(jiàn)的多屬連續分布的顆粒,研究連續分布顆粒體電或民用燃料,利用率低,污染嚴重。褐煤屬系的堆積特性必須先建立描述這種粒度分布的數學(xué)于難制漿煤種,在水煤漿技術(shù)的應用與推廣過(guò)模型。最常用的粒度分布模型主要有Roin-程中,如何采用難制漿的煤種制得高濃度、低粘 Rammer、 Gaudin- Schuhmann、 Alfred及對數正態(tài)度、流動(dòng)性好的水煤漿一直是人們關(guān)注的問(wèn)題。分布模型1。國內外許多學(xué)者在褐煤提質(zhì)變性方面進(jìn)行了研究,(1) Rosin- Rammer粒度分布模型為:證明了提質(zhì)可以顯著(zhù)脫除褐煤內部較高含量的內在水分,降低其吸水性,改善褐煤的煤質(zhì);對褐(1)煤制漿過(guò)程中煤表面物理化學(xué)性質(zhì)和添加劑的分子式中:d為某個(gè)粒度;R為大于粒度d的顆粒含量;d結構特征對水煤漿性能的影響也做了比較深入的研為與R=0.368相對應的粒度;n為模型參數。究;但是,對粒度堆積效率對成漿性能影響的(2) Gaudin- Schuhmann粒度分布模型為:基金項目:國家自然科學(xué)基金(編號為50074033)(2)修改稿收稿日期作者簡(jiǎn)介:高志芳(1978-),女,河北滄州人,中國礦業(yè)大學(xué)式中:d為某個(gè)粒度;y為小于粒度d的顆粒含量;d(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院在讀博士研究生,主要從事潔凈煤技術(shù)方面的研究。E-mil:gfrj66@163.c0m,聯(lián)系方式為顆粒體系中的最大粒度;n為模型參數1581l013302。(3) Alfred粒度分布模型為2009年2月25日d -d較高的堆積效率,以制得濃度較高的漿體,本研究di -d采用張榮曾教授等人開(kāi)發(fā)的軟件來(lái)計算堆積效率。式中:d為某個(gè)粒度;y為小于粒度d的顆粒含量;d2為此,先將磨礦后的粗樣和細樣用歐美克LS-C為顆粒體系中的最大粒度;d,為顆粒體系中的最小(1)型激光粒度分析儀進(jìn)行測試,粒度分析結果粒度;n為模型參數。見(jiàn)圖1~圖4。對于這種連續粒度分布的顆粒體系的堆積效率,用解析法是很難求解的。因此,多采用物理實(shí)驗或在計箅機上模擬堆積實(shí)驗方法求解。張榮曾教授等人在繼承前人成果的基礎上開(kāi)發(fā)了一套軟件,采用t432了 Rosin- Rammer粒度分布模型,實(shí)踐證明,用此軟件計算堆積效率指導工業(yè)生產(chǎn)效果良好。本19文即采用此軟件來(lái)進(jìn)行煤樣的粒度分析。度分市面2褐煤制漿試驗2.1煤櫸的制試驗所用原煤煤樣由神華國際貿易有限責任公司提供的寶日希勒原褐煤(原褐煤)和流化床干粒評什|累1粒怪微分累積燥提質(zhì)過(guò)的褐煤(提質(zhì)褐煤),煤樣的制備方法依據國家標準GB474進(jìn)行:將煤樣破碎至3mm以下,然后摻勻,之后用縮分器進(jìn)行縮分,縮分后的部分煤樣作可磨性試驗,一部分煤樣作試驗用樣,其余部分為備用樣。2.2煤質(zhì)分析及可磨性指數的測定從表1可以看出,寶日希勒原褐煤屬于低變質(zhì)田1褐煤粗粒級粒度分布圖程度煤,空氣干燥基水分(M)很高,為23.53%,屬于難制漿煤種;經(jīng)提質(zhì)后的褐煤成漿性明顯提高。衰1煤質(zhì)工業(yè)分析結果D4,n: 14.7s54.53m媒樣M。VA,FC.最高內水Qm7B31B21:1:m122n11%(MHC)M·kg原褐煤23.539.7951.0120.1316.67黑日:-1“m-提質(zhì)褐煤2.6042.62l.8957.3815.724.58可磨性是水煤漿用煤的重要指標,可以用來(lái)判斷其制漿的難易程度和制漿的質(zhì)量。對制備出的可磨性試樣,參照國家標準GB2565《煤的可磨性指數測定方法),采用哈氏可磨機作哈氏可磨性指數試驗。哈氏可磨性指數由公式HGI=13+6.93D24求出,根據哈氏可磨性指數和煤樣的工業(yè)分析,由公式D=7.5-0.05HCI+0.223M,+0.02502求出成漿指標{。根據上述公式可求得,寶日希勒原褐煤可磨性指數為49.87,屬難制漿煤種;提質(zhì)褐煤可磨性指數為76.87,屬較易制漿煤種。2.3媒樣粒度分布的測定為合理地選擇粗粒級和細粒級煤的配比,得到囝2褐媒細粒級粒度分布圖第1期高志芳等:粒度分布對提廈棲煤水煤漿性能影響的研究2009年2月25日位試背可告4241652129圖3提質(zhì)福煤粗粒級粒度分布圖圖4提質(zhì)黨細粒級粒度分布圖2.4水煤漿的制備重,但可被玻棒攪拌再生成均勻的漿體;D級水煤實(shí)驗室采用干法調漿法制備水煤漿,應用上述漿的穩定性最差,漿體密度明顯分布不均勻,析水軟件計算得到的不同粗細搭配所得的堆積效率和一多,沉淀堅硬,不可再生。為了更好地表示某一等些粒度特征值,稱(chēng)取細粒煤和粗粒煤,加入規定量級范圍中的穩定性的微小差別,用“+”和的水和添加劑,按照國家標準測定水煤漿的粘度和加以區分,“+”表示某一等級穩定性較好,“-流變曲線(xiàn)。表示某一等級穩定性較差對漿體穩定性測試采用的標準為:將被測水煤表2試驗數據中,原褐煤與提質(zhì)褐煤制漿條漿試樣密閉靜置24h后,采用棒插法觀(guān)測。水煤漿件相同,均為添加劑用量為干基煤樣量的1%的穩定性的判定分為四個(gè)等級:A級水煤漿的穩定粘度為1200mPa·s的水煤漿的堆積效率對應的性最好,漿體均勻分布,無(wú)析水,無(wú)沉淀;B級水最高濃度及穩定性。表3試驗數據中,原褐煤與煤漿的穩定性較好,無(wú)沉淀或少量軟沉淀,有少許提質(zhì)褐煤制漿條件相同,均為添加劑用量為1%、析水和輕微的密度分布不均勻現象;C級水煤漿的濃度為50%的水煤漿的堆積效率對應的粘度和穩穩定性較差,有析水,漿體密度分布不均,沉淀嚴定性。2不同堆積效率對應的最高濃度及穩定性原褐煤提質(zhì)褐煤煤樣粗細配比平均粒度/堆積效率/最高濃度/穩定性平均粒度/堆積效率/最高濃度穩定性40:602458.342227.6750:5027.0855:4559.86A70:3032.0165.5252.81A37.5265861.03A選媒技術(shù)2009年2月25衰3不同堆積效率對應的粘度及穩定性寶日褐煤提質(zhì)褐煤煤樣粗細配比平均粒度/堆積效率/粘度/mP,,穩定性平均粒度/堆積欲穩定性58.31613.671134.2545:55578559.14342.03B27.67000.5150:501200.30.96835.4262.60:4029.5462.711089.3834.63.5830.776935.64.19300.8732.0165.52A37.52648320675由表2和圖5、圖6得到堆積效率和水煤漿濃樣,也可以得到提質(zhì)褐煤的擬合方程式:Y=度關(guān)系。根據圖5得到原褐煤擬合方程式:Y=11040.89-166175x,R2=0.99。此擬合關(guān)系式表12.56+0.61x,R2=0.98。該擬合關(guān)系式表明,堆明,原煤堆積效率與水煤漿濃度呈顯著(zhù)的線(xiàn)性關(guān)積效率對原褐煤水煤漿濃度的影響是呈線(xiàn)性關(guān)系系,堆積效率從59.14%提高到64.83%,粘度相的,堆積效率從5834%提高到65.52%,濃度相應降低了927.5mPa·s。由圖8擬合曲線(xiàn)還可以看應提高了4.8個(gè)百分點(diǎn);同樣,得到提質(zhì)褐煤擬合出,提質(zhì)褐煤的粘度降低幅度比原褐煤的大。試驗方程式:Y=-5.11+x,R2=0.98。該擬合關(guān)系式結果表明,堆積效率對提質(zhì)褐煤水煤漿粘度的影響表明,堆積效率與水煤漿濃度線(xiàn)性關(guān)系顯著(zhù),堆積比對原褐煤的影響更為顯著(zhù)。效率從59.14%提高到65.88%,濃度相應提高了1700674個(gè)百分點(diǎn)。從圖6中可以看出,堆積效率對原褐煤質(zhì)褐煤1300提質(zhì)褐煤水煤漿濃度的影響比對原褐煤的影響更為l100原揭煤2∞8620鋁提質(zhì)褐焦圖7堆積效率對水煤漿粘度的影響100s899606l6666566804原度堆積效率/%圖5堆積效率對水煤漿濃度的影響66F→-規質(zhì)100堆積效率提高率/%圖8堆積效率的提高率與水煤漿粘度的關(guān)系3.52.5堆積效率對水煤漿流變特性的彩響0.5水煤漿的流變特性是水煤漿制備、輸送、霧化堆積效率增長(cháng)率/%和燃燒的基本表現。從機理上來(lái)講,水煤漿的流變圖6堆積效率的提高率與水煤漿濃度變化率的關(guān)系特性受煤粒間的相互作用,煤粒和水、化學(xué)添加劑表3和圖7、圖8可得到堆積效率和水煤漿的作用以及高濃度下煤粒形成的網(wǎng)絡(luò )結構等因素的粘度關(guān)系。根據圖7得到原褐煤擬合方程式:Y=影響。699064-94.47x,R2=0.94。此擬合關(guān)系式表明下面主要研究煤粉粒度分布及堆積效率對水煤堆積效率對原褐煤水煤漿粘度的影響是呈非線(xiàn)性關(guān)漿流變性的影響。圖9和圖10均為添加劑用量為系的。在濃度一定的條件下,堆積效率從58.34%1%、濃度為50%的水煤漿的不同堆積效率對其流提高到65.52%,粘度降低了近800mPa·8;同變性的影響。第高志芳等:粒度分布對捉質(zhì)褐煤水煉裝性能影響的研究200年2月25日積效率后規則粒度增多,不同粒度的煤粒在空間上得到充分填充,從而使得堆積效率得到提高,水煤漿的濃餐豐經(jīng)度也相應提高。(3)褐煤屬于難制漿媒種,影響褐煤成漿性能的因素很多,通過(guò)提質(zhì)的方法對提質(zhì)褐煤水煤漿51012蘇34455的成漿性能進(jìn)行研究,證明用提質(zhì)后的褐煤制成的剪切速率/s1水煤漿濃度可顯著(zhù)提高,因此合理的粒度分布是影圖9堆積效率對原福煤水煤漿流變特性的影響響褐煤成漿性能的關(guān)鍵因素之一;試驗選用難成漿原褐煤進(jìn)行對比試驗,通過(guò)研究比較不同堆積效率:驗下兩種成漿性不同的煤樣水煤漿的流變性趨勢,證明了堆積效率對提質(zhì)褐煤的影響比對原褐煤的影響積效率6更為顯著(zhù)。因此,要提高褐煤水煤漿的濃度,在褐50……一,,煤提質(zhì)的前提下,選擇合適的磨礦條件,得到較好的粒度級配,提高堆積效率是制備高濃度褐煤水煤漿的關(guān)鍵。剪切速率/參考文:圖10堆積效率對提質(zhì)福煤水煤漿演變性的影響[1]李安,水煤漿技術(shù)發(fā)現狀及其新進(jìn)展[刀],煤炭從圖9可以看出,原褐煤水煤漿濃度保持不變科學(xué)技術(shù),2007,35(5):97-100時(shí),改變水煤漿粒度分布,使其堆積效率提高,水[2)尹立群,我固褐媒資源及其利用曲景U].媒教煤漿粘度隨剪切速率的增大而減小,水煤漿的粘度學(xué)技術(shù),2004,32(8):12-15[3]肖保清,李佩君,朱友益.褐煤漿的研制[].中也隨之降低,流動(dòng)性明顯改善。由此可見(jiàn),提高堆國煤炭,1996,(8):46-47積效率可以起到調整水煤漿流變特性的作用。從圖【4]朱書(shū)全,煤的性質(zhì)對其成漿性影響的研究綜述[],10曲線(xiàn)可以看出,隨著(zhù)堆積效率的提高,提質(zhì)褐煤炭加工與綜合利用,19%6,(2):5·8煤流變性在堆積效率較低的時(shí)候呈現出不穩定的趨5]費志華,顧兆云,徐志強,等,提高印尼褐煤成漿勢,流體呈現假塑性;隨著(zhù)堆積效率的提高,漿體性的試驗研究[冂].煤炭加工與綜合利用,2008,由脹塑性流體表現為假塑性流體,且隨剪切速率的[6]朱書(shū)全,詹隆,中國煤的成漿性研究[],煤炭學(xué)增高,粘度也出現增高趨勢。通過(guò)對比兩種煤樣水報,1998,23(2):198-201煤漿流變性趨勢圖,證明了堆積效率對提質(zhì)褐煤的7] A Shook, M C Roeo. Shurry Flow Principles and Practice影響比對原褐煤的影響更為顯著(zhù)。[J]. Butterworth-Heinemann, 1991,(5): 356-367.[8 Funk. Control Parameter for a 75WT% Coal-Water3論[9] Funk, Preparation of a Highly Loaded Coal Water Mix.通過(guò)研究粒度分布對寶日希勒原褐煤和提質(zhì)褐ture [C, COAL, 4th ISCSC, 1982煤成漿性影響的研究,可得到如下結論[10] F Hanson S, Patrick JW, Walker A. The Efect of(1)對寶日希勒原褐煤和提質(zhì)褐煤水煤漿成Coal Particle Sizeon Pyrolysis and Steam Gasification[].Ful,2002,8l:531~537漿性的試驗結果表明:原褐煤水媒漿在粘度和添加[1u] M Shibaoke,Yohk, M J Nornal,d.Apls劑一定的條件下,堆積效率與水煤漿的濃度呈非線(xiàn)性關(guān)系,而提質(zhì)褐煤堆積效率與水煤漿的濃度呈線(xiàn)coal. pyrolysis[].Fue,1995,74:1648-1653,性關(guān)系,提質(zhì)褐煤堆積效率提高6.74個(gè)百分點(diǎn),[12]張榮曾,水煤漿制備技術(shù)的現狀與展望[M]·北水煤漿的濃度相應提高6.6個(gè)百分點(diǎn),達到京:經(jīng)濟管理出版社,199260.83%,可滿(mǎn)足水煤漿的工業(yè)要求;在濃度和[13]張榮曾.水煤漿制備技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,1996加劑一定的條件下,提質(zhì)褐煤水煤漿的粘度與堆積[14〕陳文敏潔凈煤技術(shù)[M].北京:煤殿工業(yè)出版效率線(xiàn)性關(guān)系顯著(zhù)。(2)提質(zhì)褐煤可磨性指數提高,試驗結果也[15】曼名文,媒漿的謊變性和穩定性力學(xué)進(jìn)展[證明制漿濃度也隨著(zhù)提高,主要原理是褐煤提質(zhì)以力學(xué)進(jìn)展,1984,14(2);183-194