第1期選煤技末2009年2月COAL PREPARATION TECHNOLOGYFeb.2009文章編號(hào):1001-3571(2009)01-0001粒度分布對(duì)提質(zhì)褐煤水煤漿性能影響的研究高志芳,朱書全,黃波,王娜,官長(zhǎng)平(中國(guó)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(yàn)選用內(nèi)蒙古寶日希勒褐煤和氣流干燥管工藝提質(zhì)過(guò)的褐煤作為研究對(duì)象,并采用歐美克激光粒度測(cè)試儀進(jìn)行煤樣的粒度分析,應(yīng)用相關(guān)的軟件,計(jì)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(duì)兩種水煤漿濃度、粘度、流變性及穩(wěn)定性的彩響,結(jié)果喪明:提質(zhì)褐煤媟樣達(dá)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(yīng)提高6.6個(gè)百分點(diǎn),達(dá)到60.83%滿足了工業(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(wěn)定性中圖分類號(hào):TQ536文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A水煤漿是20世紀(jì)70年代石油危機(jī)中發(fā)展起來(lái)研究卻較少。的一種新型燃料,它由65%-0%的煤、29%研究表明,在制漿過(guò)程中,采用合理的粒度級(jí)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(dá)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?jié){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(nèi)蒙古寶日希勒褐煤成漿性能以及國(guó)富煤貧油的國(guó)情,開發(fā)煤代油技術(shù)屬于我國(guó)的基提質(zhì)過(guò)的褐煤的成漿性能,研究了堆積效率對(duì)寶日本能源政策山。希勒提質(zhì)褐煤成漿性能的影響。褐煤是我國(guó)煤炭資源儲(chǔ)量中十分豐富的一類煤炭,地區(qū)分布也較廣泛,其中以內(nèi)蒙褐煤儲(chǔ)量最1粒度分布的數(shù)學(xué)模型多,且多形成于中生代侏羅紀(jì)。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(dá)到較高的堆積效率,亦即要求煤說(shuō),我國(guó)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(guó)內(nèi)褐煤多用于煤礦坑口發(fā)遇見的多屬連續(xù)分布的顆粒,研究連續(xù)分布顆粒體電或民用燃料,利用率低,污染嚴(yán)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(shù)學(xué)于難制漿煤種,在水煤漿技術(shù)的應(yīng)用與推廣過(guò)模型。最常用的粒度分布模型主要有 Rosin-程中,如何采用難制漿的煤種制得高濃度、低粘 Rammer、 Gaudin- Schuhmann、Ared及對(duì)數(shù)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7-l國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者在褐煤提質(zhì)變性方面進(jìn)行了研究,(1)Roin- Rammer粒度分布模型為:證明了提質(zhì)可以顯著脫除褐煤內(nèi)部較高含量的內(nèi)在水分,降低其吸水性,改善褐煤的煤質(zhì);對(duì)褐exp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(jié)構(gòu)特征對(duì)水煤漿性能的影響也做了比較深入的研為與R=0.368相對(duì)應(yīng)的粒度;n為模型參數(shù)。究;但是,對(duì)粒度堆積效率對(duì)成漿性能影響的(2) Gaudin- Schuhmann粒度分布模型為:基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金(編號(hào)為50074033)y=(d)修改稿收稿日期:2008-11-0作者簡(jiǎn)介:高志芳(1978-),女,河北滄州人,中國(guó)礦業(yè)大學(xué)式中中國(guó)煤化工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CNMH參數(shù)158l1013302(3)Ared粒度分布模型為:第1期選媒技術(shù)2009年2月25日d-d(3)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發(fā)的軟件來(lái)計(jì)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(xì)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(cè)試,粒度分析結(jié)果粒度;n為模型參數(shù)見圖1-圖4。對(duì)于這種連續(xù)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(yàn)或在計(jì)算機(jī)上模擬堆積實(shí)驗(yàn)方法求解。張榮曾教授等人在繼承前人成果的基礎(chǔ)上開發(fā)了一套軟件,采用B3:13了 Rosin- Rammer粒度分布模型,實(shí)踐證明,用此軟件計(jì)算堆積效率指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)效果良好。本D251159,1“·“B文即采用此軟件來(lái)進(jìn)行煤樣的粒度分析。2褐煤制漿試驗(yàn)2.1煤樣的制備試驗(yàn)所用原煤煤樣由神華國(guó)際貿(mào)易有限責(zé)任公司提供的寶日希勒原褐煤(原褐煤)和流化床干累積9粒徑微分累積燥提質(zhì)過(guò)的褐煤(提質(zhì)褐煤),煤樣的制備方法依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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,縮分后的一部分煤樣作可磨性試驗(yàn),一部分煤樣作試驗(yàn)用樣,其余部分為備用樣2.2煤質(zhì)分析及可磨性指數(shù)的測(cè)定從表1可以看出,寶日希勒原褐煤屬于低變質(zhì)圖1褐煤粗粒級(jí)粒度分布圖程度煤,空氣干燥基水分(M4)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(jié)果D431煤樣MVA4FC.最高內(nèi)水Qm(MHC)M·kiDm 30 n i. ka.65033%原褐煤23.5348.999.7951.0120.1316.67提質(zhì)褐煤2.6042.6211.8957.3815.7724.58可磨性是水煤漿用煤的重要指標(biāo),可以用來(lái)判斷其制漿的難易程度和制漿的質(zhì)量。對(duì)制備出的可磨性試樣,參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB2565《煤的可磨性指數(shù)測(cè)定方法》,采用哈氏可磨機(jī)作哈氏可磨性指數(shù)試驗(yàn)。哈氏可磨性指數(shù)由公式HGl=13+6.93D14求出,根據(jù)哈氏可磨性指數(shù)和煤樣的工業(yè)分析由公式D=7.5-0.05HGI+0.223M,+0.02502求出成漿指標(biāo)。根據(jù)上述公式可求得,寶日希勒原褐煤可磨性指數(shù)為49.87,屬難制漿煤種;提質(zhì)褐煤可磨性指數(shù)為76.87,屬較易制漿煤種。中國(guó)煤化工2.3煤樣粒度分布的測(cè)定CNMHG為合理地選擇粗粒級(jí)和細(xì)粒級(jí)煤的配比,得到2褐媒細(xì)粒級(jí)粒度分布圖高志芳等:粒度分布對(duì)提質(zhì)桶爆水煤漿性能影響的研究2009年2月25日位試背位可江張告1:91B翻聚分累積神上m圖3提質(zhì)福煤粗粒級(jí)粒度分布圖日4提質(zhì)褐煤細(xì)粒級(jí)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(jí)水煤實(shí)驗(yàn)室采用干法調(diào)漿法制備水煤漿,應(yīng)用上述漿的穩(wěn)定性最差,漿體密度明顯分布不均勻,析水軟件計(jì)算得到的不同粗細(xì)搭配所得的堆積效率和一多,沉淀堅(jiān)硬,不可再生。為了更好地表示某一等些粒度特征值,稱取細(xì)粒煤和粗粒媒,加入規(guī)定量級(jí)范圍中的穩(wěn)定性的微小差別,用“+”和“-”的水和添加劑,按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定水煤漿的粘度和加以區(qū)分,“+”表示某一等級(jí)穩(wěn)定性較好,“-”流變曲線表示某一等級(jí)穩(wěn)定性較差對(duì)漿體穩(wěn)定性測(cè)試采用的標(biāo)準(zhǔn)為:將被測(cè)水煤表2試驗(yàn)數(shù)據(jù)中,原褐煤與提質(zhì)褐媒制漿條漿試樣密閉靜置24h后,采用棒插法觀測(cè)。水煤漿件相同,均為添加劑用量為干基煤樣量的1%的穩(wěn)定性的判定分為四個(gè)等級(jí):A級(jí)水煤漿的穩(wěn)定粘度為1200mPa·s的水煤漿的堆積效率對(duì)應(yīng)的性最好,漿體均勻分布,無(wú)析水,無(wú)沉淀;B級(jí)水最高濃度及穩(wěn)定性。表3試驗(yàn)數(shù)據(jù)中,原褐煤與煤漿的穩(wěn)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(xiàn)象;C級(jí)水煤漿的濃度為50%的水煤漿的堆積效率對(duì)應(yīng)的粘度和穩(wěn)穩(wěn)定性較差,有析水,漿體密度分布不均,沉淀嚴(yán)定性。2不同堆積效率對(duì)應(yīng)的最高濃度及穩(wěn)定性原褐煤質(zhì)褐煤煤樣粗細(xì)配比平均粒度/堆積效率/最高濃度穩(wěn)定性平均粒度/堆積效率/最高濃度穩(wěn)定性58.3425.8560.3549.8955:4528.3161.94中國(guó)煤化工51.2759.8670:3052.81CNMHG6LO3 A3不同堆積效率對(duì)應(yīng)的粘度及穩(wěn)定性寶日褐煤提質(zhì)褐煤煤樣粗細(xì)配比平均粒度/堆積效率/粘度8都定性平均粒度/堆積效率/粘度/穩(wěn)定性1613.6759.141134.2545:5525.8559.14l342.03B27.6750:5027.30.9661.49835.423162.8760:40AAAA29.5462.71108938A53.6935.88300.87A32.01864.28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)褐煤的擬合方程式度關(guān)系。根據(jù)圖5得到原褐煤擬合方程式:Y=11040.89-166.75x,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的線性關(guān)積效率對(duì)原褐煤水煤漿濃度的影響是呈線性關(guān)系系,堆積效率從59.14%提高到64.83%,粘度相的,堆積效率從58.34%提高到65.52%,濃度相應(yīng)降低了927.5mPa·8。由圖8擬合曲線還可以看應(yīng)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(yàn)方程式:Y=-5.11x,R2=0.98。該擬合關(guān)系式結(jié)果表明,堆積效率對(duì)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性關(guān)系顯著,堆積比對(duì)原褐煤的影響更為顯著。效率從59.14%提高到65.88%,濃度相應(yīng)提高了674個(gè)百分點(diǎn)。從圖6中可以看出,堆積效率對(duì)提質(zhì)碣煤提質(zhì)褐煤水煤漿濃度的影響比對(duì)原褐煤的影響更為顯著原褐煤6263646566堆積效率/%圖7堆積效率對(duì)水煤漿粘度的影響000s859606l6圖5堆積效率對(duì)水煤漿濃度的影響000堆積效率提高率/%4.53.5圖8堆積效率的提高率與水煤漿粘度的關(guān)系2.5堆積效率對(duì)水煤漿流變特性的影響水煤漿的流變特性是水煤漿制備、輸送、霧化堆積效率增長(zhǎng)率/%和燃燒的基本表現(xiàn)。從機(jī)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)添加劑由表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(jié)構(gòu)等因素的粘度關(guān)系。根據(jù)圖7得到原褐煤擬合方程式:Y=影響。6990.64-94.47x,R2=0.94。此擬合關(guān)系式表明中國(guó)煤化工及堆積效率對(duì)水煤堆積效率對(duì)原褐煤水煤漿粘度的影響是呈非線性關(guān)漿濟(jì)系的。在濃度一定的條件下,堆積效率從58.34%1%夏CNMHG均為添加劑用量為以小小以;同堆積效率對(duì)其流提高到65.52%,粘度降低了近800mPa·8;同變性的影響。第1期高志芳予:粒度分布對(duì)提質(zhì)褐煤水煤漿性能影響的研00年2月25且積效率后規(guī)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*錳度也相應(yīng)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(duì)提質(zhì)褐煤水煤漿的成漿性能進(jìn)行研究,證明用提質(zhì)后的褐煤制成的水煤漿濃度可顯著提高,因此合理的粒度分布是影圖9堆積效率對(duì)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(yàn)選用難成漿1500原褐煤進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),通過(guò)研究比較不同堆積效率目下兩種成漿性不同的煤樣水煤漿的流變性趨勢(shì),證明了堆積效率對(duì)提質(zhì)褐煤的影響比對(duì)原褐煤的影響更為顯著。因此,要提高褐煤水煤漿的濃度,在褐煤提質(zhì)的前提下,選擇合適的磨礦條件,得到較好的粒度級(jí)配,提高堆積效率是制備高濃度褐煤水煤204060120140160漿的關(guān)鍵。剪切速率/s參考文:圖10堆積效率對(duì)提質(zhì)福煤水煤黎流變性的影響[1]李安,水煤漿技術(shù)發(fā)屨現(xiàn)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):9-100.時(shí),改變水煤漿粒度分布,使其堆積效率提高,水[2]尹立群.我圖褐煤資源及其利用前景[J.煤炭科學(xué)技術(shù),2004,32(8):12-15煤漿粘度隨剪切速率的增大而減小,水煤漿的粘度[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,提高堆國(guó)煤炭,1996,(8):46~47積效率可以起到調(diào)整水媒漿流變特性的作用。從圖[4]朱書全,煤的性質(zhì)對(duì)其成漿性影響的研究綜述[】10曲線可以看出,隨著堆積效率的提高,提質(zhì)褐煤炭加工與綜合利用,1996,(2):5~8煤流變性在堆積效率較低的時(shí)候呈現(xiàn)出不穩(wěn)定的趨5]龔志華,顧兆云,徐志強(qiáng),等提高印尼褐煤成漿勢(shì),流體呈現(xiàn)假塑性;隨著堆積效率的提高,漿體性的試驗(yàn)研究[J].煤炭加工與綜合利用,2008由脹塑性流體表現(xiàn)為假塑性流體,且隨剪切速率的[6]朱書全,詹隆,中國(guó)煤的成漿性研究[J],煤炭學(xué)增高,粘度也出現(xiàn)增高趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)比兩種煤樣水報(bào),1998,23(2);198-201煤漿流變性趨勢(shì)圖,證明了堆積效率對(duì)提質(zhì)褐煤的7] A Shook, M C Roco, Slurry Flow Principles and Practice影響比對(duì)原褐煤的影響更為顯著。[8 Funk. Control Parameter for a 75WT% Coal-Water3結(jié)論Slurry [C]. COAL, 4th ISCSC, 1982.[9] Funk. Preparation of a Highly Loaded Coal Water Mix.通過(guò)研究粒度分布對(duì)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(jié)論:[10] F Hanson S, Patrick JW, Walker A. The Efect of(1)對(duì)寶日希勒原褐媒和提質(zhì)褐煤水煤漿成Coal Particle Sizeon Pyrolysis and Steam Gasification[].Fuel,2002,81:531-537漿性的試驗(yàn)結(jié)果表明:原褐煤水煤漿在粘度和添加[11 M Shibaoka, Y Ohtsukat, M J Wornal, et aL Appli劑一定的條件下,堆積效率與水煤漿的濃度呈非線性關(guān)系,而提質(zhì)褐煤堆積效率與水煤漿的濃度呈線coal pyrolysis [J]. Fuel, 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(xiàn)狀與展望[M].北水煤漿的濃度相應(yīng)提高6.6個(gè)百分點(diǎn),達(dá)到京:經(jīng)濟(jì)管理出版社,1992[13]張榮曾,水煤漿制備技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版60.83%,可滿足水煤漿的工業(yè)要求;在濃度和添加劑一定的條件下,提質(zhì)揭煤水煤漿的粘度與堆積[14中國(guó)煤化工京:媒工業(yè)出效率線性關(guān)系顯著(2)提質(zhì)褐煤可磨性指數(shù)提高,試驗(yàn)結(jié)果也15CNMHG性力學(xué)進(jìn)展[證明制漿濃度也隨著提高,主要原理是褐煤提質(zhì)以力學(xué)進(jìn)展,1984,14(2):183-194