粒度分布对提质褐煤水煤浆性能影响的研究

第1期选煤技术2009年2月COAL PREPARATION TECHNOLOGY文章编号:1001-3571(2009)01-0001粒度分布对提质褐煤水煤浆性能影响的研究高志芳,朱书全,黄波,王娜,官长平(中国矿业大学(北京),北京100083)摘要:为了研究颗粒粒度分布的堆积效率在难制浆煤种制备水煤浆过程中的作用,试验选用内蒙古宝日希勒禍煤和气流干燥管工艺提质过的褐煤作为研究对象,并采用欧美克激光粒度测试仪进行煤样的粒度分析,应用相关的软件,计算出两种煤样在不同配比下的堆积效率,研究了粒度分布对两种水煤浆浓度、粘度、流变性及穗定性的彩响,结果表明:提质褥煤媟样达到了较好的粒度分布,堆积效率提高6.74个百分点,水煤浆的浓度相应提高6.6个百分点,达到60.83%满足了工业要求。因此,合理的粒度分布能明显改变提质褐煤水煤浆的流变性,有效提高提质褥煤水煤浆的浓度。关键词:粒度分布;堆积效率;水煤浆;浓度;粘度;流变性;稳定性中图分类号:TQ536文献标识码:A水煤浆是20世纪70年代石油危机中发展起来研究却较少。的一种新型燃料,它由65%-70%的煤、29%研究表明,在制浆过程中,采用合理的粒度级34%的水和少于1%的化学添加剂经过一定的加工配不但可使煤颗粒达到较高堆积密度(高浓度),工艺制成的悬浮分散体系,具有低污染、易泵送、而且可使浆体具有较好的流动性,同时粘度符合工燃烧效率高等优点,是煤基代油流体燃料。鉴于我业要求。文章就内蒙古宝日希勒褐煤成浆性能以及国富煤贫油的国情,开发煤代油技术属于我国的基提质过的褐煤的成浆性能,研究了堆积效率对宝日本能源政策希勒提质褐煤成浆性能的影响褐煤是我国煤炭资源储量中十分丰富的一类煤炭,地区分布也较广泛,其中以内蒙褐煤储量最1粒度分布的数学模型多,且多形成于中生代侏罗纪。褐煤属软质煤,其制备高浓度水煤浆的技术关键之一,是要求水特征是水分大,与烟煤等硬煤有很大差异。总体来煤浆的粒度分布达到较高的堆积效率,亦即要求煤说,我国褐煤的煤质特性是全水分高、发热量低、粒堆积时空隙少,固体容积浓度高。为此,首先要含氧多、燃点低、易风化变质和自燃发火,硫分较搞清堆积效率与粒度分布的关系。在实际工作中,低,灰分适中。目前,国内褐煤多用于煤矿坑口发遇见的多属连续分布的颗粒,研究连续分布颗粒体电或民用燃料,利用率低,污染严重。褐煤属系的堆积特性必须先建立描述这种粒度分布的数学于难制浆煤种,在水煤浆技术的应用与推广过模型。最常用的粒度分布模型主要有Roin-程中,如何采用难制浆的煤种制得高浓度、低粘 Rammer、 Gaudin- Schuhmann、 Alfred及对数正态度、流动性好的水煤浆一直是人们关注的问题。分布模型1。国内外许多学者在褐煤提质变性方面进行了研究,(1) Rosin- Rammer粒度分布模型为:证明了提质可以显著脱除褐煤内部较高含量的内在水分,降低其吸水性,改善褐煤的煤质;对褐(1)煤制浆过程中煤表面物理化学性质和添加剂的分子式中:d为某个粒度;R为大于粒度d的颗粒含量;d结构特征对水煤浆性能的影响也做了比较深入的研为与R=0.368相对应的粒度;n为模型参数。究;但是,对粒度堆积效率对成浆性能影响的(2) Gaudin- Schuhmann粒度分布模型为:基金项目:国家自然科学基金(编号为50074033)(2)修改稿收稿日期作者简介:高志芳(1978-),女,河北沧州人,中国矿业大学式中:d为某个粒度;y为小于粒度d的颗粒含量;d(北京)化学与环境工程学院在读博士研究生,主要从事洁净煤技术方面的研究。E-mil:gfrj66@163.c0m,联系方式为颗粒体系中的最大粒度;n为模型参数1581l013302。(3) Alfred粒度分布模型为2009年2月25日d -d较高的堆积效率,以制得浓度较高的浆体,本研究di -d采用张荣曾教授等人开发的软件来计算堆积效率。式中:d为某个粒度;y为小于粒度d的颗粒含量;d2为此,先将磨矿后的粗样和细样用欧美克LS-C为颗粒体系中的最大粒度;d,为颗粒体系中的最小(1)型激光粒度分析仪进行测试,粒度分析结果粒度;n为模型参数。见图1~图4。对于这种连续粒度分布的颗粒体系的堆积效率,用解析法是很难求解的。因此,多采用物理实验或在计箅机上模拟堆积实验方法求解。张荣曾教授等人在继承前人成果的基础上开发了一套软件,采用t432了 Rosin- Rammer粒度分布模型,实践证明,用此软件计算堆积效率指导工业生产效果良好。本19文即采用此软件来进行煤样的粒度分析。度分市面2褐煤制浆试验2.1煤榉的制试验所用原煤煤样由神华国际贸易有限责任公司提供的宝日希勒原褐煤(原褐煤)和流化床干粒评什|累1粒怪微分累积燥提质过的褐煤(提质褐煤),煤样的制备方法依据国家标准GB474进行:将煤样破碎至3mm以下,然后掺匀,之后用缩分器进行缩分,缩分后的部分煤样作可磨性试验,一部分煤样作试验用样,其余部分为备用样。2.2煤质分析及可磨性指数的测定从表1可以看出,宝日希勒原褐煤属于低变质田1褐煤粗粒级粒度分布图程度煤,空气干燥基水分(M)很高,为23.53%,属于难制浆煤种;经提质后的褐煤成浆性明显提高。衰1煤质工业分析结果D4,n: 14.7s54.53m媒样M。VA,FC.最高内水Qm7B31B21:1:m122n11%(MHC)M·kg原褐煤23.539.7951.0120.1316.67黑日:-1“m-提质褐煤2.6042.62l.8957.3815.724.58可磨性是水煤浆用煤的重要指标,可以用来判断其制浆的难易程度和制浆的质量。对制备出的可磨性试样,参照国家标准GB2565《煤的可磨性指数测定方法),采用哈氏可磨机作哈氏可磨性指数试验。哈氏可磨性指数由公式HGI=13+6.93D24求出,根据哈氏可磨性指数和煤样的工业分析,由公式D=7.5-0.05HCI+0.223M,+0.02502求出成浆指标{。根据上述公式可求得,宝日希勒原褐煤可磨性指数为49.87,属难制浆煤种;提质褐煤可磨性指数为76.87,属较易制浆煤种。2.3媒样粒度分布的测定为合理地选择粗粒级和细粒级煤的配比,得到囝2褐媒细粒级粒度分布图第1期高志芳等:粒度分布对提厦栖煤水煤浆性能影响的研究2009年2月25日位试背可告4241652129图3提质福煤粗粒级粒度分布图图4提质黨细粒级粒度分布图2.4水煤浆的制备重,但可被玻棒搅拌再生成均匀的浆体;D级水煤实验室采用干法调浆法制备水煤浆,应用上述浆的稳定性最差,浆体密度明显分布不均匀,析水软件计算得到的不同粗细搭配所得的堆积效率和一多,沉淀坚硬,不可再生。为了更好地表示某一等些粒度特征值,称取细粒煤和粗粒煤,加入规定量级范围中的稳定性的微小差别,用“+”和的水和添加剂,按照国家标准测定水煤浆的粘度和加以区分,“+”表示某一等级稳定性较好,“-流变曲线。表示某一等级稳定性较差对浆体稳定性测试采用的标准为:将被测水煤表2试验数据中,原褐煤与提质褐煤制浆条浆试样密闭静置24h后,采用棒插法观测。水煤浆件相同,均为添加剂用量为干基煤样量的1%的稳定性的判定分为四个等级:A级水煤浆的稳定粘度为1200mPa·s的水煤浆的堆积效率对应的性最好,浆体均匀分布,无析水,无沉淀;B级水最高浓度及稳定性。表3试验数据中,原褐煤与煤浆的稳定性较好,无沉淀或少量软沉淀,有少许提质褐煤制浆条件相同,均为添加剂用量为1%、析水和轻微的密度分布不均匀现象;C级水煤浆的浓度为50%的水煤浆的堆积效率对应的粘度和稳稳定性较差,有析水,浆体密度分布不均,沉淀严定性。2不同堆积效率对应的最高浓度及稳定性原褐煤提质褐煤煤样粗细配比平均粒度/堆积效率/最高浓度/稳定性平均粒度/堆积效率/最高浓度稳定性40:602458.342227.6750:5027.0855:4559.86A70:3032.0165.5252.81A37.5265861.03A选媒技术2009年2月25衰3不同堆积效率对应的粘度及稳定性宝日褐煤提质褐煤煤样粗细配比平均粒度/堆积效率/粘度/mP,,稳定性平均粒度/堆积欲稳定性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和图5、图6得到堆积效率和水煤浆浓样,也可以得到提质褐煤的拟合方程式:Y=度关系。根据图5得到原褐煤拟合方程式:Y=11040.89-166175x,R2=0.99。此拟合关系式表12.56+0.61x,R2=0.98。该拟合关系式表明,堆明,原煤堆积效率与水煤浆浓度呈显著的线性关积效率对原褐煤水煤浆浓度的影响是呈线性关系系,堆积效率从59.14%提高到64.83%,粘度相的,堆积效率从5834%提高到65.52%,浓度相应降低了927.5mPa·s。由图8拟合曲线还可以看应提高了4.8个百分点;同样,得到提质褐煤拟合出,提质褐煤的粘度降低幅度比原褐煤的大。试验方程式:Y=-5.11+x,R2=0.98。该拟合关系式结果表明,堆积效率对提质褐煤水煤浆粘度的影响表明,堆积效率与水煤浆浓度线性关系显著,堆积比对原褐煤的影响更为显著。效率从59.14%提高到65.88%,浓度相应提高了1700674个百分点。从图6中可以看出,堆积效率对原褐煤质褐煤1300提质褐煤水煤浆浓度的影响比对原褐煤的影响更为l100原揭煤2∞8620铝提质褐焦图7堆积效率对水煤浆粘度的影响100s899606l6666566804原度堆积效率/%图5堆积效率对水煤浆浓度的影响66F→-规质100堆积效率提高率/%图8堆积效率的提高率与水煤浆粘度的关系3.52.5堆积效率对水煤浆流变特性的彩响0.5水煤浆的流变特性是水煤浆制备、输送、雾化堆积效率增长率/%和燃烧的基本表现。从机理上来讲,水煤浆的流变图6堆积效率的提高率与水煤浆浓度变化率的关系特性受煤粒间的相互作用,煤粒和水、化学添加剂表3和图7、图8可得到堆积效率和水煤浆的作用以及高浓度下煤粒形成的网络结构等因素的粘度关系。根据图7得到原褐煤拟合方程式:Y=影响。699064-94.47x,R2=0.94。此拟合关系式表明下面主要研究煤粉粒度分布及堆积效率对水煤堆积效率对原褐煤水煤浆粘度的影响是呈非线性关浆流变性的影响。图9和图10均为添加剂用量为系的。在浓度一定的条件下,堆积效率从58.34%1%、浓度为50%的水煤浆的不同堆积效率对其流提高到65.52%,粘度降低了近800mPa·8;同变性的影响。第高志芳等:粒度分布对捉质褐煤水炼装性能影响的研究200年2月25日积效率后规则粒度增多,不同粒度的煤粒在空间上得到充分填充,从而使得堆积效率得到提高,水煤浆的浓餐丰经度也相应提高。(3)褐煤属于难制浆媒种,影响褐煤成浆性能的因素很多,通过提质的方法对提质褐煤水煤浆51012苏34455的成浆性能进行研究,证明用提质后的褐煤制成的剪切速率/s1水煤浆浓度可显著提高,因此合理的粒度分布是影图9堆积效率对原福煤水煤浆流变特性的影响响褐煤成浆性能的关键因素之一;试验选用难成浆原褐煤进行对比试验,通过研究比较不同堆积效率:驗下两种成浆性不同的煤样水煤浆的流变性趋势,证明了堆积效率对提质褐煤的影响比对原褐煤的影响积效率6更为显著。因此,要提高褐煤水煤浆的浓度,在褐50……一,,煤提质的前提下,选择合适的磨矿条件,得到较好的粒度级配,提高堆积效率是制备高浓度褐煤水煤浆的关键。剪切速率/参考文:图10堆积效率对提质福煤水煤浆演变性的影响[1]李安,水煤浆技术发现状及其新进展[刀],煤炭从图9可以看出,原褐煤水煤浆浓度保持不变科学技术,2007,35(5):97-100时,改变水煤浆粒度分布,使其堆积效率提高,水[2)尹立群,我固褐媒资源及其利用曲景U].媒教煤浆粘度随剪切速率的增大而减小,水煤浆的粘度学技术,2004,32(8):12-15[3]肖保清,李佩君,朱友益.褐煤浆的研制[].中也随之降低,流动性明显改善。由此可见,提高堆国煤炭,1996,(8):46-47积效率可以起到调整水煤浆流变特性的作用。从图【4]朱书全,煤的性质对其成浆性影响的研究综述[],10曲线可以看出,随着堆积效率的提高,提质褐煤炭加工与综合利用,19%6,(2):5·8煤流变性在堆积效率较低的时候呈现出不稳定的趋5]费志华,顾兆云,徐志强,等,提高印尼褐煤成浆势,流体呈现假塑性;随着堆积效率的提高,浆体性的试验研究[冂].煤炭加工与综合利用,2008,由胀塑性流体表现为假塑性流体,且随剪切速率的[6]朱书全,詹隆,中国煤的成浆性研究[],煤炭学增高,粘度也出现增高趋势。通过对比两种煤样水报,1998,23(2):198-201煤浆流变性趋势图,证明了堆积效率对提质褐煤的7] A Shook, M C Roeo. Shurry Flow Principles and Practice影响比对原褐煤的影响更为显著。[J]. Butterworth-Heinemann, 1991,(5): 356-367.[8 Funk. Control Parameter for a 75WT% Coal-Water3论[9] Funk, Preparation of a Highly Loaded Coal Water Mix.通过研究粒度分布对宝日希勒原褐煤和提质褐ture [C, COAL, 4th ISCSC, 1982煤成浆性影响的研究,可得到如下结论[10] F Hanson S, Patrick JW, Walker A. The Efect of(1)对宝日希勒原褐煤和提质褐煤水煤浆成Coal Particle Sizeon Pyrolysis and Steam Gasification[].Ful,2002,8l:531~537浆性的试验结果表明:原褐煤水媒浆在粘度和添加[1u] M Shibaoke,Yohk, M J Nornal,d.Apls剂一定的条件下,堆积效率与水煤浆的浓度呈非线性关系,而提质褐煤堆积效率与水煤浆的浓度呈线coal. pyrolysis[].Fue,1995,74:1648-1653,性关系,提质褐煤堆积效率提高6.74个百分点,[12]张荣曾,水煤浆制备技术的现状与展望[M]·北水煤浆的浓度相应提高6.6个百分点,达到京:经济管理出版社,199260.83%,可满足水煤浆的工业要求;在浓度和[13]张荣曾.水煤浆制备技术[M].北京:科学出版社,1996加剂一定的条件下,提质褐煤水煤浆的粘度与堆积[14〕陈文敏洁净煤技术[M].北京:煤殿工业出版效率线性关系显著。(2)提质褐煤可磨性指数提高,试验结果也[15】曼名文,媒浆的谎变性和稳定性力学进展[证明制浆浓度也随着提高,主要原理是褐煤提质以力学进展,1984,14(2);183-194