基于分形理论水煤浆粒度级配的研究

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水煤浆是由煤粉、添加剂及水组成的煤基流体燃料和气化原料,煤的粒度分布对水煤浆的浓度、流变性、稳定性、燃烧与气化特性有较大的影响。因此,对水煤浆粒度级配技术的研究是制备高质量水煤浆亟待解决的课题。本文在分形理论的基础上,通过计算机模拟结合神华煤的研磨特性和成浆性实验,对水煤浆粒度级配技术进行了系统的研究,可为水煤浆的生产实践提供参考。  水煤浆是一种多级多层次的复合燃料体系,具有典型的分形特征。分形理论作为表征复杂图形和复杂过程的几何学理论,以分形理论为基础得到的分形级配模型,可较好地描述水煤浆的粒度分布。且通过PFC2D模拟软件计算得出当分形级配模型参数Df=2.76时的粒度分布具有最高的堆积效率92.69%(相对值);等径圆形颗粒的堆积效率理论上为一定值,与圆形颗粒的粒径大小无关;对于多级级配的圆形颗粒,其各级的含量为1级∶2级∶……N级=1.25n∶1.25n-1∶……1时可以获得较高的堆积效率。  将磨好的煤粉按水煤浆粒度组成的国家标准进行筛分,筛分出七个粒级:0~45μm、45~75μm、75~200μm、200~300μm、300~450μm、450~1000μm、>1000μm,将七种粒级的煤粉按一定比例进行配比制浆,其成浆性结果表明:采用单粒级的煤粉进行制浆,其成浆浓度普遍偏低。例如分别采用<45μm和45~75μm粒级的神华煤制得水煤浆浓度仅为58.31%和59.24%,煤浆浓度偏低,黏度较高。采用>200μm各粒级的煤粉制得的水煤浆浓度仅为57%左右,且稳定性和流变性均较差。  多种粒级的煤粉按分形级配模型的配比进行制浆,其成浆浓度比单粒级的煤粉成浆浓度高。且随着分形级配模型参数Df的增加,成浆浓度呈现出先增加后降低的趋势,当分形维数Df为2.75时具有相对较高的煤浆浓度65.92%。  采用湿法棒磨和超细搅拌磨组合的制浆方式模拟分级研磨工艺在工业上生产水煤浆的过程,可以制得煤浆浓度>65%,煤浆黏度<1200mPa·s,流变性较好的水煤浆。
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