Alfred 模型提高神府煤水煤浆成浆性
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[２－３] [１]
寸堆 积 理 论ꎬ 最 常 用 的 粒 度 分 布 模 型 有 Ｒｏｓｉｎ － Ｒａｍｍｌｅｒ 模型和 Ｇａｕｄｉｎ －Ｓｃｈｕｈｍａｎｎ 模型 [９] ꎮ Ｄｉｎｇｅｒ
质动力煤ꎬ神府煤田是我国特大煤田之一ꎬ因此促进
等 [１０] 通过 对 Ｇａｕｄｉｎ － Ｓｃｈｕｈｍａｎｎ 模 型 改 进 提 出 了 Ａｌｆｒｅｄ 模型ꎮ 我国张荣曾教授 [１１] 提出了隔层堆积 理论ꎬ 求得了关于 Ｒｏｓｉｎ － Ｒａｍｍｌｅｒ 模型与 Ａｌｆｒｅｄ 模 型的解析解ꎮ 由于 Ａｌｆｒｅｄ 模型的变量包括颗粒分布 中最大粒径与最小粒径等较为直观的参数ꎬ 因此笔 者选用此模型进行粒度分布计算模拟ꎬ 结合试验确 定最佳粒度分布ꎬ从而根据理论的最佳分布调整实 际煤粉粒度分布ꎬ提高煤粉制备水煤浆的成浆性ꎮ
引用格式:王俊哲ꎬ王渝岗ꎬ方 刚ꎬ等. 基于 Ａｌｆｒｅｄ 模型提高神府煤水煤浆成浆性[ Ｊ] . 煤炭科学技术ꎬ２０１３ꎬ４１(１２) :１１７－１１９.
１１７
２０１３ 年第 １２ 期
ｎ － ｄｎ ｙ ＝ ( ｄｎ － ｄｎ ｍｉｎ ) / ( ｄ ｍａｘ ｍｉｎ )
煤炭科学技术
(１)
第 ４１ 卷
ＷＡＮＧ Ｊｕｎ￣ｚｈｅꎬＷＡＮＧ Ｙｕ￣ｇａｎｇꎬＦＡＮＧ ＧａｎｇꎬＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎ￣ａｎꎬＬＩ Ｚｅｎｇ￣ｌｉｎꎬＪＵ Ｐｅｎｇꎬ
Ａｂｓｔｒａｃｔ :Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｗａｔｅｒ ｓｌｕｒｒｙ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｈｅｎｆｕ ｃｏａｌꎬｉｎ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｄｒｙ ｐｏｗｄｅｒ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓꎬｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｕｓｅｄ ｔｈｅ Ａｌｆｒｅｄ ｍｏｄｅｌ ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｈｅｎｆｕ ｃｏａｌ ｐｏｗｄｅｒ.Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｐａｒ￣ ｗａｔｅｒ ｓｌｕｒｒｙ ｗａｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｏ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ６３％ꎬｓｔａｔｉｃ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｏｕｌｄ ｒｅａｃｈ ｔｏ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ｔｗｏ ｗｅｅｋｓ. ｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ １０ μｍ ｗａｓ ｌｏｗｅｒꎬｓｏ ｆｉｎｅ ｃｏａｌ ｐｏｗｄｅｒ ｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｗａｓ ｕｓｅｄꎬｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｒｅａｌ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｗａｓ ｃｌｏｓｅｒ ｔｏ ｔｈｅ Ａｌｆｒｅｄ ｍｏｄｅｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ.Ｍｅａｎｗｈｉｌｅꎬｃｏａｌ ｗａｔｅｒ ｓｌｕｒｒｙ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｈｅｎｆｕ ｃｏａｌ ｐｏｗｅｒ ｗａｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄꎬｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏａｌ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: Ｓｈｅｎｆｕ ｃｏａｌꎻｃｏａｌ ｗａｔｅｒ ｓｌｕｒｒｙꎻＡｌｆｒｅｄ ｍｏｄｅｌꎻｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎꎻｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｇｒａｄｉｎｇ
式中:ｙ 为小于粒度 ｄ 的粒级含量ꎻ ｄ ｍａｘ 为体系最大 粒度ꎻｄ ｍｉｎ 为体系最小粒度ꎬｎ 为模型参数ꎮ
[１２]
样品稳定性都达到 ２ 周以上ꎬ且为软沉淀ꎬ通过搅拌 可以恢复沉淀煤粉的悬浮状态ꎮ 其中样品 ２ 黏度最 大ꎬ稳定性最好ꎬ 其次为样品 ３ꎬ 样品 ４ 最差ꎮ 可见 级配可以增加煤颗粒的堆积效率ꎬ改善其成浆性ꎬ其 中细粉的填充可以起到稳定浆体结构的作用ꎮ
ＸＵＥ Ｚｈｏｎｇ￣ｘｉｎꎬＨＥ ＺｈａｏꎬＦＡＮＧ Ｓｈｉ￣ｊｉａｎꎬＢＡＩ Ｓｈｉ￣ｇａｎｇ
０ 引 言
神府煤是低灰、 特低硫、 低磷ꎬ 中高发热量的优 神府煤合理利用ꎬ改善神府煤的利用结构是实现可 持续发展能源战略的现实选择ꎮ 水煤浆作为一种新 型煤基液态清洁燃料ꎬ 具有像石油一样的流动特性 和比原煤更为优越的燃烧特性ꎬ 在工业锅炉和窑炉 中得到越来越广泛的应用 ６０％
图 ２ ４ 种样品粒度分布曲线
表 ２ 为中位径 ２５ μｍ 煤粉若干粒径下的累积 分布ꎬ可以看到在 ３０ μｍ 以上样品 １ 实际粒度分布 与模型粒度分布较为接近ꎬ 在 ３０ μｍ 以下与模型差 距较大ꎬ造成煤粉成浆性差ꎬ稳定性差ꎮ 通过级配改善了煤粉粒度分布ꎬ 如样品 ２ 与样 品 ３ꎬ细粉的填充增加了 １０ μｍ 以下粒级的含量ꎬ能
注:分散剂的添加量均为 ０������ ６％ꎬ稳定剂的添加量均为 ０������ １％ꎮ
采用 ＢＴ － ２００１ 型激光粒度分布仪对 ４ 种样品 进行粒度测试分析ꎬ其粒度分布如图 ２ 所示ꎬ包括区 间粒度分布及粒度累积分布ꎮ 由图 ２ａ 可知ꎬ 样品 １ 区间分布呈正态分布ꎬ存在一个峰值ꎬ累积分布的增 长率随粒度增大而增大ꎬ 与图 １ 模型理论分布中增 ２—４ 的粒度累积分布增长率都不同程度地随粒度 更加接近图 １ 的理论模型曲线ꎮ 长率随粒度增大而减小相悖ꎮ 而经过配比的样品 增大而减小ꎬ相对单一粒度分布的样品 １ 有所改善ꎬ
( Ｃｏａｌ Ｗａｔｅｒ Ｓｌｕｒｒｙ ＰｌａｎｔꎬＺｈａｎｇｊｉａｍａｏ Ｍｉｎｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｔｄ. ꎬＳｈａａｎｘｉ Ｃｏａｌ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｔｄ. ꎬＳｈｅｎｍｕ ７１９３００ꎬＣｈｉｎａ)
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ Ｃｏａｌ Ｗａｔｅｒ Ｓｌｕｒｒｙ Ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｈｅｎｆｕ Ｃｏａｌ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ａｌｆｒｅｄ Ｍｏｄｅｌ
样品 １ ２ ３ ４
稳定 性/ ｄ ２０ １５ ６ ３
( ｍＰａ������ｓ) １ ５３６ １ ２４８ １ ０３７
μｍꎬｄ ｍａｘ ＝ １６０ μｍꎬｄ ｍｉｎ ＝ ０������ ２ μｍ) 、超细粉( Ｄ５０ ＝ １０ μｍꎬｄ ｍａｘ ＝ ７５ μｍꎬｄ ｍｉｎ ＝ ０������ １３ μｍ)３ 种煤粉进行累计 含量的数值模拟ꎬ 其中 ｎ ＝ ０������ ３ꎮ 所得煤粉粒径 － 累 积含量的关系如图 １ 所示ꎮ
够进一步增大煤粉的堆积效率ꎬ 从而提高了煤粉的
Ａｎｄｒｅａｓｏｎ 采 用 试 验 方 法 得 出ꎬ 对 于 Ｇａｕｄｉｎ － Ｓｃｈｕｈｍａｎｎ 模型ꎬｎ ＝ ０������ ３ ~ ０������ ５ 时煤粉粒度分布具有 高的堆积效率ꎬ该项成果对推动水煤浆发展起到了 高堆积效率 [１１] ꎮ
最高的堆积效率 ꎮ 文献 [ １３ － １４] 采用计算机模 拟得出 ｎ ＝ ０������ ３７ 时 Ｇａｕｄｉｎ － Ｓｃｈｕｈｍａｎｎ 模型具有最 很大的推动作用 [１５] ꎮ 张荣曾教授结合隔层堆积理 论ꎬ通过计算求得解析解 ｎ ＝ ０������ ３ 时煤粉粒度具有最 采用 Ａｌｆｒｅｄ 模型ꎬ对粗粉 ( 煤粉中位径 Ｄ５０ ＝ ８０ μｍꎬｄ ｍａｘ ＝ １９０ μｍꎬ ｄ ｍｉｎ ＝ ０������ ８ μｍ) 、 细 粉 ( Ｄ５０ ＝ ３０
第 ４１ 卷第 １２ 期
２０１３ 年 １２ 月
Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
煤炭科学技术
Ｖｏｌ������ ４１ Ｎｏ������ １２ Ｄｅｃ. ２０１３
基于 Ａｌｆｒｅｄ 模型提高神府煤水煤浆成浆性
王俊哲ꎬ王渝岗ꎬ方 刚ꎬ张建安ꎬ李增林ꎬ巨 鹏ꎬ薛忠新ꎬ何 钊ꎬ方世剑ꎬ白世刚
王俊哲等:基于 Ａｌｆｒｅｄ 模型提高神府煤水煤浆成浆性
２０１３ 年第 １２ 期
[２] 段清兵ꎬ张 贵ꎬ何国锋ꎬ等. 神府煤制备高质量水煤浆技术研 [３] 吴国光ꎬ李建亮ꎬ孟献梁ꎬ等. 煤岩组成与水煤浆成浆性能的关 [４] 周新建. 水煤浆颗粒级配的研究 [ Ｊ] . 煤炭学报ꎬ２００１ꎬ２６( １０) : [５] 支献华. 水煤浆稳定性的影响因素及评定方法[ Ｊ] . 煤炭加工与 [６] 李 静ꎬ董慧茹ꎬ刘国文. 改善粒度级配提高大同水煤浆的稳定 [７] 费祥俊. 高浓度煤浆管道运输问题 [ Ｊ] . 水力采煤与管道运输ꎬ [８] 周新建. 水煤浆流变特性的研究 [ Ｃ] / / 现代采矿与新技术. 西 [９] 艾伦 Ｔ. 颗粒大小测定[ Ｍ] . 北京:中国建筑出版社ꎬ１９８４:１４６. 机理研究[ Ｄ] . 杭州:浙江大学ꎬ２００８:１５. 安:陕西科技出版社ꎬ１９９９:２５５－２６０. １９９５ꎬ２０(４) :３５－４０. 性[ Ｊ] . 北京化工大学学报ꎬ２００２ꎬ２９(２) :９３－９５. 综合利用ꎬ２０００(１) :３８－３９. ５５７－５６０. 系研究[ Ｊ] . 中国矿业大学学报ꎬ２００９ꎬ３８(３) :３５－３８. 究[ Ｊ] . 煤炭加工与综合利用ꎬ２００７(５) :２８－３０. ２７３－２８２.
( 陕西煤业化工集团有限责任公司 神木张家峁矿业有限公司水煤浆厂ꎬ陕西 神木 ７１９３００)
摘 要:为提高神府煤水煤浆的成浆性ꎬ结合干法制粉工艺ꎬ 利用 Ａｌｆｒｅｄ 模型对神府煤煤粉粒度进行 计算模拟ꎬ计算结果表明ꎬ实际煤粉粒度在 １０ μｍ 以下的含量较低ꎬ 通过细粉级配优化ꎬ 使实际分布 更接近理论模型分布ꎬ从而大幅改善了神府煤粉成浆性ꎬ使成浆浓度提高至 ６３％ 以上ꎬ静置稳定性大 于 ２ 周ꎮ 关键词:神府煤ꎻ水煤浆ꎻＡｌｆｒｅｄ 模型ꎻ粒度分布ꎻ粒度级配 中图分类号:ＴＱ５３６ 文献标志码:Ａ 文章编号:０２５３ － ２３３６(２０１３)１２ － ０１１７ － ０３
表 １ 不同样品水煤浆的性能指标
浆体浓 度/ ％ ５９������ ３０ ６５������ ２０ ６３������ ４０ ６１������ ３０ ( 质量比) ｗ ２５ ∶ ｗ ８ ＝ ３ ∶ ２ ｗ ８０ ｗ ２５ ∶ ｗ ８ ＝ ３ ∶ １ ∶ ｗ ２５ ＝ １ ∶ １ ｗ ２５ ＝ ２５ 黏度 / ９８７ 中位径煤粉配比
度 低、 难 成 浆 的 煤 种ꎬ 制 浆 浓 度 一 般 只 能 达 到 定性和流变性的关键技术 [４－８] ꎮ 国内外都针对级配 技术提出了不同的数学模型ꎬＦｕｒｎａｓ 最早提出不连 续尺寸堆积理论ꎬ后人根据他的思想发展了连续尺
收稿日期:２０１３－０６－１０ꎻ责任编辑:代艳玲
ꎮຫໍສະໝຸດ Baidu神府煤属于变质程
ꎮ 级配是提高水煤浆浓度及改善水煤浆稳
１ Ａｌｆｒｅｄ 模型及累积分布的计算模拟
础上改进而来 [１１] :
Ａｌｆｒｅｄ 模型是在 Ｇａｕｄｉｎ － Ｓｃｈｕｈｍａｎｎ 模型的基
作者简介:王俊哲( １９８６—) ꎬ男ꎬ陕西韩城人ꎬ硕士ꎮ Ｔｅｌ:１８３２９２８１８０２ꎬＥ－ｍａｉｌ:ｙｄｗｊｚ＠ １２６������ ｃｏｍ
由图 １ 可知ꎬ不同粒度的煤粉ꎬ其累积含量的增 长率( 曲线斜率) 都随煤粉粒度的增大而减小ꎬ 即煤 粉区间含量 ( 即煤粉累积分布的微分 ) 随煤粉粒度 增大而减小ꎬ对于粗粉ꎬ这种变化更为明显ꎮ
图 １ 不同粒径煤粉理论分布曲线
２ 水煤浆成浆性试验与结果分析
选取中位径分别为 ８、２５、８０ μｍ 不同粒度范围 的煤粉按表 １ 进行配比ꎬ 选用 ＮＤＦ 添加剂ꎬ 分别制 得最 大 浓 度 为 ５９������ ３０％、 ６５������ ２０％、 ６３������ ４０％、 ６１������ ３０％ 的水煤浆ꎮ 由表 １ 可知ꎬ经过级配的煤粉ꎬ其制浆浓 度都可以达到 ６０％ 以上ꎬ 而对于单一粒度分布的煤 粉( 样品 １) ꎬ 其制浆浓度不到 ６０％ꎮ 利用 ＮＸＳ － ４Ｃ 细粉的填充增大了煤粉的堆积效率ꎬ 但同时也增大 型旋转黏度计测试各个样品的黏度ꎬ通过对比发现ꎬ 了浆体黏度ꎮ 对制备好的样品静置评判其稳定性ꎬ 测试结果表明未经级配的样品 １３ ｄ 便出现了软沉 淀ꎬ５ ｄ 以后基本形成硬沉淀ꎮ 而对于细粉填充的 １１８
寸堆 积 理 论ꎬ 最 常 用 的 粒 度 分 布 模 型 有 Ｒｏｓｉｎ － Ｒａｍｍｌｅｒ 模型和 Ｇａｕｄｉｎ －Ｓｃｈｕｈｍａｎｎ 模型 [９] ꎮ Ｄｉｎｇｅｒ
质动力煤ꎬ神府煤田是我国特大煤田之一ꎬ因此促进
等 [１０] 通过 对 Ｇａｕｄｉｎ － Ｓｃｈｕｈｍａｎｎ 模 型 改 进 提 出 了 Ａｌｆｒｅｄ 模型ꎮ 我国张荣曾教授 [１１] 提出了隔层堆积 理论ꎬ 求得了关于 Ｒｏｓｉｎ － Ｒａｍｍｌｅｒ 模型与 Ａｌｆｒｅｄ 模 型的解析解ꎮ 由于 Ａｌｆｒｅｄ 模型的变量包括颗粒分布 中最大粒径与最小粒径等较为直观的参数ꎬ 因此笔 者选用此模型进行粒度分布计算模拟ꎬ 结合试验确 定最佳粒度分布ꎬ从而根据理论的最佳分布调整实 际煤粉粒度分布ꎬ提高煤粉制备水煤浆的成浆性ꎮ
引用格式:王俊哲ꎬ王渝岗ꎬ方 刚ꎬ等. 基于 Ａｌｆｒｅｄ 模型提高神府煤水煤浆成浆性[ Ｊ] . 煤炭科学技术ꎬ２０１３ꎬ４１(１２) :１１７－１１９.
１１７
２０１３ 年第 １２ 期
ｎ － ｄｎ ｙ ＝ ( ｄｎ － ｄｎ ｍｉｎ ) / ( ｄ ｍａｘ ｍｉｎ )
煤炭科学技术
(１)
第 ４１ 卷
ＷＡＮＧ Ｊｕｎ￣ｚｈｅꎬＷＡＮＧ Ｙｕ￣ｇａｎｇꎬＦＡＮＧ ＧａｎｇꎬＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎ￣ａｎꎬＬＩ Ｚｅｎｇ￣ｌｉｎꎬＪＵ Ｐｅｎｇꎬ
Ａｂｓｔｒａｃｔ :Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｗａｔｅｒ ｓｌｕｒｒｙ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｈｅｎｆｕ ｃｏａｌꎬｉｎ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｄｒｙ ｐｏｗｄｅｒ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓꎬｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｕｓｅｄ ｔｈｅ Ａｌｆｒｅｄ ｍｏｄｅｌ ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｈｅｎｆｕ ｃｏａｌ ｐｏｗｄｅｒ.Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｐａｒ￣ ｗａｔｅｒ ｓｌｕｒｒｙ ｗａｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｏ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ６３％ꎬｓｔａｔｉｃ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｏｕｌｄ ｒｅａｃｈ ｔｏ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ｔｗｏ ｗｅｅｋｓ. ｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ １０ μｍ ｗａｓ ｌｏｗｅｒꎬｓｏ ｆｉｎｅ ｃｏａｌ ｐｏｗｄｅｒ ｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｗａｓ ｕｓｅｄꎬｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｒｅａｌ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｗａｓ ｃｌｏｓｅｒ ｔｏ ｔｈｅ Ａｌｆｒｅｄ ｍｏｄｅｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ.Ｍｅａｎｗｈｉｌｅꎬｃｏａｌ ｗａｔｅｒ ｓｌｕｒｒｙ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｈｅｎｆｕ ｃｏａｌ ｐｏｗｅｒ ｗａｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄꎬｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏａｌ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: Ｓｈｅｎｆｕ ｃｏａｌꎻｃｏａｌ ｗａｔｅｒ ｓｌｕｒｒｙꎻＡｌｆｒｅｄ ｍｏｄｅｌꎻｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎꎻｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｇｒａｄｉｎｇ
式中:ｙ 为小于粒度 ｄ 的粒级含量ꎻ ｄ ｍａｘ 为体系最大 粒度ꎻｄ ｍｉｎ 为体系最小粒度ꎬｎ 为模型参数ꎮ
[１２]
样品稳定性都达到 ２ 周以上ꎬ且为软沉淀ꎬ通过搅拌 可以恢复沉淀煤粉的悬浮状态ꎮ 其中样品 ２ 黏度最 大ꎬ稳定性最好ꎬ 其次为样品 ３ꎬ 样品 ４ 最差ꎮ 可见 级配可以增加煤颗粒的堆积效率ꎬ改善其成浆性ꎬ其 中细粉的填充可以起到稳定浆体结构的作用ꎮ
ＸＵＥ Ｚｈｏｎｇ￣ｘｉｎꎬＨＥ ＺｈａｏꎬＦＡＮＧ Ｓｈｉ￣ｊｉａｎꎬＢＡＩ Ｓｈｉ￣ｇａｎｇ
０ 引 言
神府煤是低灰、 特低硫、 低磷ꎬ 中高发热量的优 神府煤合理利用ꎬ改善神府煤的利用结构是实现可 持续发展能源战略的现实选择ꎮ 水煤浆作为一种新 型煤基液态清洁燃料ꎬ 具有像石油一样的流动特性 和比原煤更为优越的燃烧特性ꎬ 在工业锅炉和窑炉 中得到越来越广泛的应用 ６０％
图 ２ ４ 种样品粒度分布曲线
表 ２ 为中位径 ２５ μｍ 煤粉若干粒径下的累积 分布ꎬ可以看到在 ３０ μｍ 以上样品 １ 实际粒度分布 与模型粒度分布较为接近ꎬ 在 ３０ μｍ 以下与模型差 距较大ꎬ造成煤粉成浆性差ꎬ稳定性差ꎮ 通过级配改善了煤粉粒度分布ꎬ 如样品 ２ 与样 品 ３ꎬ细粉的填充增加了 １０ μｍ 以下粒级的含量ꎬ能
注:分散剂的添加量均为 ０������ ６％ꎬ稳定剂的添加量均为 ０������ １％ꎮ
采用 ＢＴ － ２００１ 型激光粒度分布仪对 ４ 种样品 进行粒度测试分析ꎬ其粒度分布如图 ２ 所示ꎬ包括区 间粒度分布及粒度累积分布ꎮ 由图 ２ａ 可知ꎬ 样品 １ 区间分布呈正态分布ꎬ存在一个峰值ꎬ累积分布的增 长率随粒度增大而增大ꎬ 与图 １ 模型理论分布中增 ２—４ 的粒度累积分布增长率都不同程度地随粒度 更加接近图 １ 的理论模型曲线ꎮ 长率随粒度增大而减小相悖ꎮ 而经过配比的样品 增大而减小ꎬ相对单一粒度分布的样品 １ 有所改善ꎬ
( Ｃｏａｌ Ｗａｔｅｒ Ｓｌｕｒｒｙ ＰｌａｎｔꎬＺｈａｎｇｊｉａｍａｏ Ｍｉｎｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｔｄ. ꎬＳｈａａｎｘｉ Ｃｏａｌ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｔｄ. ꎬＳｈｅｎｍｕ ７１９３００ꎬＣｈｉｎａ)
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ Ｃｏａｌ Ｗａｔｅｒ Ｓｌｕｒｒｙ Ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｈｅｎｆｕ Ｃｏａｌ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ａｌｆｒｅｄ Ｍｏｄｅｌ
样品 １ ２ ３ ４
稳定 性/ ｄ ２０ １５ ６ ３
( ｍＰａ������ｓ) １ ５３６ １ ２４８ １ ０３７
μｍꎬｄ ｍａｘ ＝ １６０ μｍꎬｄ ｍｉｎ ＝ ０������ ２ μｍ) 、超细粉( Ｄ５０ ＝ １０ μｍꎬｄ ｍａｘ ＝ ７５ μｍꎬｄ ｍｉｎ ＝ ０������ １３ μｍ)３ 种煤粉进行累计 含量的数值模拟ꎬ 其中 ｎ ＝ ０������ ３ꎮ 所得煤粉粒径 － 累 积含量的关系如图 １ 所示ꎮ
够进一步增大煤粉的堆积效率ꎬ 从而提高了煤粉的
Ａｎｄｒｅａｓｏｎ 采 用 试 验 方 法 得 出ꎬ 对 于 Ｇａｕｄｉｎ － Ｓｃｈｕｈｍａｎｎ 模型ꎬｎ ＝ ０������ ３ ~ ０������ ５ 时煤粉粒度分布具有 高的堆积效率ꎬ该项成果对推动水煤浆发展起到了 高堆积效率 [１１] ꎮ
最高的堆积效率 ꎮ 文献 [ １３ － １４] 采用计算机模 拟得出 ｎ ＝ ０������ ３７ 时 Ｇａｕｄｉｎ － Ｓｃｈｕｈｍａｎｎ 模型具有最 很大的推动作用 [１５] ꎮ 张荣曾教授结合隔层堆积理 论ꎬ通过计算求得解析解 ｎ ＝ ０������ ３ 时煤粉粒度具有最 采用 Ａｌｆｒｅｄ 模型ꎬ对粗粉 ( 煤粉中位径 Ｄ５０ ＝ ８０ μｍꎬｄ ｍａｘ ＝ １９０ μｍꎬ ｄ ｍｉｎ ＝ ０������ ８ μｍ) 、 细 粉 ( Ｄ５０ ＝ ３０
第 ４１ 卷第 １２ 期
２０１３ 年 １２ 月
Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
煤炭科学技术
Ｖｏｌ������ ４１ Ｎｏ������ １２ Ｄｅｃ. ２０１３
基于 Ａｌｆｒｅｄ 模型提高神府煤水煤浆成浆性
王俊哲ꎬ王渝岗ꎬ方 刚ꎬ张建安ꎬ李增林ꎬ巨 鹏ꎬ薛忠新ꎬ何 钊ꎬ方世剑ꎬ白世刚
王俊哲等:基于 Ａｌｆｒｅｄ 模型提高神府煤水煤浆成浆性
２０１３ 年第 １２ 期
[２] 段清兵ꎬ张 贵ꎬ何国锋ꎬ等. 神府煤制备高质量水煤浆技术研 [３] 吴国光ꎬ李建亮ꎬ孟献梁ꎬ等. 煤岩组成与水煤浆成浆性能的关 [４] 周新建. 水煤浆颗粒级配的研究 [ Ｊ] . 煤炭学报ꎬ２００１ꎬ２６( １０) : [５] 支献华. 水煤浆稳定性的影响因素及评定方法[ Ｊ] . 煤炭加工与 [６] 李 静ꎬ董慧茹ꎬ刘国文. 改善粒度级配提高大同水煤浆的稳定 [７] 费祥俊. 高浓度煤浆管道运输问题 [ Ｊ] . 水力采煤与管道运输ꎬ [８] 周新建. 水煤浆流变特性的研究 [ Ｃ] / / 现代采矿与新技术. 西 [９] 艾伦 Ｔ. 颗粒大小测定[ Ｍ] . 北京:中国建筑出版社ꎬ１９８４:１４６. 机理研究[ Ｄ] . 杭州:浙江大学ꎬ２００８:１５. 安:陕西科技出版社ꎬ１９９９:２５５－２６０. １９９５ꎬ２０(４) :３５－４０. 性[ Ｊ] . 北京化工大学学报ꎬ２００２ꎬ２９(２) :９３－９５. 综合利用ꎬ２０００(１) :３８－３９. ５５７－５６０. 系研究[ Ｊ] . 中国矿业大学学报ꎬ２００９ꎬ３８(３) :３５－３８. 究[ Ｊ] . 煤炭加工与综合利用ꎬ２００７(５) :２８－３０. ２７３－２８２.
( 陕西煤业化工集团有限责任公司 神木张家峁矿业有限公司水煤浆厂ꎬ陕西 神木 ７１９３００)
摘 要:为提高神府煤水煤浆的成浆性ꎬ结合干法制粉工艺ꎬ 利用 Ａｌｆｒｅｄ 模型对神府煤煤粉粒度进行 计算模拟ꎬ计算结果表明ꎬ实际煤粉粒度在 １０ μｍ 以下的含量较低ꎬ 通过细粉级配优化ꎬ 使实际分布 更接近理论模型分布ꎬ从而大幅改善了神府煤粉成浆性ꎬ使成浆浓度提高至 ６３％ 以上ꎬ静置稳定性大 于 ２ 周ꎮ 关键词:神府煤ꎻ水煤浆ꎻＡｌｆｒｅｄ 模型ꎻ粒度分布ꎻ粒度级配 中图分类号:ＴＱ５３６ 文献标志码:Ａ 文章编号:０２５３ － ２３３６(２０１３)１２ － ０１１７ － ０３
表 １ 不同样品水煤浆的性能指标
浆体浓 度/ ％ ５９������ ３０ ６５������ ２０ ６３������ ４０ ６１������ ３０ ( 质量比) ｗ ２５ ∶ ｗ ８ ＝ ３ ∶ ２ ｗ ８０ ｗ ２５ ∶ ｗ ８ ＝ ３ ∶ １ ∶ ｗ ２５ ＝ １ ∶ １ ｗ ２５ ＝ ２５ 黏度 / ９８７ 中位径煤粉配比
度 低、 难 成 浆 的 煤 种ꎬ 制 浆 浓 度 一 般 只 能 达 到 定性和流变性的关键技术 [４－８] ꎮ 国内外都针对级配 技术提出了不同的数学模型ꎬＦｕｒｎａｓ 最早提出不连 续尺寸堆积理论ꎬ后人根据他的思想发展了连续尺
收稿日期:２０１３－０６－１０ꎻ责任编辑:代艳玲
ꎮຫໍສະໝຸດ Baidu神府煤属于变质程
ꎮ 级配是提高水煤浆浓度及改善水煤浆稳
１ Ａｌｆｒｅｄ 模型及累积分布的计算模拟
础上改进而来 [１１] :
Ａｌｆｒｅｄ 模型是在 Ｇａｕｄｉｎ － Ｓｃｈｕｈｍａｎｎ 模型的基
作者简介:王俊哲( １９８６—) ꎬ男ꎬ陕西韩城人ꎬ硕士ꎮ Ｔｅｌ:１８３２９２８１８０２ꎬＥ－ｍａｉｌ:ｙｄｗｊｚ＠ １２６������ ｃｏｍ
由图 １ 可知ꎬ不同粒度的煤粉ꎬ其累积含量的增 长率( 曲线斜率) 都随煤粉粒度的增大而减小ꎬ 即煤 粉区间含量 ( 即煤粉累积分布的微分 ) 随煤粉粒度 增大而减小ꎬ对于粗粉ꎬ这种变化更为明显ꎮ
图 １ 不同粒径煤粉理论分布曲线
２ 水煤浆成浆性试验与结果分析
选取中位径分别为 ８、２５、８０ μｍ 不同粒度范围 的煤粉按表 １ 进行配比ꎬ 选用 ＮＤＦ 添加剂ꎬ 分别制 得最 大 浓 度 为 ５９������ ３０％、 ６５������ ２０％、 ６３������ ４０％、 ６１������ ３０％ 的水煤浆ꎮ 由表 １ 可知ꎬ经过级配的煤粉ꎬ其制浆浓 度都可以达到 ６０％ 以上ꎬ 而对于单一粒度分布的煤 粉( 样品 １) ꎬ 其制浆浓度不到 ６０％ꎮ 利用 ＮＸＳ － ４Ｃ 细粉的填充增大了煤粉的堆积效率ꎬ 但同时也增大 型旋转黏度计测试各个样品的黏度ꎬ通过对比发现ꎬ 了浆体黏度ꎮ 对制备好的样品静置评判其稳定性ꎬ 测试结果表明未经级配的样品 １３ ｄ 便出现了软沉 淀ꎬ５ ｄ 以后基本形成硬沉淀ꎮ 而对于细粉填充的 １１８