高浓度水煤浆流变特性与稳定性试验研究.pdfVIP

08年全国水煤浆技术推广工作会议论文集 高浓度水煤浆流变特性和稳定性试验研究 赵国华，段钰锋，徐峰，王秋粉 (东南大学洁净煤发电及燃烧技术教育部重点实验室) 摘要：水煤浆是由液固两相组成的非牛顿流体，流变性和稳定性十分复杂，影响因 素也很多，其流变特性和稳定特性对管道输送和燃烧性能起着决定性的作用。借助于水煤 浆粘度计对质量浓度为60％以上的水煤浆进行流变性测量，研究了温度、浓度和添加剂对 煤浆流变性的影响，水煤浆的表观粘度随温度的升高而降低，随浓度增加而增大，添加剂 的加入大大改善水煤浆的流变特性。通过对水煤浆稳定性的研究，得出了水煤浆的稳定性 随浓度增加而增加，与煤种有关，适量的添加剂能改善稳定性，稳定性随温度升高而降低． 从输送水煤浆总体经济角度看，水煤浆的输送温度在20～40℃为宜。 关键词：水煤浆；流变性；稳定性；影响因素 0引言 我国煤炭资源丰富，油气匮乏，煤炭在能源结构中仍占主导地位。发展洁净煤技术， 提高我国煤炭利用率，减少煤炭燃烧带来的环境污染，需要大力发展大规模煤气化技术。 开发水煤浆气化技术是煤气化技术的一个重要分支。发展该技术的目标是达到更高的日处 理能力和碳转化率，这就决定了所使用的水煤浆要具有较好的可泵性和燃烧特性，而这些 特性又直接取决于水煤浆的流变性和稳定性。因此，开展高浓度水煤浆流变特性和稳定性 的基础研究具有重要的理论意义和实用价值。影响水煤浆流变性和稳定性的因素很多，本 文主要分析温度、浓度及添加剂对高浓度水煤浆流变性的影响和浓度、煤种、添加剂及温 度对水煤浆稳定性的影响。 1 试验方法及试验物料 研究温度、浓度和添加剂对水煤浆粘度的影响规律，在5～65℃的温度范围内进行实 验，选择稳定性较好的兖州煤水煤浆，浓度分别为62．2％、64．6％和66．7％进行试验研 究。添加剂采用外购添加剂，煤浆采用大同煤粉自行配置成浆，分别配置了浓度为60．2％ 含有添加剂和不含添加剂的浆体进行实验。流变性实验采用国产NXS．412型旋转粘度计、 HS．4型恒温浴槽和烘箱等设备进行测量。 研究水煤浆的稳定性及影响因素，采用200mi的广口瓶测定水煤浆的析水率。将待测 的一定浓度样品置于广口瓶中，将水煤浆静置一定时间后，煤浆中煤颗粒的沉降，水煤浆 m1)测定其体积。随静置 分成两部分，用玻璃管吸出瓶中表面的水，并用标准量筒(20 时间的不同，可测出析水率随时间的变化关系。静置时间分别为：4、8、12、24、36、 128 国家水煤浆工程技术研究中心 08年全国水煤浆技术推广工作会议论文集 48、60和72h。 配制不同质量浓度的大同煤水煤浆进行实验，研究浓度对稳定性的影响，采用大同煤 和神华煤研究煤种对稳定性的影响，通过加入和不加入添加剂研究稳定性的影响，在温度 分别为17、40、52℃下进行实验，研究温度对稳定性的影响。 2 高浓度水煤浆流变特性的研究 2．1 煤浆表观粘度与温度关系 S 表观粘度是在剪切速率一定情况下(通常是1001时)测出来的粘度。对浓度为62． 2％、6416％和66．7％煤浆，测量其不同温度下的表观粘度，数据如表1所示。文献对牛 顿流体的粘度研究表明，其粘度随温度的升高而降低，且近似的服从Ar2rhenius关系式： ll=Aexp(一B／T) 式中：T一绝对温度；A和B一流体常数。 本文尝试把这个公式应用到具有非牛顿流体性质的水煤浆，温度为15-45℃并考虑 浓度的影响关系可以得到兖州煤水煤浆表观粘度通用经验关系式： lI=(一0．006+0．01 707-984 gC)gexp【(2gC)，11 式中：u—表观粘度； C一煤浆质量浓度； T—煤浆温度。 测得结果显示，水煤浆的表观粘度随温度的升高而降低，当温度升高到50℃左右时， 表观粘度随温度的变化的幅度减小，如图l所示。工业应用过程中，可适当提高浆体的温 度降低高