轉(zhuǎn)化利用基于旋轉(zhuǎn)粘度計法的水煤漿流變關(guān)系修正桑錢鋒,段鈺鋒,陳良勇,劉猛(東南大學(xué)熱能工程研究所,江蘇南京210096)摘要:對兗州煤水煤漿進(jìn)行流變特性試驗(yàn)研究,將管流法、旋轉(zhuǎn)粘度計法得出的流變關(guān)系進(jìn)行比對和分析。以測量結(jié)果更適合工程運(yùn)用的管流法試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn),對旋轉(zhuǎn)粘度計法所得的結(jié)果進(jìn)行修正,首次得出基于旋轉(zhuǎn)粘度計法的水煤漿流變關(guān)系的修正系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式,較妤的達(dá)到運(yùn)用操作簡單的旋轉(zhuǎn)粘度計法得到適合工程運(yùn)用的水煤漿流變關(guān)系的目的。關(guān)鍵詞:水煤漿;旋轉(zhuǎn)粘度計法;流變關(guān)系中圖分類號:TQ534.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:10066772(2009)040048水煤漿作為一種成分復(fù)雜的懸浮體系,其流變切應(yīng)力r和剪切速率y特性的影響因素非常廣泛1-3:①煤種的理化特性;(1)②固相的容積份額;③固體顆粒大小及分布;④添加劑的種類和用量;⑤懸浮液的pH值;⑥溫度。從(2)目前的研究看,對影響水煤漿流變特性因素的系統(tǒng)n(1-B")化和理論化的研究還比較少。工程實(shí)際中,大多通式中L—旋轉(zhuǎn)筒體高度;過試驗(yàn)方法研究水煤漿的流變特性,主要是研究水R—旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒體半徑;煤漿的剪切應(yīng)力與剪切應(yīng)變速率之間關(guān)系的規(guī)律。B—旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒體與外筒體半徑之比;對兗州煤水煤漿進(jìn)行流變特性試驗(yàn)研究,在試n=2驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上以測量結(jié)果更適合工程運(yùn)用的管流1.2旋轉(zhuǎn)粘度計法測量結(jié)果法試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn),對旋轉(zhuǎn)粘度計法所得結(jié)果進(jìn)行表1為用旋轉(zhuǎn)粘度計測得的兗州煤水煤漿的流修正得出基于旋轉(zhuǎn)粘度計法的水煤漿流變關(guān)系的變關(guān)系。修正系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式,為工程運(yùn)用提供依據(jù)。2管流法測水煤漿的流變特性1旋轉(zhuǎn)粘度計法測水煤漿的流變特性2.1管流法測量原理1.1旋轉(zhuǎn)粘度計法測量原理管流法是研究水煤漿流變特性的一種非常有旋轉(zhuǎn)粘度計法是利用雙筒體的旋轉(zhuǎn)效應(yīng),直接效的試驗(yàn)手段。其主要原理是:保持水煤漿在管道測量轉(zhuǎn)速、扭距等參數(shù),然后根據(jù)所得參數(shù)通過一內(nèi)的恒定剪切流動測量水煤漿流經(jīng)直管段上壓差定的換算關(guān)系獲得水煤漿剪切速率與剪切應(yīng)力之Δ和流量Q,通過換算關(guān)系,確定水煤漿剪切速率間的關(guān)系。運(yùn)用同軸旋轉(zhuǎn)粘度計,通過測量可扭距與剪切應(yīng)力之間的關(guān)系。壁面上的剪切應(yīng)力T和T和轉(zhuǎn)速o根據(jù)下列關(guān)系式可得出圓筒壁面的剪剪切中國煤化工CNMHG收稿日期:2009-03-13基金項(xiàng)目:國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973)資助項(xiàng)目(2004B2701)作者簡介;桑錢鋒(1984-),男,江蘇南通人,碩士研究生《潔凈煤技術(shù)》2009年第15卷第4期轉(zhuǎn)化利全國中文核心期刊礦業(yè)類核心期刊《cAcD規(guī)范》執(zhí)行優(yōu)秀期刊表1旋轉(zhuǎn)粘度計法所得水煤漿的流變關(guān)系質(zhì)量濃度剪切速率y壁面切應(yīng)力r/Pa質(zhì)量濃度653%3.640000800R11.92剪切速*Y/(s)15.711.95圖1水煤漿真實(shí)流變曲線25.7質(zhì)量濃度67.1%67.1%38.3149.43·D=25mm18.6328.62剪切速率y/(s)68.2%00800000070.54圖2水煤漿真實(shí)流變曲線92.46114.87質(zhì)量濃度68.2%T=pR(3)品25B D=Q/3n+1(4)▲D=50mm式中R—管道直徑;L—試驗(yàn)管段長度;剪切速率Y/(s)Q?！囼?yàn)管段內(nèi)無滑移條件下水煤漿流圖3水煤漿真實(shí)流變曲線DYdIf(T)drindn/4,其中,3基旋轉(zhuǎn)粘度計法的水煤漿流變關(guān)系修正3.1對旋轉(zhuǎn)粘度計法所測流變關(guān)系修正的意義VTR旋轉(zhuǎn)粘度計使用的試樣少,溫度控制簡單易高濃度水煤漿在管內(nèi)流動時存在滑移現(xiàn)象需行,粘度可直接讀出,是實(shí)驗(yàn)室分析牛頓流體和非要對滑移進(jìn)行修正。質(zhì)量濃度為6.1%和牛頓流體的常用儀器。但是,旋轉(zhuǎn)粘度計在分析非68.2%的兗州煤水煤漿在管內(nèi)流動存在滑移現(xiàn)象,牛頓流體時,所測量的數(shù)據(jù)往往會有一定的誤差。必須進(jìn)行滑移修正之后,才能得到其真實(shí)的流變候克鵬”等人的研究證實(shí)旋轉(zhuǎn)粘度計對于測量非模型。牛頓流體不精確。筆者用旋轉(zhuǎn)粘度計所測流變關(guān)22管流法測量結(jié)果系與管流法所得結(jié)果有較大差別,在表2中給出比各濃度下兗州煤水煤漿的真實(shí)流變關(guān)系如圖較。工程上一般認(rèn)為用管流法試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)比較圖3所示。接近工程實(shí)際,具有很高的工程利用價值。但是,用廣義賓漢體模型進(jìn)行擬合,可得兗州煤水煤相對于旋轉(zhuǎn)浹而言管流法所需試驗(yàn)臺龐漿的流變關(guān)系式為大,試中國煤化工不易控制。對于濃度653%:r=4041+0.336y1水煤對CNMHG變?nèi)f化的非牛頓濃度67.1%:T=40.761+0.1550流體來說,所要進(jìn)行的重復(fù)試驗(yàn)量相當(dāng)巨大。如果濃度682%:T=1741+2.409y12能夠利用旋轉(zhuǎn)粘度計測出適合工程實(shí)際的流變關(guān)基于旋轉(zhuǎn)粘度計法的水煤漿流變關(guān)系修正轉(zhuǎn)化利用系的話,那么,旋轉(zhuǎn)粘度計法相對于管流法無疑具取相同值,理論上可以認(rèn)為在修正過程中,這些因有巨大的優(yōu)越性。筆者以測量結(jié)果更適合工程運(yùn)素對修正系數(shù)的影響可以忽略不計。修正系數(shù)主用的管流法試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn),對旋轉(zhuǎn)粘度計法所得要與質(zhì)量濃度有關(guān),其它影響因素可以忽略不計。的結(jié)果進(jìn)行了修正。3.8表2管流法和旋轉(zhuǎn)粘度計法所得水煤漿的流變關(guān)系對比13.506500.600.6700.680069036.1911.92圖4修正系數(shù)與質(zhì)量濃度關(guān)系15.760.8311.954結(jié)論17.22通過對水煤漿流變關(guān)系進(jìn)行的試驗(yàn)研究,得出67.1%0000000400114.16了以下結(jié)論49.43153.95(1)管流法與旋轉(zhuǎn)粘度計法所得流變關(guān)系有所61.1199.12差異,認(rèn)為旋轉(zhuǎn)粘度計法的誤差較大18.6342.160000(2)以測量結(jié)果更適合工程運(yùn)用的管流法試驗(yàn)28.6267.31數(shù)據(jù)為基準(zhǔn),對旋轉(zhuǎn)粘度計法所得的結(jié)果進(jìn)行修118.0370.54169.06正,首次得出基于旋轉(zhuǎn)粘度計法的水煤漿流變關(guān)系的修正系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式,該修正系數(shù)是對旋轉(zhuǎn)粘度計114.87法所測得的壁面剪切應(yīng)力的修正;(3)修正系數(shù)隨著濃度的升高而有所降低,這3.2流變關(guān)系修正結(jié)果并不是說明在高濃度下兩種試驗(yàn)方法所測結(jié)果相表2列出了各濃度下,管流法和旋轉(zhuǎn)粘度計法接近。在高濃度下,壁面剪切應(yīng)力較低濃度下增加的流變關(guān)系對比。表中,1,2分別表示用旋轉(zhuǎn)粘度極大,所以盡管修正系數(shù)變小,但壁面切應(yīng)力的相計法所測的壁面切應(yīng)力及用管流法所得流變關(guān)系對誤差是增大的,與文獻(xiàn)[5]中指出的非牛頓體偏式計算所列剪切速率下的壁面切應(yīng)力離牛頓流體的程度越大,修正誤差也越大的結(jié)論并從表中可看出2種試驗(yàn)方法所得流變關(guān)系差不矛盾。別很大。筆者采用修正壁面切應(yīng)力的方法來對旋轉(zhuǎn)粘度計的流變關(guān)系進(jìn)行修正。設(shè)k為修正系數(shù),魯考文獻(xiàn)T2=kr1。對表2中的r1,n2進(jìn)行線性擬合得到濃[1 Woskoboenko, Fedir, sIemon, Stanley R., Creasy,eta度為65.3%,67.1%,68.2%的條件下,修正系數(shù)分Rheology of Victorian brown coal slurries: Part 2. Effect of別為3.682,3.169,2.376?？梢悦黠@看出:隨著濃PH[J]Fuel,l989,68(1):120-124度的升高,修正系數(shù)隨之降低,如圖4所示。對圖4[2]劉寶林孔現(xiàn)水煤漿流動特性及其流變模型確定方中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合,得出修正系數(shù)k與法綜述[J].煤化工,1995,(4):49-53質(zhì)量濃度φ的經(jīng)驗(yàn)公式[3]江體乾.化工流變學(xué)[M].上海:華東理工大學(xué)出版k=-637.56+1965.34d-1505.9(5)社,2004.文獻(xiàn)[1-3]指出:水煤漿的流變關(guān)系的影響因[4]陳良勇,高濃度水煤漿的流變特性與壁面滑移效應(yīng)試驗(yàn)研究[門],燃燒科學(xué)與技術(shù).2008,14(4):317素主要為:①煤種的理化特性;②固相的容積份額中國煤化工及其測試研究[.試③固體顆粒大小及分布;④添加劑的種類和用量CNMHGI8-19⑤懸浮液的pH值;⑥溫度。所用的2種試驗(yàn)方法下轉(zhuǎn)第41頁)使用的是同一種水煤漿,試驗(yàn)中的參數(shù)如溫度等也《潔凈煤技術(shù)》2009年第15卷第4期轉(zhuǎn)化利用全國中文核心期刊礦業(yè)類核心期刊cAcD規(guī)范》執(zhí)行優(yōu)秀期刊能隨著摻混的木屑半焦量的逐漸增大而減小,這說CO2氣氛下的氣化行為進(jìn)行模擬。明了煤與一定比例的木屑混合,可以相應(yīng)地提高反(2)煤與一定比例的木屑混合時,可以相應(yīng)地應(yīng)活性。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是由于生物質(zhì)提高其反應(yīng)活性。半焦中存在的金屬氧化物(主要是鉀、鈉)的含量大參考文于褐煤半焦的緣故(從表2可見),因?yàn)殁?、鈉等金屬氧化物對半焦的氣化反應(yīng)具有一定的催化作用。[]于樹峰仲崇立農(nóng)作物廢棄物液化的實(shí)驗(yàn)研究[燃料化學(xué)學(xué)報,2005,33(2):205-210.結(jié)論[2]閹常峰陳勇,李海濱,等.廢木料焚燒爐燃燒過程的(1)未反應(yīng)收縮核模型更適合于對混合焦在數(shù)值模擬[門]燃料化學(xué)學(xué)報,2004,32(6):705-710Study on kinetic models of co-gasification of biomassand coal in an atmosphere of coBIAN Wen, ZHANG Ke-da, WEN Fang, LIANG Da-ming, DONG Wei-guo, WANG PengBey ing Research Institute of Coal Chemistry, China Coal Research Institute, Beying 100013, China)Abstract: The main kinetic models of char gasification were reviewed, The gasification data of two chars were usedin these models correlated coefficient was used to evaluate the models. The results indicated that unreacted shrinking core model was more suitable for mixed coke gasification behavior simulation, and calculated the correspondingactivation energy. By comparing the activation energy data found that a certain proportion of coal and sawdust mixedcould accordingly improve its reactivity.Keywords: char; biomass char; carbon dioxide; model上接第50頁Empirical formula of modified coefficient about theCWSs rheological relationSANG Qian-feng DUAN Yu-feng, CHEN Liang-yong, LIU MengThermal Engineering Research Institute, Southeast University, Nanying 210096, ChinaAbstract: The research of rheological property is the premise and basis to determine CWS's( coal-water slurry )lowrules in the pipeline. In this article, there are some experimental researches about rheological property to cws madefrom yanzhou coal. Based on the rheological relation obtained by the methods of pipe-flow and rotation viscometermade some contrasts and analysis, and thental data obtained by the method of pipe -flthe standard one then made someby thefirst time, got a empirical formula of modified coefficient about the Cws's rheological relation. This way realizedpurpose that to get the CwSs rheological relation that can fit the中國煤化工the method of rota-CNMHGeywords: coal-water slurry; rotation viscometer; rheological rela煤焦與生物質(zhì)焦在CO2氣氛下共氣化動力學(xué)模型研究