第38卷第6期鍋爐技術(shù)Vol, 38, No 62007年lI月BOILER TECHNOLOGYNov.,2007文章編號(hào):CN31-1508(2007)06-0074-05溫度對(duì)高濃度水煤漿流變特性的影響趙國(guó)華,王秋粉,陳良勇,段鈺鋒(東南大學(xué)潔凈煤發(fā)電及燃燒技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京210096)關(guān)鍵詞:高濃度;水煤漿;溫度;流變特性摘要:對(duì)高濃度的水煤漿流變特性影響因素很多溫度是其中的一個(gè)重要因素。借助于水煤漿粘度計(jì)在不同溫度不同剪切速率下對(duì)3種濃度的水煤漿進(jìn)行粘度測(cè)度,得出在各個(gè)剪切速率下粘度與溫度的關(guān)系。結(jié)果表明在給定的剪切速率下,水煤漿的表觀粘度與溫度關(guān)系可以用近似 Arrhenius關(guān)系式表示。采用Herschel-Bulkley模型擬合出水煤漿的流變參數(shù),發(fā)現(xiàn)水煤漿的流變參數(shù)隨溫度變化呈現(xiàn)出規(guī)律性地變化中圖分類(lèi)號(hào):TQ534.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A前言濃度水煤漿的粘度進(jìn)行測(cè)量,溫度從5℃變到85℃,每個(gè)溫度下剪切速率從10(1/s)到100(1/s)水煤漿是一種低污染高效率和流動(dòng)性強(qiáng)的測(cè)出較高溫度下水煤漿的粘度,揭示出水煤漿的理想代油燃料。它是一種寬篩分和含固量高的流變性質(zhì),得出相應(yīng)的流變曲線,擬合出溫度對(duì)復(fù)雜、多級(jí)、分散懸浮體系,影響其成漿性和流變水煤漿粘度的影響關(guān)系式,并揭示出溫度對(duì)水煤性的因素十分復(fù)雜,它與煤的種類(lèi)、化學(xué)性質(zhì)、顆漿流變特性的影響規(guī)律。粒形狀及粒度分布添加劑組成制漿工藝、溫度和成漿濃度等因素密切相關(guān),發(fā)展高溫、高壓、2實(shí)驗(yàn)設(shè)備與實(shí)驗(yàn)方法高效的大規(guī)模氣流床水煤漿氣化工藝成為我國(guó)實(shí)驗(yàn)采用的NXS4C型水煤漿粘度計(jì)是內(nèi)潔凈煤技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向,因此對(duì)水煤筒旋轉(zhuǎn)式同軸圓筒旋轉(zhuǎn)粘度計(jì),電機(jī)通過(guò)變速齒漿成漿性和流變性的研究越來(lái)越重要。粘度是輪包和同步齒型帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)測(cè)量轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)水煤漿最重要的流變性,而煤漿濃度、煤漿粒度如果轉(zhuǎn)子沒(méi)受到液體的粘性阻力,測(cè)量彈簧就保級(jí)配煤種煤漿溫度、添加劑和剪切強(qiáng)度等對(duì)水持初始狀態(tài),一旦轉(zhuǎn)子因被測(cè)物料的粘度而產(chǎn)生煤漿的粘度特性具有重要影響因而一直是國(guó)內(nèi)了粘性阻力扭矩,測(cè)量彈簧便因受到扭矩而偏外學(xué)者研究的重點(diǎn)問(wèn)題。轉(zhuǎn),直至2種扭力達(dá)到平衡,彈簧的扭角與液體從流變學(xué)的角度分析要求所配制的水煤漿的粘度(或表觀粘度)成正比。用合適的傳感器應(yīng)在低剪切速率下具有較商的粘度而在高剪切將已知轉(zhuǎn)速下的扭轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成電信號(hào),經(jīng)單片機(jī)速率下又表現(xiàn)出較低的粘度,即要研究出具有較處理后就可用數(shù)碼管顯示出粘度(或表觀粘度)好流動(dòng)性和穩(wěn)定性的水煤漿。在工業(yè)應(yīng)用中,因值的大小。在內(nèi)、外圓筒之間充滿試樣,外筒保地區(qū)和季節(jié)等差異漿體溫度變化較大,在南方地持靜止,內(nèi)筒(轉(zhuǎn)子)繞軸心以角速度a旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)區(qū),水煤漿夏天輸送的漿溫能達(dá)到46℃甚至更子的外筒半徑為R1,內(nèi)筒半徑為R2則剪切高,冬天漿溫則低至14℃甚至更低。實(shí)踐證明,速率溫度的變化對(duì)水煤漿的流變特性有很大影響,因此,研究水煤漿的流變特性對(duì)溫度的依賴關(guān)系具D=r do_ 2arsIr (R2-R2)(1)有很重要的意義。內(nèi)筒面點(diǎn)把矩的關(guān)系為本文采用成都儀器廠生產(chǎn)的帶有控溫系統(tǒng)中國(guó)煤化工的NXS4C型水煤漿粘度計(jì),對(duì)兗州3種不同高CNMHG收稿日期:2006-10基金項(xiàng)自:國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃資助項(xiàng)目(2004CB217701)作者簡(jiǎn)介:趙國(guó)華(1983-),男,東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院碩士,主要從事潔凈煤技術(shù)研究第6期趙國(guó)華,等:溫度對(duì)高濃度水煤漿流變特性的影響式中:M—一測(cè)量彈簧復(fù)原扭矩;形式和破壞均需一定的時(shí)間,并且煤漿濃度高,內(nèi)筒的高度;恢復(fù)形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)所需的時(shí)間越長(zhǎng)。7—水煤漿的粘度3種濃度的煤漿在各個(gè)溫度下剪切速率與粘該水煤漿粘度計(jì)可以測(cè)得剪切速率分別為度的變化關(guān)系見(jiàn)圖(2~4)。從3個(gè)圖中可以看100,80,60、40、20、10(1/s)下的粘度。粘度計(jì)配出低剪切速率下的粘度值波動(dòng)較大,高剪切速率備的恒溫水浴為HS-4型恒溫浴槽(精度士0.1下規(guī)律較明顯。隨剪切速率增加,煤漿粘度迅速℃),是一種髙低溫循環(huán)式高精度恒溫器,性能穩(wěn)降低,這是因?yàn)樵诘图羟兴俾氏?粒子進(jìn)行任意定可靠,本身帶有制冷系統(tǒng),通過(guò)高精度自動(dòng)調(diào)的聚集,也可能形成某種構(gòu)造但隨著所施加的溫器和水循環(huán)泵實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精確控制。升溫剪切速率增大,水煤漿的最大絕對(duì)觸變量變大介質(zhì)為水時(shí),溫度控制范圍:0℃~100℃。試驗(yàn)這樣就使得水煤漿的膠鏈結(jié)構(gòu)的破壞更充分,從過(guò)程中將浴槽的出永管及回水管用2根橡膠管而大大降低水煤漿的粘度與旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)相連接,粘度計(jì)中的物料溫度和浴槽設(shè)定溫度達(dá)到平衡穩(wěn)定后,開(kāi)始測(cè)量。為了準(zhǔn)確測(cè)量溫度對(duì)流變特性的影響,要求水煤漿在整個(gè)溫度調(diào)整過(guò)程中必須穩(wěn)定,不發(fā)生25℃=0任何沉淀和析水,所以這里選擇了實(shí)驗(yàn)室中穩(wěn)定性較好的兗州煤制水煤漿進(jìn)行試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程采用水煤漿的濃度分別為6224%64.60%、6.69%。為了更全面更真實(shí)地反映溫度對(duì)流變特性的影響,對(duì)每個(gè)濃度下的水煤漿0102030405060708090100110均進(jìn)行了粘一溫測(cè)試。選定了如下幾個(gè)測(cè)試溫剪切速率S度點(diǎn):5℃、15℃、25℃、30℃,35℃,40℃、45℃圖2濃度為6224%時(shí),不同溫度下剪切速率與粘度關(guān)系55℃、65℃,75℃,85℃。在一定的溫度下,每次測(cè)量剪切速率由10→20→40→60→80→100→80→60→40→20→10變化,剪切速率先上升后下一5℃→45降(變一次剪切速率測(cè)量3個(gè)數(shù)據(jù))變化剪切速25℃-65℃率過(guò)程中有一定的間隔時(shí)間,大約12s3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析3.1溫度對(duì)剪切速率與粘度關(guān)系的影響處理數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)剪切速率從10增加到100(上行程)和從100下降到10(下行程)的粘度值剪切速率1不同,如圖1所示。原因可能是煤漿穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的圖3濃度為6.60%時(shí)不同溫度下剪切速率與粘度關(guān)系14005濃度666%·25℃上行程25℃下行1200▲30℃上行程25℃-65℃30℃下行程35℃-07I00中國(guó)煤化工一CNMH剪切速率s-1剪切速率S圖1濃度為66.69%時(shí),上行程與下行程的數(shù)據(jù)比較圖4濃度為66.69%時(shí),不同溫度下剪切速率與粘度關(guān)系爐技術(shù)第38卷溫度在5℃~55℃,各個(gè)剪切速率下的粘度濃度為64.60%時(shí),p=0.00292exp(1494.7/T);是隨溫度的升高而降低,而且下降的幅度隨溫度濃度為66.69%時(shí),=0.00062exp(2049,4/T。的升高而降低,在剪切速率大于80(1/s)以后粘度變化較小。溫度在55℃~85℃,粘度有個(gè)先升高后下降的過(guò)程。在相同溫度下,隨剪切速率的升高,粘度下降且下降的幅度減小;隨溫度的升高,從低剪切速率到高剪切速率時(shí),粘度下降的幅度變大水煤漿的粘度在5℃~55℃,隨著溫度的升高而下降,這是由于兩方面的原因:02(1)水煤漿隨溫度的升高,其體積增大,分子間的距離增大,分子間的相互作用變?nèi)酢Ｓ捎?852902950531031532表面張力是分子間的作用力引起的,所以分子間圖53種濃度的水煤漿常溫下溫度與粘度關(guān)系作用力的減弱導(dǎo)致表面張力的變小。表面張力減小,水煤漿的粘度降低。從上面可以看出,在15℃~45℃,水煤漿(2)溫度對(duì)水煤漿中的離子型表面活性劑的粘度隨溫度的升高而降低,并且近似地服從的影響。離子型的表面活性劑,它在溶液中都有 Arrhenius關(guān)系式,而且可以從圖5中看出水煤個(gè)溶解度,一般的表面活性劑在低溫時(shí)溶解度漿的濃度越高,粘度對(duì)溫度的依賴性越強(qiáng)。水較小,當(dāng)溶液的溫度升高到一定的溫度時(shí),表面煤漿的濃度越高,即固相分率越大溫度對(duì)懸浮活性劑的溶解度增加,并且離子型表面活性劑對(duì)液的粘度影響越明顯, Wildermuth和 williams極性和非極性被增溶物的增溶作用增強(qiáng),原因是等認(rèn)為這是固體粒子和分散介質(zhì)的熱膨脹情況可能隨著溫度升高離子型表面活性劑的臨界膠不同,從而使固相分率/最大固相分率改變的緣束濃度變大,形成更多的膠束,這就降低了水煤故。固相分率/最大固相分率增大,能使相對(duì)粘漿的粘度。度增大。水煤漿在55℃~85℃,粘度先升高后下降,3.3溫度對(duì)水煤漿流變參數(shù)的影響由于溫度升高,離子型的表面活性劑凝聚,在水高濃度水煤漿是典型的非牛頓流體,其流變煤漿中的表面活性劑量減少,水煤漿的粘度變模型很多,如擬塑性流體模型、賓漢流體模型、脹大;但隨溫度繼續(xù)升高,水煤漿中的表面活性劑流體模型等-《。根據(jù)水煤漿的流變性關(guān)系提出不再減少,溫度的升高引起體積增大,分子間的了2個(gè)方面的要求,一是表示水煤漿穩(wěn)定程度的相互作用變?nèi)?導(dǎo)致表面張力的變小,水煤漿的屈服應(yīng)力部分,一個(gè)是代表水煤漿流動(dòng)阻力的剪粘度降低切應(yīng)力部分,因此本文采用屈服一冪律流體32溫度與粘度的關(guān)系模型:在工程應(yīng)用方面,水煤漿的溫度在十幾度到t=To+ky"五十幾度范圍變化,圖5給出了3種濃度下的粘式中:z—剪切應(yīng)力,Pa;度[對(duì)應(yīng)剪切速率為1001/s)]與溫度的關(guān)系。工t—屈服應(yīng)力,Pa;業(yè)上說(shuō)的水煤漿粘度是指剪切速率在100(1/s)下k——稠度系數(shù),Pa·S";粘度計(jì)的讀數(shù)。n—流動(dòng)性系數(shù)文獻(xiàn)[]提到對(duì)牛頓流體的粘度隨溫度的升當(dāng)τ=0,n=1時(shí),為牛頓流體;當(dāng)t=0,n≠高而降低并且近似服從 Arrhenius關(guān)系式:g=1時(shí),為冪流體(n>1,為脹塑性流體;n<1為擬塑Aexp(-B/T),其中T是絕對(duì)溫度,A和B是流性流1葉其它漢流體;當(dāng)r≠體常數(shù)。把這個(gè)公式嘗試地應(yīng)用到具有非牛頓0,n中國(guó)煤化工為具有屈服應(yīng)流體性質(zhì)的高濃度水煤漿中得到如下關(guān)系式力的CNMHG應(yīng)力的擬塑性濃度為6224%時(shí)p=0.00018xp(20926/T);流體)第6期趙國(guó)華,等:溫度對(duì)高濃度水煤漿流變特性的影響根據(jù)常溫下水煤漿的剪切應(yīng)力與剪切速率系數(shù)隨溫度的升高而增大。表1的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表的關(guān)系(圖6~8)擬合方程,在相關(guān)性系數(shù)大于明,同一個(gè)濃度下屈服應(yīng)力隨溫度的升高而增0.97下得出,3個(gè)濃度的水煤漿在各個(gè)溫度下的加,稠度系數(shù)隨溫度的升高而減小,流動(dòng)性系數(shù)屈服一冪律流體模型參數(shù),見(jiàn)表1隨溫度的升高而增加。屈服應(yīng)力的變化趨勢(shì)正好相反,這可能由于流體的本身性質(zhì)不一樣。隨著濃度的增加同一溫度下的屈服應(yīng)力增加;隨溫度升高,粘度降低,流動(dòng)性增強(qiáng)。62.24%和溫度2064.60%的水煤漿是擬塑性流體,溫度增加流體的擬塑性減小,并且減小的幅度隨溫度的變化越大而減小越多;66.69%的水煤漿是脹塑性流體溫度的增加流體的脹塑性增加,并且增加的幅度隨溫度變化越大而減小越多6-9;也證明了不同濃度下的水煤漿流變特性的復(fù)雜性。剪切速率s表1根據(jù) Herschel-Bulkley圖6濃度為62.24%時(shí),不同溫度下模型擬合的各個(gè)系數(shù)剪切速率與剪切應(yīng)力的關(guān)系濃度/%溫度/℃to相關(guān)系數(shù)151.314630.428260.878500.99767溫度352.683920.210830.886510.9790215℃e3525℃453.093610.176860.888330.97230158.986430.621350.917900.99939253511.971570.279280.978920.9969剪切速率S-11511.537300447541.081720.99836圖7濃度為64,60%時(shí),不同溫度下剪切速率與剪切應(yīng)力的關(guān)系3512.065430.135651216840.9951(4512.140530.081031.262200.990374結(jié)論通過(guò)兗州煤水煤漿流變特性對(duì)溫度的依賴關(guān)系可給出以下結(jié)論。(1)常溫下,水煤漿在各個(gè)剪切速率下隨溫度的增加,粘度迅速降低,降低幅度也減小。(2)水煤漿的表觀粘度在常溫下隨溫度的升剪切速率S高而降低,并且近似地服從 Arrhenius關(guān)系式;隨濃度的增加,溫度對(duì)水煤漿的粘度響越明顯。圖8濃度為66.69%時(shí),不同溫度下中國(guó)煤化工隨著溫度的升剪切速率與剪切應(yīng)力的關(guān)系高稠CNMHG則呈上升趨勢(shì),文獻(xiàn)[5-7]中提到屈服應(yīng)力隨溫度的升高進(jìn)一步說(shuō)明了隨溫度升高過(guò)程中,粘度降低,流動(dòng)而減小,稠度系數(shù)隨溫度的升高而減小,流動(dòng)性性生增強(qiáng)鍋爐技術(shù)第38卷參考文獻(xiàn)1159-1166[]岑可法姚強(qiáng)曹欣玉等煤漿燃燒、流動(dòng)、傳熱和氣化的理論61 Xuanke, Qingtian li. Rheological praperties and carbonization與應(yīng)用技術(shù)[M.杭州:浙江大學(xué)出版社,[2]趙世民表面活性劑一原理、合成測(cè)定及應(yīng)用M.北京:中[7] Samsun Roh, Dae- Hyun Shin, dong-Chan Kim rheological be-國(guó)石化出版社,2005.haviour of coal-water mixtures[J]. Fuel, 1995, 74(9):1313[3]江體乾化工流變學(xué)[M.上海:華東理工大學(xué)出版社,2004[鑰]戴干策陳敏恒.化工流體力學(xué)2[M]北京:化學(xué)工業(yè)出版[8]希利科,劉加龍溫度對(duì)水煤漿的流變性質(zhì)及用腐植酸鹽使社,2005其增塑的影哨.腐植酸:2004,(5)42-417[5 F.J. Dautant, K simancas,A. Sandoval, A. J. Muller,Efet[9]王文亮,王麗化,胡子文.水煤漿表觀粘度測(cè)定方法的研究of temperature, moisture and liquid content on the rheological[J].潔凈煤技術(shù),2003,9(5);40-46properties of flour]. Journal of food engineering, 2006.78(4The Influence of Temperature on the rheologyof High Concentration Coal-water SlurryZHAO Guo-hua, WANG Qiu-feng, CHEN Liang-yong, DUAN Yu-feng(Key Laboratory of Clean Coal Power Generation and Combustion Technologyof the Ministry of Education, Southeast University, Nanjing 210096, ChinKey words high concentration, coal-water slurry temperature: rheological propertyAbstract: There are many factors which influence the rheological properties of higconcentrat coal-water slurry. And temperature is one of the most importan. In this papwith the help of coal-water slurry viscometer, the viscosities of CwS are measured underdifferent temperatures as well as different shear rates. The results indicate that, under agiven shear rate, the retation of apparent viscosity on temperature can be well described byhe Arrhenius Law The Herschel-Bulkley model is used to fit the date rheological parameterthat exhibit regularity with the change of the temperature.(上接第73頁(yè))Characteristic Analysis on Co2 Absorption of CaO ParticleBAI Tao, WANG Chun-bo, LI Yong-hua, GUO Jian(School of Enery and Engineering, North China Electric Power University, Baoding 071003, China)Key words: CaO: CO2: absorptivity mechanismAbstract: Global climate is more and more notable with greenhouse effect, more countries received the attention about it. CO is releasing the most greenhouse gas which is the main causethat can make the whole world warm; it can change the climate in the short-term possibility. Now-adays many countries are studying reducing CO emission, hoping develop a new absorbent whichs highreffect, low cost sorption technology. CaO is high中國(guó)煤化工tion cost, long service life and has good anti-rubs characton in hightemperature. This article mainly analyzes temperature, acCNMHGe surface ofCao particle and other component in fuel gas contributed to Cao absorption performance. It canprovide a theoretical basis for improving the Cao absorption performance.