管道输煤参数优化研究

作者:马妍;陈家琪;门著铭;阮子渊;邹德志;左海清;韩文亮; 刊名:煤炭工程 上传者:刘廷强

【摘要】介绍了长距离管道输煤煤浆制备过程中,通过优化给出的煤浆制备控制标准:煤浆颗粒小于0.044mm所占比例大于20%,最大颗粒小于1.2mm,煤浆流变特性刚度系数η大于25MPa·s,为保证煤浆管道的运输安全提供了科学依据.另外,借用前期固、液两相流研究推导的阻力损失和不淤流速的半理论半经验公式,通过管道输煤资料回归的经验系数,对国内外输煤实验资料,美国Black Measa输煤管线工程资料验证,误差不超过10%,说明推导的公式具有较高精度,可以用于输煤计算.

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目前,我国铁路、公路运输发展迅速,但仍无法适应经济发展步伐,运输一直比较紧张。煤炭作为我国支柱性能源[1,2],分布极为不均,大部分集中在山西、内蒙、陕西等内陆地区,而以煤炭为支撑的加工业及经济发达地区多集中在我国的东部及南部[3]。因此,向东部南部输送能源是国家的长期战略[4,5]。过去煤炭运输全是铁路或公路运输,完全依靠公路、铁路运输不但增加煤的成本[6],而且汽车运输煤炭抛撒会污染环境。因此,大力推广煤炭的管道水力输送,作为铁路、公路运输方式的补充,不仅可以减轻铁路、公路的运输压力,而且对节约投资、保护环境、提高效率具有极其重要的意义[7,8]。我国从20世纪80年代就开始管道输煤的实验研究,由于管道输煤的单一性,工程实施遇到一定的阻力,管道输煤的研究也停止了一段时间。但随着采矿业的发展,固、液两相流实验研究一直没有停止,并结合铁精矿、尾矿长距离输送管线的建设,进行大量实验研究。不仅推导了恒定流状态下阻力损失,临界不淤流速的半理论半经验计算公式[9],而且在固、液两相流不稳定流(水击、加速流)方面也取得了丰硕成果[10]。近期建设的陕西某输煤管线,设计年运量1000万t煤,输送距离743km,是国内管道水力输煤的先例[11]。目前,陕煤集团为了提高煤的附加值,在榆林市成立了神木富油能源科技有限公司,对煤进行深加工,在温度500左右提炼出原煤内含有的价值高的挥发份及油类,在高温下去掉挥发份及油类的煤会发生爆裂,产生一种类似焦炭的粒径在8mm以下的焦粉。随着煤炭提油技术的开展,焦粉今后年产量可达数千万吨。这种焦粉由于内水蒸发,含水量很低,含有一部分极细颗粒,扬尘十分严重,采用公路、铁路运输都会造成严重扬尘问题、污染环境。因此,也考虑管道输送。对于已经建成的陕西某输煤管线,管道输送参数的设计优化是目前的关键。需要优化的主要参数有煤浆颗粒组成、煤浆管道输送流速、输送阻力损失等。1煤浆颗粒组成优化管道输送尾矿、精矿,其颗粒组成是选矿工艺而定,唯有输煤管道是为了管道输送而磨制煤浆,需进行级配的优化研究。其优化标准为:为了长距离输送安全,煤浆既要流动性好,又要保证其一定的稳定性。为了煤浆级配的优化,磨制一组粗级配(代号B)一组细级配(代号H)两种煤样,对两种煤样,采用不同比例混掺,可以生成许多级配,例如采用100%H、80%H+20%B、60%H+40%B、40%H+60%B、20%H+80%B共生成五种级配,级配如图1所示。由于粗颗粒越来越多,因此,颗粒平均粒径越来越粗。五种粒径的平均粒径及粒径小于0.0445mm粘性细颗粒含量见表1。图1颗粒组成曲线表1五种不同级配煤浆平均粒径级配组别配制方法100%H80%H+20%B60%H+40%B40%H+60%B20%H+80%B平均粒径/mm0.030.080.130.180.23-0.0445mm颗粒含量/%97.7079.2060.6042.0023.00采用以上五种颗粒组成,制成煤浆测其流变特性。影响煤浆粘度的因素有:浓度、温度、颗粒组成(级配)等,为了优化级配,将五种颗粒组成掺水制成58%浓度的煤浆,并控制温度(18)一致,然后进行流变特性实验。流变实验采用流变仪(Rheolab-QC)进行测定,在煤浆流变测试过程中,为减小由于搅拌不均或沉降对流变测量造成的误差,在样品制备及测量过程均严格控制一致。依次测量五种级配组别的58%浓度的剪切应力与剪切速率du/dr,并在Excel表中绘出流变曲线,如图2所示。并利用宾汉体模型在图中直线回归出各不同级配煤浆的流变参数,见表2。图2煤浆剪切应力与剪切速率关

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