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煤炭成浆特性的非线性理论和波能量改性机理的研究

李艳昌  
【摘要】: 本文以提高水煤浆的成浆性能和输送性能、建立高准确度的成浆性能预测模型和发掘新的性能评价指标为主要目的,应用神经网络理论、分形理论等非线性理论以及引入微波及超声波技术对水煤浆的制备与利用展开了一系列基础性理论及应用研究。 首先,研究了煤种理化特性对煤种成浆性能的影响。发现在水煤浆体系粒度组成、添加剂和温度等条件相同(或相近)的条件下,煤种的内水分、灰分、氧含量和可磨性指数等多种因素与煤种的成浆性能有比较复杂的关系:煤种的成浆性能不能由单一因素简单确定,而必须由多种因素共同决定,且各因素间的相互关系较为复杂。将多种成浆性能较差的煤种和成浆性能较好的煤种进行配煤组合并进行成浆性能测试,结果发现在多种混煤中含有淮南B煤或神火煤的配煤组合成浆效果相对较好。另外研究结果还显示:采用湿法高速磨制制浆方法时,无论是单煤还是各混煤所制备的水煤浆,其稳定性均比较好。 然后针对神华煤考察了加热改性、微波改性和配煤等三种提高水煤浆成浆性能的方法。研究结果表明:微波改性可以将乌沙山神华煤的成浆浓度提高4%,而采用配煤的方法更是可以提高近9%,加热改性方法的效果则相对较为逊色。 接着应用神经网络技术构建了煤种成浆浓度的五因子神经网络预测模型,并将其与线性回归分析、非线性回归分析等两种传统方法的效果进行了对比,结果显示:通过五因子神经网络模型所得到的结果是最好的,其预测结果误差可以达到0.57%的水平。 然后从颗粒分形的角度考察了以分形特征做为新的评价指标对于精细水煤浆的流变特性和燃烧特性进行评价的可行性。研究结果表明:随着组成颗粒表面分形维数的增加,颗粒表面的趋向复杂化,所制的精细水煤浆的粘度增大;精细水煤浆的着火温度与活化能随着分形维数的增大而逐渐降低。 接着,通过试验系统地研究考察了超声波在水煤浆输送过程以及制备过程中的作用。研究发现:在水煤浆输送过程中,随着流量的增大,超声波降阻效果有减小的趋势;随着超声电源输入功率增大,降阻效果变差;随着水煤浆粘度的升高,降阻的效果变小。当利用超声波来强化精细水煤浆的制备时,较短的作用时间对精细水煤浆的粘度影响较小,较长的作用时间的使精细水煤浆的粘度提高很多,且稳定性也同样提高很多;此外,超声波还使精细水煤浆的颗粒组成体系朝粒径小的方向发展。 最后建立起一整套水煤浆制备与燃烧中试系统。经过调试,水煤浆制备的中试系统所制水煤浆的粒度、粘度和稳定性等各项指标基本上满足实际输送与燃烧的要求。而通过对一卧式炉进行改造和调试后,已经可以进行水煤浆的燃烧试验。


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