型煤成型及其水力管道輸送機(jī)理研究.pdf

1、隨著工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)對(duì)煤炭需求量逐年上升，現(xiàn)有的煤炭運(yùn)輸能力已經(jīng)不能滿足煤炭的需求量。煤炭運(yùn)輸能力長(zhǎng)期處于運(yùn)力不足的狀態(tài)，煤炭運(yùn)輸進(jìn)入了一個(gè)瓶頸階段。作為一種新型的煤炭運(yùn)輸方式，型煤管道水力輸送技術(shù)被提出來(lái)用于緩解煤炭運(yùn)輸運(yùn)力不足。但是該技術(shù)存在型煤無(wú)法完全滿足水力輸送的要求、型煤列（多個(gè)型煤首尾相接形成一列）的水力學(xué)特性研究不充分以及缺乏對(duì)型煤管道水力輸送技術(shù)綜合評(píng)價(jià)等問(wèn)題。因此，開(kāi)展適于管道水力輸送的型煤成型研究、型煤列在

2、水力輸送過(guò)程的水力學(xué)特性和輸送的數(shù)值模擬的研究以及對(duì)型煤管道水力輸送技術(shù)進(jìn)行環(huán)境影響、經(jīng)濟(jì)成本和能耗的綜合評(píng)價(jià)有利于推動(dòng)該技術(shù)的發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用。
　　本文首先對(duì)型煤成型進(jìn)行了研究，根據(jù)壓制型煤工藝過(guò)程，對(duì)現(xiàn)有的小型液壓成型機(jī)進(jìn)行了改造，實(shí)現(xiàn)型煤壓制和脫模自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)了型煤成型所需的模具，便于開(kāi)展型煤成型的試驗(yàn)研究。同時(shí)搭建了總長(zhǎng)15 m、管道內(nèi)徑50 mm的型煤管道水力輸送試驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了優(yōu)化。在型煤成型方面

3、，選取無(wú)煙煤、煙煤和褐煤作為原料，陽(yáng)離子乳化瀝青和聚乙烯醇作為型煤的粘結(jié)劑，開(kāi)展了直徑45 mm和直徑135 mm兩種型煤的壓制試驗(yàn)，提出了型煤壓制工藝所需的關(guān)鍵參數(shù)，研究了原煤種類、成型壓力、煤粉粒徑以及粘結(jié)劑種類和添加量對(duì)型煤成型的影響。本文對(duì)型煤的結(jié)構(gòu)、防水性能、耐磨性能和抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了研究和檢測(cè)，提出了管道水力輸送技術(shù)對(duì)型煤的最低要求，明確了型煤滿足管道水力輸送要求的成型壓力、煤粉粒徑以及粘結(jié)劑的添加量的必要條件。
　　在

4、型煤列水力輸送機(jī)理方面，研究了型煤列在管道中運(yùn)輸時(shí)管道的阻力損失和沿程阻力損失。利用光電計(jì)時(shí)器測(cè)量了單個(gè)型煤和型煤列的速度隨水流速度變化情況。本文測(cè)量了型煤列在不同水流速度下的表面壓力，計(jì)算了型煤列的拖拽力和抬升力，分析了兩種力對(duì)型煤運(yùn)動(dòng)的影響，最后得出了型煤的拖拽力因子和抬升力因子。利用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)和Fluent軟件對(duì)型煤在管道輸送的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，展示了型煤從靜止到啟動(dòng)以及通過(guò)管道轉(zhuǎn)折處的運(yùn)動(dòng)變化，并將模擬計(jì)算得到的型煤速度變化和

5、管道壓力變化與已有實(shí)驗(yàn)測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)數(shù)值模擬結(jié)果與測(cè)量結(jié)果很好地吻合，并通過(guò)模擬結(jié)果分析了型煤的受力變化和影響。
　　本文利用掃描電鏡研究了不同成型壓力下無(wú)煙煤型煤、煙煤型煤和褐煤型煤的微觀結(jié)構(gòu)，采用氮吸附法測(cè)量了三種型煤的孔隙結(jié)構(gòu)和孔的比表面積，對(duì)型煤成型過(guò)程以及壓力和粘結(jié)劑對(duì)煤粉結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了分析和討論。利用熱分析技術(shù)對(duì)型煤的燃燒特性進(jìn)行了檢測(cè)和研究，得到了型煤的燃燒特性參數(shù)并與原煤的燃燒特性參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)加入

6、粘結(jié)劑對(duì)煤炭的成分含量發(fā)生了變化。無(wú)煙煤和褐煤的燃燒性能提高而煙煤的燃燒性能下降。最后研究了型煤在燃燒氣氛下污染物排放特性，發(fā)現(xiàn)陽(yáng)離子乳化瀝青降低了無(wú)煙煤和煙煤的SO2排放濃度卻增加了褐煤的SO2排放濃度。聚乙烯醇降低了無(wú)煙煤的SO2排放濃度但增加了煙煤和褐煤的SO2排放濃度。粘結(jié)劑降低了無(wú)煙煤的NOx排放濃度卻增加了煙煤和褐煤型煤的NOx排放。
　　最后，本文建立了型煤管道水力輸送技術(shù)、火車輸煤和汽車輸煤的評(píng)價(jià)體系，詳盡搜集了三

7、種運(yùn)輸方案的數(shù)據(jù)，建立了三種運(yùn)輸方案能耗、污染物排放和經(jīng)濟(jì)成本的數(shù)據(jù)清單，對(duì)三種運(yùn)輸方案的能耗、環(huán)境影響進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)和對(duì)比，發(fā)現(xiàn)型煤管道水力輸送技術(shù)的表現(xiàn)優(yōu)于其余兩種方案。采用生命周期成本分析方法對(duì)三種運(yùn)輸方案的經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行了評(píng)估和分析，發(fā)現(xiàn)型煤管道水力輸送技術(shù)的收益優(yōu)于其余方案，投資成本也最小，但該技術(shù)的年運(yùn)營(yíng)成本高于火車輸煤方案，低于汽車輸煤方案。粘結(jié)劑的成本在整個(gè)運(yùn)營(yíng)成本中占很大比例。對(duì)影響評(píng)價(jià)結(jié)果的關(guān)鍵因素—粘結(jié)劑用量、成型壓