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，我國對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)輸能力長期處于運(yùn)力不足的狀態(tài)，煤炭運(yùn)輸進(jìn)入了一個瓶頸階段。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)存在型煤無法完全滿足水力輸送的要求、型煤列（多個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型煤管道水力輸送技術(shù)綜合評價等問題。因此，開展適于管道水力輸送的型煤成型研究、型煤列在

2、水力輸送過程的水力學(xué)特性和輸送的數(shù)值模擬的研究以及對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價有利于推動該技術(shù)的發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用。
　　本文首先對型煤成型進(jìn)行了研究，根據(jù)壓制型煤工藝過程，對現(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實(shí)現(xiàn)，設(shè)計了型煤成型所需的模具，便于開展型煤成型的試驗(yàn)研究。同時搭建了總長15 m、管道內(nèi)徑50 mm的型煤管道水力輸送試驗(yàn)系統(tǒng)，對輸送系統(tǒng)的設(shè)計方案進(jìn)行了優(yōu)化。在型煤成型方面

3、，選取無煙煤、煙煤和褐煤作為原料，陽離子乳化瀝青和聚乙烯醇作為型煤的粘結(jié)劑，開展了直徑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)劑種類和添加量對型煤成型的影響。本文對型煤的結(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，提出了管道水力輸送技術(shù)對型煤的最低要求，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)輸時管道的阻力損失和沿程阻力損失。利用光電計時器測量了單個型煤和型煤列的速度隨水流速度變化情況。本文測量了型煤列在不同水流速度下的表面壓力，計算了型煤列的拖拽力和抬升力，分析了兩種力對型煤運(yùn)動的影響，最后得出了型煤的拖拽力因子和抬升力因子。利用動網(wǎng)格技術(shù)和Fluent軟件對型煤在管道輸送的運(yùn)動進(jìn)行了數(shù)值模擬，展示了型煤從靜止到啟動以及通過管道轉(zhuǎn)折處的運(yùn)動變化，并將模擬計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)測量的結(jié)果進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)數(shù)值模擬結(jié)果與測量結(jié)果很好地吻合，并通過模擬結(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)，采用氮吸附法測量了三種型煤的孔隙結(jié)構(gòu)和孔的比表面積，對型煤成型過程以及壓力和粘結(jié)劑對煤粉結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了分析和討論。利用熱分析技術(shù)對型煤的燃燒特性進(jìn)行了檢測和研究，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)行對比，發(fā)現(xiàn)加入

6、粘結(jié)劑對煤炭的成分含量發(fā)生了變化。無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)陽離子乳化瀝青降低了無煙煤和煙煤的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價體系，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，對三種運(yùn)輸方案的能耗、環(huán)境影響進(jìn)行了綜合評價和對比，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三種運(yùn)輸方案的經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行了評估和分析，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)劑的成本在整個運(yùn)營成本中占很大比例。對影響評價結(jié)果的關(guān)鍵因素—粘結(jié)劑用量、成型壓