型煤成型及其水力管道輸送機理研究.pdf

1、隨著工業(yè)和經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國對煤炭需求量逐年上升，現(xiàn)有的煤炭運輸能力已經(jīng)不能滿足煤炭的需求量。煤炭運輸能力長期處于運力不足的狀態(tài)，煤炭運輸進入了一個瓶頸階段。作為一種新型的煤炭運輸方式，型煤管道水力輸送技術被提出來用于緩解煤炭運輸運力不足。但是該技術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）的水力學特性研究不充分以及缺乏對型煤管道水力輸送技術綜合評價等問題。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進行環(huán)境影響、經(jīng)濟成本和能耗的綜合評價有利于推動該技術的發(fā)展和實際應用。
　　本文首先對型煤成型進行了研究，根據(jù)壓制型煤工藝過程，對現(xiàn)有的小型液壓成型機進行了改造，實現(xiàn)型煤壓制和脫模自動實現(xiàn)，設計了型煤成型所需的模具，便于開展型煤成型的試驗研究。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系統(tǒng)，對輸送系統(tǒng)的設計方案進行了優(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劑，開展了直徑45 mm和直徑135 mm兩種型煤的壓制試驗，提出了型煤壓制工藝所需的關鍵參數(shù)，研究了原煤種類、成型壓力、煤粉粒徑以及粘結劑種類和添加量對型煤成型的影響。本文對型煤的結構、防水性能、耐磨性能和抗壓強度進行了研究和檢測，提出了管道水力輸送技術對型煤的最低要求，明確了型煤滿足管道水力輸送要求的成型壓力、煤粉粒徑以及粘結劑的添加量的必要條件。
　　在

4、型煤列水力輸送機理方面，研究了型煤列在管道中運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)格技術和Fluent軟件對型煤在管道輸送的運動進行了數(shù)值模擬，展示了型煤從靜止到啟動以及通過管道轉折處的運動變化，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驗測量的結果進行對比，發(fā)現(xiàn)數(shù)值模擬結果與測量結果很好地吻合，并通過模擬結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構，采用氮吸附法測量了三種型煤的孔隙結構和孔的比表面積，對型煤成型過程以及壓力和粘結劑對煤粉結構的影響進行了分析和討論。利用熱分析技術對型煤的燃燒特性進行了檢測和研究，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)進行對比，發(fā)現(xiàn)加入

6、粘結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、火車輸煤和汽車輸煤的評價體系，詳盡搜集了三

7、種運輸方案的數(shù)據(jù)，建立了三種運輸方案能耗、污染物排放和經(jīng)濟成本的數(shù)據(jù)清單，對三種運輸方案的能耗、環(huán)境影響進行了綜合評價和對比，發(fā)現(xiàn)型煤管道水力輸送技術的表現(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輸方案的經(jīng)濟成本進行了評估和分析，發(fā)現(xiàn)型煤管道水力輸送技術的收益優(yōu)于其余方案，投資成本也最小，但該技術的年運營成本高于火車輸煤方案，低于汽車輸煤方案。粘結劑的成本在整個運營成本中占很大比例。對影響評價結果的關鍵因素—粘結劑用量、成型壓