水煤漿技術(shù)經(jīng)典PPT課件說課材料

水煤漿技術(shù)經(jīng)典PPT課件

煤漿燃燒的概念可以追溯到Munsell和Smith的專利(1879年)，其后對(duì)于這種漿狀燃料的制備方法和發(fā)展前景也有—些文獻(xiàn)論述。這時(shí)候的煤漿概念是指以煤粉同其他流體調(diào)制成的一種漿狀燃料(如油煤漿、水煤漿和甲醇煤漿等)，但由于油價(jià)一直偏低而未獲發(fā)展。直到1914年才有煤漿的小規(guī)模應(yīng)用。作為技術(shù)儲(chǔ)備，在60年代，美國(guó)、原蘇聯(lián)和原西德相繼進(jìn)行過水煤漿直接燃燒的小型試驗(yàn)，盡管獲得了較滿意的結(jié)果，但由于經(jīng)濟(jì)上的原因而中止。2/7/20232

煤漿發(fā)展的轉(zhuǎn)機(jī)是70年代的石油危機(jī)。由于這次危機(jī)，使人們自然想到這種燃料，開始受到許多國(guó)家政府的重視，作為一種替油燃料研究。但70年代的研究主要集中在油煤漿，沒有真正擺脫對(duì)石油的依賴，經(jīng)濟(jì)上還存在問題。而煤漿真正迅速發(fā)展是80年代，美國(guó)、日本、加拿大、瑞典、意大利、原蘇聯(lián)相繼投入大量研究力量，開發(fā)各種技術(shù)，到80年代中期，普遍進(jìn)入商業(yè)性應(yīng)用階段。但此后由于油價(jià)持續(xù)下跌，研究規(guī)?？s小，研究重點(diǎn)也轉(zhuǎn)移到超低灰煤漿直接代油和作為替代燃料等更廣泛的用途上。

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但日本和原蘇聯(lián)則仍繼續(xù)進(jìn)行這方面研究。在日本，在按燃煤設(shè)計(jì)的600MW燃油鍋爐上用水煤漿已有多年，成為第一臺(tái)長(zhǎng)期連續(xù)直接摻燒煤漿的大型電站鍋爐。在原蘇聯(lián)1988年建成的由別洛沃到新西伯利亞260km的水煤漿輸送管道，以及制漿能力500萬t的大型制漿廠和1200MW發(fā)電能力的大型電廠水煤漿燃燒工程，成為世界上第一個(gè)以制漿一管道運(yùn)輸一直接燃燒應(yīng)用的大型水煤漿示范工程。2/7/20234我國(guó)水煤漿技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用起步較晚,替代燃料油，1982年，由跨部門的科研單位進(jìn)行“六五”水煤漿技術(shù)課題攻關(guān)，選用大同煤，撫順煤和湖北恩口煤等煤種作為制漿研究對(duì)象，先后在實(shí)驗(yàn)室的小型燃燒爐和北京造紙一廠20t／h工業(yè)鍋爐上多次進(jìn)行水煤漿燃燒試驗(yàn)，取得了從制漿、供漿到工業(yè)鍋爐燃燒等一批科研成果?！捌呶濉逼陂g，水煤漿技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，在國(guó)內(nèi)建起了幾座水煤漿制備廠，并在一些工業(yè)鍋爐和多種工業(yè)窯爐上進(jìn)行試燒、應(yīng)用，取得了較好的效果。

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“八五”期間，水煤漿的應(yīng)用轉(zhuǎn)向以電站鍋爐燃用水煤漿的技術(shù)為中心，重點(diǎn)開發(fā)大型的(5～8t／h)噴嘴和燃燒器，并先后在北京第三熱電廠75t／h電站鍋爐和山東省白揚(yáng)河發(fā)電站280t／h電站鍋爐上試燒，取得了初步成功．水煤漿技術(shù)的應(yīng)用還推廣在撫順、淮南、邢臺(tái)、徐州等礦區(qū)，用選煤廠浮選末煤制備出煤泥漿，通過泵送至礦區(qū)的供暖鍋爐和發(fā)電鍋爐上，都取得了成功的經(jīng)驗(yàn)。

2/7/202362/7/202372/7/20238二、煤漿的特點(diǎn)和水煤漿燃料的基本性質(zhì)（一）水煤漿的特點(diǎn)1、水煤漿為多孔隙的煤和水的混合物，具有類似重油燃料油的流動(dòng)特性。2、水煤漿在制造過程中需進(jìn)行凈化處理，可除去原料煤中灰分的50％一75％，黃鐵礦(無機(jī)硫)40%-90%，同時(shí)可回收原料煤發(fā)熱量的90％～98％。2/7/20239表4-3水煤漿和原料煤的成分和特性比較2/7/2023103、把原煤的開采、洗選和水煤漿的制造過程結(jié)合起來，在通過管道輸送，具有更好的經(jīng)濟(jì)性。4、由于水煤漿很容易做到在壓力下給煤，因此它可成為加壓煤氣化爐和增壓循環(huán)流化床鍋爐的一種理想燃料。2/7/202311(二)水煤漿燃料的基本性質(zhì)1、水煤漿的濃度設(shè)水煤漿顆粒的質(zhì)量為mc，密度為ρc，流體的質(zhì)量為mL，密度為ρL，則其質(zhì)量百分濃度的定義為：%2/7/2023122、水煤漿的密度當(dāng)知道水煤漿顆粒的真實(shí)密度ρc，流體的密度ρL，兩相的質(zhì)量濃度Cwc，則可由下式確定水煤漿的密度ρwc

Kg/m32/7/2023133、水煤漿的粘度

在流體中加入固體顆粒變?yōu)閼腋∫海w粒的存在增加了懸浮液的粘度，在很多情況，這些液體具有非牛頓流體的性質(zhì)。大量試驗(yàn)表明，大多數(shù)水煤漿屬賓漢塑性流體，其流動(dòng)特性可用下式表示：

2/7/202314若用表觀粘度來簡(jiǎn)化表示水煤漿的粘度，則有與牛頓流體相同的表達(dá)形式，可給工程應(yīng)用帶來很大的方便，即2/7/2023154、水煤漿的比熱容

2/7/202316第二節(jié)、煤的成漿性和水煤漿的制備

煤的成漿性是用煤制備水煤漿難易程度及制成的水煤漿性能優(yōu)劣程度的量度。我國(guó)研究人員在煤的成漿性方面做了大量的研究工作，主要對(duì)煤種（煤的可磨性、粒度組成、密度、元素成分、水分、灰的成分等）、添加劑（分散劑、穩(wěn)定劑、助劑等）對(duì)煤的成漿性的影響做了較詳細(xì)的研究。由于研究方法和條件的差異，所得到的結(jié)果也各不相同。

2/7/2023171、煤性與成漿性中國(guó)礦業(yè)大學(xué)和煤炭科學(xué)研究總院對(duì)我國(guó)18種較有代表性煤種成漿性能的研究結(jié)果。定義水煤漿成漿性指標(biāo)為在溫度為25℃,剪切率為30S－1，粘度為1Pa·s時(shí)水煤漿的固體濃度。并把水煤漿在1Pa·s下的濃度稱為水煤漿的定粘濃度w(Cpμ)。w(Cpμ)

高則煤的成漿性能好,反之成漿性能差。

2/7/202318中國(guó)煤的成漿性指數(shù)

2/7/202319煤的成漿性指數(shù)也可用下式計(jì)算：煤的表面結(jié)構(gòu)特性對(duì)煤的成漿性的影響可用下式計(jì)算：

2/7/202320當(dāng)進(jìn)一步用煤的有機(jī)和無機(jī)特性來進(jìn)行研究所得到煤的成漿性指數(shù)w(Cpμ)為：2/7/202321通過對(duì)碳C、灰A、燃料比F.R、氧碳比、揮發(fā)分V、氫氧比H/O、氮氧比N/O、可磨性指數(shù)kkm及最高內(nèi)在水分Mmax這9項(xiàng)煤質(zhì)因素進(jìn)行非線性逐步回歸分析,建立了下述評(píng)定煤炭成漿性的數(shù)學(xué)模型D=7.5+0.5Mmax-4.72（kkm-0.61）

W(cwc)=77-1.2D2/7/202322式中D——成漿性難度指數(shù);

w(Cwc)——制漿濃度,%。

2/7/2023232、添加劑對(duì)水煤漿制備的影響水煤漿制備的目標(biāo)是獲得優(yōu)良的水煤漿，它應(yīng)具有理想的流變特性、穩(wěn)定性和較高的濃度。要獲得高濃度、低黏度的水煤漿,煤質(zhì)是關(guān)鍵.研究表明,影響成漿性的煤質(zhì)因素主要包括煤的變質(zhì)程度、表面親水性、孔隙率、礦物的種類與含量、可磨性、煤巖組分以及表面性質(zhì)等。盡管上述因素都屬于煤的自然屬性,但制備水煤漿用的各種添加劑,可以在一定范圍內(nèi)程度不同地改變這些屬性。添加劑的主要作用在于改變煤粒的表面性質(zhì)，促使顆粒在水中分散。使?jié){體有良好的流變特性和穩(wěn)定性。此外．還要借助添加劑調(diào)節(jié)煤漿的酸堿度．消除漿體中的氣泡、有害成分等。2/7/202324

根據(jù)作用不同，可將添加劑分為分散劑、穩(wěn)定劑和助劑三大類，其中前兩種最為重要。分散劑是最重要的添加劑，其主要的用途是降低水煤漿的粘度，使之具有良好的流變特性。分散劑屬表面活性劑，常用陰離子型和非離子型兩類。

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陰離子型分散劑屬低分子量電解質(zhì)或大分子及準(zhǔn)高分子聚電解質(zhì)。包括磺酸鹽、羧酸鹽及少量磷酸酯類。普遍應(yīng)用的是磺酸鹽。萘磺酸鹽、磺化腐植酸鹽、磺化木質(zhì)素及石油磺酸鹽及磺化瀝青等均屬此列。典型產(chǎn)品是萘磺酸鈉甲醛縮合物,添加量視煤種約為干煤量的0.5%一1.0%。

2/7/202326二、水煤漿的制備

可分為：用戶型-就地制漿．就地使用；礦區(qū)型-選煤廠或礦區(qū)附近；中央型-在礦區(qū)和用戶以外的獨(dú)立工業(yè)場(chǎng)地；水煤漿的分類：第一類精煤水煤漿；第二類超精細(xì)水煤漿；第三類煤泥水煤漿。2/7/202327水煤漿的技術(shù)參數(shù)

2/7/202328水煤漿的制備方法主要有兩種，即干法和濕法

干法制漿濕法制漿2/7/202329第三節(jié)

水煤漿的基本特性

一、水煤漿的流變特性

通常與時(shí)間無關(guān)的流體的流變方程可用下面的冪律方程表示：

τ-剪切應(yīng)力，pa；

τy-屈服應(yīng)力，pa；

k-均勻性系數(shù)；-剪切速率，1/s；

2/7/202330牛頓流體和非牛頓流體凡流體以切變方式流動(dòng)，但其切應(yīng)力與剪切速率之間為非線性關(guān)系者均稱為非牛頓流體。

非牛頓流體流動(dòng)的特征是，它不服從牛頓粘度定律，其粘度不是一個(gè)常數(shù)，隨著切應(yīng)力、切變速率的變化而變化。

牛頓流體的流動(dòng)曲線如圖1所示。

非牛頓流體的類型有賓漢流體、假塑性流體和脹塑性流體等，這些類型流體的流動(dòng)曲線如圖2所示。

2/7/202331切應(yīng)力與剪切速率關(guān)系圖1：牛頓型流體的流動(dòng)曲線

（tanθ=t/r=η）

圖2：幾種流動(dòng)曲線的比較

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(1)

賓漢流體

這個(gè)類型的流體也稱作賓漢塑性體，如牙膏、油料、地質(zhì)鉆探用的泥漿等。其流動(dòng)曲線如圖2中的D曲線。它與牛頓流體的流動(dòng)曲線（圖中A曲線）特征相同，

均為直線型，只是它不通過原點(diǎn)，其含義是只有切應(yīng)力超過一定值、（屈服應(yīng)力）之后才開始流動(dòng)。這是因?yàn)槌^ty，才能破壞靜止時(shí)形成的高度空間結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)流動(dòng)。

(2)

假塑性體

圖2中的曲線B為假塑性體流動(dòng)的特征曲線，該流體的流動(dòng)曲線彎向切變速率坐標(biāo)軸一側(cè)，表征著其粘度隨切應(yīng)力、切變速率的增大而逐漸降低的特性，因此而被稱為"切應(yīng)力變稀的流體"。大多數(shù)熱塑性塑料、橡膠和高分子聚合物溶液等都屬于此類流體。

(3)

脹塑流體

圖2中的曲線C為脹塑性流體流動(dòng)的特征曲線，該曲線彎向切應(yīng)力坐標(biāo)軸一側(cè)，這表征著其粘度隨切應(yīng)力、切變速率的增大而逐漸升高的特性，因此而被稱為"切應(yīng)力增稠的流體"。2/7/202333n—流動(dòng)指數(shù)。

當(dāng)τy=0,n=1時(shí),τ=k（）為牛頓流體，當(dāng)n=1,時(shí)為賓漢塑性體（BinghamPlasticfluids），當(dāng)，若n>1為脹性體（dilatantfluids），n<1為假塑性體（paeudoplasticfluids）；而屈服假塑性體（Yieldpaeudoplasticfluids），它們的流變圖見下圖。2/7/2023342/7/202335理想水煤漿流變特性靜態(tài)時(shí)有較大黏度，防沉淀；動(dòng)態(tài)時(shí)，有較低黏度，便于泵送，霧化性能好。可見，賓漢塑性體、屈服假塑性體都有隨剪切速率增加，黏度變小的特性。2/7/202336影響水煤漿流變性的因素

1、水煤漿濃度水煤漿的濃度既影響水煤漿的流變性又影響水煤漿的屬性;

2/7/202337最大限度提高水煤漿濃度，減少其中水分，對(duì)提高水煤漿著火和燃燒穩(wěn)定性，提高沉積穩(wěn)定性意義重大。每1%含水量大約降低0.1%熱值。但提高水煤漿濃度又影響流變特性。需要綜合考慮。2/7/202338水煤漿的濃度與粘度的關(guān)系2/7/202339確定水煤漿的濃度對(duì)水煤漿的制備、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、霧化和燃燒都十分重要。

2/7/202340水煤漿最高濃度的方法

高濃度低粘度穩(wěn)定的水煤漿中煤粒微孔內(nèi)凝聚和吸附的水分達(dá)到飽和狀態(tài)，煤粒被一層液膜所包圍和分隔，煤粒間的空隙全部被水填充，顆粒間能夠滑動(dòng)而具有一定的流動(dòng)性。煤粒的懸浮態(tài)為聚沉態(tài)。水煤漿粗分散體系是重力作用大于擴(kuò)散作用的動(dòng)力不穩(wěn)定系統(tǒng)。由于Stokes沉降和膠凝脫水收縮作用的存在，在靜置時(shí)必然會(huì)發(fā)生沉降與沉積。

2/7/202341沉積平衡時(shí)，煤床性質(zhì)達(dá)到動(dòng)力穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí)平衡沉積床仍然服從實(shí)用水煤漿的成漿機(jī)理，濃度已達(dá)到實(shí)用水煤漿的臨界值，而認(rèn)為平衡沉積床的煤漿濃度就是成漿的最高濃度，其中的水分就是成漿的最小水分。根椐上述原理，水煤漿密度、質(zhì)量濃度、最大析水率、體積濃度之間存在以下關(guān)系：2/7/202342上式說明1/ρwc與w(Cwc)成線性關(guān)系。

水煤漿密度與最大析水率的關(guān)系，根椐質(zhì)量守衡定律，水煤漿密度ρWC與平衡沉積床密度ρwc1有如下關(guān)系：

因

因?yàn)?/p>

令(1)(2)(3)2/7/202343—為平衡沉積床體積分率，%；--為最大析水率，%；--為平衡沉積床體積，m3;--為水煤漿體積,m3;--為析出水的體積,m3。。由于水和沉積床的密度不隨初始條件w(CWC)、ρWC變化，所以上式說明ρWC與fL成線性關(guān)系。(4)2/7/202344

水煤漿密度與體積濃度的關(guān)系可表示為：

說明體積濃度與水煤漿的濃度ρWC成線性關(guān)系;用(4)和(5)式整理得:水煤漿體積濃度與平衡沉積床體積分率成正比

(5)(6)說明水煤漿體積濃度與最大析水率成線性關(guān)系，與平衡沉積床體積分率成正比且比例常數(shù)為床層中煤粒的體積濃度。2/7/202345根椐水煤漿體積濃度與最大析水率間存在線性關(guān)系，可以建立以下關(guān)系式：

(7)式中：a、b均為常數(shù)，由不同濃度下的析水率靜態(tài)穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)通過聯(lián)立(7）求出。對(duì)確定的煤種，在得到a和b兩個(gè)系數(shù)后，最高體積濃度取fL=0時(shí)的計(jì)算值。然后計(jì)算出最高質(zhì)量濃度。為了提高計(jì)算精度可采用多次試驗(yàn)，用最大析水率和最高濃度作圖確定。2/7/2023462.水煤漿的粘度

影響水煤漿流變性的另一參數(shù)是水煤漿的粘度，也是工程上最常用的表征流體流變性的重要參數(shù)。對(duì)于牛頓流體，μ為粘度系數(shù)，僅是溫度和壓力的函數(shù)，與剪切速率無關(guān)。在流變學(xué)范圍里，這個(gè)量不是一個(gè)系數(shù)，而是剪切速率dw/dy的一個(gè)函數(shù)。我們將函數(shù)μ=f(dw/dy)定義為“剪切粘度”或簡(jiǎn)稱粘度，在通常的工程文獻(xiàn)中，常常被稱為“表觀粘度’’或有時(shí)被稱為剪切依賴性粘度。2/7/202347在絕大多數(shù)場(chǎng)合，發(fā)現(xiàn)粘度隨剪切速率的增加而降低，導(dǎo)致目前普遍稱謂的“剪切變稀”行為。

左邊曲線表明，在剪切速率非常低(剪切應(yīng)力)的極限情況下，粘度是常數(shù)；同時(shí)，在高剪切速率(剪切應(yīng)力)的極限情況下，粘度又變?yōu)槌?shù)，但其值較低。這兩種極端情形有時(shí)分別稱為低牛頓區(qū)和高牛頓區(qū)，低與高是指剪切速率而不是粘度。也可以用第一牛頓區(qū)和第二牛頓區(qū)兩個(gè)術(shù)語表示粘度達(dá)到恒定值的兩個(gè)區(qū)域。

2/7/202348由于粘度不僅影響水煤漿輸送的能量消耗﹑霧化和燃燒特性，而且影響其本身的穩(wěn)定性。因此也進(jìn)行了大量的研究工作，現(xiàn)已提出了許多以懸浮體體積濃度為參數(shù)的粘度公式，例如Dougherty和Krieger方程：2/7/202349Dooher,J.等采用以下簡(jiǎn)單的冪律表示他們?cè)囼?yàn)的水煤漿的粘度結(jié)果。影響水煤漿粘度的因素很多，除水煤漿的濃度外。還有水煤漿的溫度﹑化學(xué)添加劑﹑剪切速率﹑煤的品種等。試驗(yàn)研究可知，水煤漿黏度隨加熱溫度的提高而減小，且在不同加熱溫度條件下黏度均隨剪切速率的提高而下降。同時(shí)也有研究表明，水煤漿加熱溫度超過140℃時(shí)，水煤漿中添加劑性質(zhì)將發(fā)生改變，會(huì)使水煤漿從擬塑性流體變?yōu)槟z體流體，大大喪失了水煤漿原有的流動(dòng)特性。2/7/202350圖4-9水煤漿剪切應(yīng)力﹑黏度隨溫度和剪切速率的變化

2/7/202351添加劑含量與水煤漿黏度的關(guān)系曲線1-添加劑0.5%;2-添加劑0.6%;3-添加劑0.7%4--添加劑1.0%,濃度65.9%;5-添加劑1.0%，濃度64%6種不同水煤漿溫度-黏度曲線

2/7/2023523、煤粒的電動(dòng)勢(shì)煤粒的電動(dòng)勢(shì)是水煤漿流變性的控制參數(shù)之一。水煤漿要求的電動(dòng)勢(shì)應(yīng)使煤粒有效的分布，使每一煤粒在剪切情況下有最大機(jī)會(huì)以最小能量占據(jù)它在組成中的位置。如果此系統(tǒng)的化學(xué)性質(zhì)使煤粒相互吸引，該系統(tǒng)將絮凝，各煤粒不能自由運(yùn)動(dòng)，因而黏度增大。相反，當(dāng)所有煤粒彼此排斥時(shí)，顆粒間距離和流動(dòng)性為最大。這種作用是由水煤漿組成中的膠粒部分所產(chǎn)生的ξ電勢(shì)所決定的。

2/7/202353膠粒穩(wěn)定所需的ξ電勢(shì)

對(duì)多數(shù)水煤漿，合適的ξ電勢(shì)約為-50mV2/7/2023544、觸變性觸變性是大多數(shù)水煤漿的又一力學(xué)特性，即在剪切應(yīng)力的作用下，水煤漿網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體系被破壞和恢復(fù)的效應(yīng)。觸變性的描述較為復(fù)雜，觸變性愈好，對(duì)水煤漿的應(yīng)用愈有利，例如，貯存時(shí)水煤漿具有良好的穩(wěn)定性，在攪拌后，液體受到剪切應(yīng)力的作用，觸變性愈好的流體將使表觀粘度降低愈多，煤漿即具有更好的流動(dòng)性和霧化性，有利于泵送和霧化.2/7/202355觸變性流體和流凝性流體：觸變性流體的剪切應(yīng)力和剪切速率的關(guān)系隨剪切應(yīng)力的持續(xù)時(shí)間而改變。隨剪切時(shí)間增加，其流阻減小。與次相反為流凝性流體。2/7/202356添加劑影響觸變性：圖4-15添加劑的影響；圖4-16水煤漿的結(jié)構(gòu)形成特性曲線（講）；PM曲線、Ps曲線水煤漿觸變模型：北京科技大學(xué)2/7/202357第四節(jié)、水煤漿燃燒技術(shù)

水煤漿是由煤粉和水混合的液體燃料，所以它的燃燒也要像燃料油那樣經(jīng)噴嘴將其霧化成霧滴后噴入爐膛組織燃燒。但由于水煤漿的組成成分、流動(dòng)特性和燃燒特性既有別于油類液體燃料，又不同于煤粉固體燃料，因此以下將從水煤漿的燃燒特性、霧化特性、燃燒組織等方面來論述水煤漿的燃燒技術(shù)。2/7/202358一、單滴水煤漿的燃燒特性

水煤漿是一定細(xì)度的煤粉和水的均勻機(jī)械混合物，其單滴漿液無論直徑大小都是由多顆煤粒構(gòu)成的煤水混合微團(tuán)。微團(tuán)中煤粒直徑很小，粒徑小于75μm的煤粒約占70%-80%，經(jīng)噴嘴霧化的漿滴的平均直徑約100μm左右。水分存在于煤粒之間、煤粒表面和煤的孔隙中。如下圖所示。2/7/202359單滴水煤漿結(jié)構(gòu)水煤漿滴失重和溫升曲線

單滴水煤漿的整個(gè)燃燒過程分成加熱、水分蒸發(fā)、揮發(fā)分析出及燃燒、焦碳燃燒及燃盡四個(gè)階段。上圖是浙江大學(xué)在示差熱天平上對(duì)單滴水煤漿的整個(gè)燃燒過程所進(jìn)行的熱重分析結(jié)果，AB段是不等溫加熱過程，漿滴溫升很快，當(dāng)達(dá)到點(diǎn)B后，漿滴溫度約為90oC左右。在BC段內(nèi)漿滴溫度基本保持不變，是漿滴水分等溫蒸發(fā)的過程，此時(shí)水分的大部分被蒸發(fā)析出，到達(dá)C點(diǎn)后漿滴的水分已基本蒸發(fā)完畢，溫度繼續(xù)上升，揮發(fā)分開始析出并著火燃燒，顆粒溫度迅速上升，隨著揮發(fā)分的析出、燃燒，顆粒達(dá)到一定溫度后，焦碳開始燃燒，到達(dá)D點(diǎn)時(shí)揮發(fā)分已基本燃盡，由于焦碳的燃燒使顆粒的溫度超過了爐溫一直維持到F點(diǎn)，此時(shí)漿滴已基本燃盡，顆粒溫度緩慢地降低到與爐溫一致。

2/7/202360水煤漿燃燒過程各階段經(jīng)歷的時(shí)間

2/7/2023611、水分對(duì)單滴水煤漿燃燒過程的影響

水分對(duì)燃燒的影響:由于水分的加熱蒸發(fā)既要吸收爐內(nèi)一定的熱量，又要有一定的時(shí)間，漿滴中的揮發(fā)分要待大部分水分蒸發(fā)后在一定溫度下才能開始析出。因此漿滴中的水分延遲了水煤漿的著火，這一點(diǎn)是水分對(duì)水煤漿燃燒的不利因素。此外蒸發(fā)過程中發(fā)生的漿滴顆粒結(jié)團(tuán)現(xiàn)象對(duì)水煤漿的燃燒非常不利，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，因霧化漿液疑聚結(jié)團(tuán)使煤漿顆粒的最大滴徑比配制煤漿的煤粉粒子大1-2倍，燃燒時(shí)間延長(zhǎng)了3-7倍。2/7/202362水分對(duì)水煤漿燃燒有利的因素表現(xiàn)在：

①水分蒸發(fā)后漿滴形成內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)粒子，減少了各種反應(yīng)的內(nèi)部阻力和增加了反應(yīng)比表面積；②高溫下水分蒸發(fā)時(shí)發(fā)生的爆裂現(xiàn)象形成顆粒表面的大空穴或碎成幾個(gè)小塊，增加了反應(yīng)的比表面積；③在高溫下水蒸汽和炭可進(jìn)行氣化反應(yīng)，對(duì)炭的燃燒起到了催化反應(yīng)。2/7/202363單滴水煤漿的水分蒸發(fā)計(jì)算建立在平衡蒸發(fā)的數(shù)學(xué)模型上,即

2/7/2023642、單滴水煤漿揮發(fā)分的析出及燃燒

水煤漿的揮發(fā)分析出特性與一般煤粉有相同的特性。不同之處在水煤漿中水分蒸發(fā)后形成多孔結(jié)構(gòu)的干煤粒，因此比表面積很大，使揮發(fā)分析出的速度比原煤粒大；水煤漿滴在揮發(fā)分析出階段會(huì)使粒子膨脹直徑增大50%～100%，它不僅使粒子的比表面積增大，而且粒子的孔隙率也隨粒子的膨脹而增加，使炭的燃燒特性得到改善。2/7/202365對(duì)單點(diǎn)水煤漿揮發(fā)分析出速度可用Arrhenius定率的形式:Vad---水煤漿點(diǎn)中揮發(fā)分含量，kg/kg；V-----揮發(fā)分析出量，kg/kg。K----頻率因子，1/s；E-----活化能，kJ/mol；T-----水煤漿滴溫度，K；R----氣體常數(shù)，其值為8.314kJ/kmol·K；

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3、單滴水煤漿焦炭的燃燒特性單滴水煤漿焦炭的燃燒是焦團(tuán)燃燒，漿滴焦團(tuán)燃燒的反應(yīng)速度可用下式描述:ψ----反應(yīng)機(jī)理因子；

ρO2----氧氣濃度，kg/kg；

CO2----焦炭核心表面氧濃度，kg/m2；

KC-----焦炭燃燒反應(yīng)的速度常數(shù)，1/s；2/7/202367水煤漿滴的著火時(shí)間比同種煤粉粒子的著火時(shí)間要長(zhǎng)，有研究報(bào)道φ3mm的八一煤漿滴比煤粉的著火時(shí)間長(zhǎng)3-4s。同時(shí)著火所需要的熱量也比煤粉要高，有試驗(yàn)表明，煤漿滴的著火熱至少比煤粉的著火熱高出1.5-1.8倍。

2/7/202368二、水煤漿的燃燒組織

水煤漿的燃燒組織必須象液體燃料那樣，由噴嘴將其霧化成霧滴后才能在爐膛里較好地燃燒。為了保證漿滴能夠良好地燃燒，除了要有良好的霧化質(zhì)量外，還必須進(jìn)行合理地配風(fēng)，以使?jié){滴與空氣強(qiáng)烈混合，及時(shí)、充分地著火和燃燒。

2/7/202369（一）、水煤漿霧化噴嘴

1、

水煤漿燃燒對(duì)噴嘴的質(zhì)量性能要求①具有良好的霧化特性；②具有良好的防堵防磨性能；③有合適的霧化角和射程,霧化角要與燃燒器相匹配；2、水煤漿噴嘴的形式

2/7/2023702/7/202371Y型水煤漿噴嘴

Y型水煤漿噴嘴的突出優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)比大，一般負(fù)荷可以調(diào)節(jié)到25%，在不控制過?？諝庀禂?shù)時(shí)調(diào)節(jié)比可達(dá)1：20。耗汽量小，約為水煤漿質(zhì)量的2%左右。霧化壓力都不高，通常水煤漿壓力為0.7～2.1Mpa,汽壓約為1.0Mpa。2/7/202372Y型水煤漿噴嘴的主要尺寸關(guān)系如下

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