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气化水煤浆流动特性评价方法的初步实验研究颜淑娟;温泉;王国房;李发林;白月娟【摘要】针对工业生产中测量水煤浆黏度时出现的问题,分析了黏度计测量值与浆体的流态不成线性关系的原因.通过对旋转黏度计测量原理的分析,结合实验中表观黏度值与浆体实际流动特性的偏差,提出旋转黏度计测量表观黏度的方法不再适合气化水煤浆流动特性的评价.以旋转黏度计和漏斗实验对比,完成了气化水煤浆流动性实验,提出以运动黏度作为流动特性的考察指标,并建立相关评价体系.%With reference to the problem occurred in coal water slurry viscosity measurement in industrial production,the reason why the measuring values from viscometer didn't fit well with slurry fluidity was analyzed.By analyzing the work principle of rotational viscometer and the deviation between apparent viscosity value and rheological property of slurry,a viewpoint was put forward that the measurement method of apparent viscosity by rotational viscometer was not suitable for the rheological property evaluation of coal water slurry used for gasification.Base on the laboratory test with rotational viscometer and funnel,the research on fluidity of coal water slurry used for gasification was made,the kinematic viscosity was proposed as an indicator to fluidity,with relevant evaluation system established.【期刊名称】《煤化工》【年(卷),期】2017(045)002【总页数】4页(P35-38)【关键词】气化水煤浆;流变特性;表观黏度;偏差;运动黏度;旋转黏度计【作者】颜淑娟;温泉;王国房;李发林;白月娟【作者单位】煤科院节能技术有限公司,北京100013;国家水煤浆工程技术研究中心,北京100013;煤科院节能技术有限公司,北京100013;国家水煤浆工程技术研究中心,北京100013;煤科院节能技术有限公司,北京100013;国家水煤浆工程技术研究中心,北京100013;煤科院节能技术有限公司,北京100013;国家水煤浆工程技术研究中心,北京100013;煤科院节能技术有限公司,北京100013【正文语种】中文【中图分类】TQ534.4水煤浆是由一定比例的煤、水和添加剂混合而成的非牛顿流体，具有复杂的流变特性，同时，水煤浆的流变特性是水煤浆制备、输送、雾化和燃烧、气化的基本特性，是影响实际生产的重要指标[1]。
（冶金行业）水煤浆流变性描述公式和解释水煤浆流变性描述公式和解释水煤浆是固液俩相的非牛顿流体.其流变性十分复杂，影响因素也较多，对水煤浆输送和燃烧起决定性作用.水煤浆是由煤粉，水和少量添加剂混合加工制成的稳定流体．影响水煤浆成浆和流变特性的因素很多。
在壹定范围内程度不同地改变这些属性，能够提高输送以及使用的效率和安全性。
描述水煤浆流变特性——流变学属性水煤浆属于复杂的多相悬浮体系,施加剪切应力产生的速率梯度受到其内部物理结构变化的影响,反过来内部的物理结构又会因剪切作用而引起变化,因此水煤浆的流变特性呈现复杂多样性。
从目前的研究见,水煤浆涵盖了牛顿流体和几乎各种类型的非牛顿流体。
由于具有较高的固相含量、相对较小的煤粉颗粒以及添加剂的加入使煤粉颗粒和水紧密结合形成网状结构,多数水煤浆表现出显著的非牛顿流体特性。
水煤浆的非牛顿流体特性通常具有如下特点:非单相性,即流变特性要用多个参数来表示;非单值性,粘度随剪切应力发生变化;非可逆性,粘度和剪切作用的持续时间有关,即表现出壹定的触变性。
多数工业用水煤浆存在屈服应力,在低剪切速率和高剪切速率下均呈现牛顿流体特性,在中等剪切速率下呈现剪切稀化特性,只有极少呈现胀流性流体特性。
常用描述水煤浆流变特性常用的经验模型公式有:牛顿流体:τ=μγ宾汉塑性模型:τ=τy+hpγ幂率模型:τ=Kγn屈服-幂率模型:τ=τy+KγnCasson模型:τ0.5=τy0.5+(hpγ)0.5Sisko模型τ=h∞g+KγnEL模型-τy=γ/(A+Bτα-1)式中:τ、τy———分别为剪切应力和屈服应力,Pa;μ———粘度,Pa·s;hp———刚度系数,Pa·s;h∞———高剪切速率对应的极限剪切粘度,Pa·s;K———稠度系数;n———流变特性指数。
之上流变模型也称作本构方程,模型中的各参数是需要通过试验确定的流变参数,是水煤浆固有的物性参数。
水煤浆表观粘度测定方法的研究摘要：煤气化是以水煤浆和氧气为原料，无催化剂加压合成原料气的化学反应。
水煤浆的性能在气化装置中占有重要地位，直接关系到整个装置的安全运行。
它关系到机组的运行稳定性和能耗。
在工厂生产中，水煤浆在生产的每个阶段都有不同的流动条件，如储存或泵送。
煤泥的表观粘度必须不同。
与普通牛顿流体不同，煤浆是一种非牛顿准塑性流体。
粘度可分为结构粘度和牛顿粘度，其总粘度称为表观粘度。
水煤浆表观粘度的测定可以为水煤浆的工业化生产提供理论依据和实践指导。
研究了水煤浆的剪切速率和剪切时间，总结了测定水煤浆表观粘度的最佳方法。
关键词：水煤浆；表观粘度；测定方法；作为一种非牛顿流体，水煤浆的表面粘度是燃烧存储、运输、泵送和雾化过程中的一个重要因素。
因此，制定表面粘度标准可以为工业生产、运输、储存和运输以及煤泥燃烧的应用提供理论基础和实际指导。
一、测定的内容1.推荐的三种方法都是利用n-Ds流变曲线和剪切速率为100s-1时的表观粘度来表征水煤浆的流变性能。
由于仪器和时间的限制，暂时无法提出更成熟的流变曲线评价方法。
因此，本标准仅规定了剪切速率为100s-1时水煤浆的粘度测量方法。
100 s-1的剪切速率是在综合这三个因素的基础上，考虑燃烧工艺要求提出的。
对于前者，希望在广泛征求水煤浆厂家和水煤浆用户意见并在未来进行相关测试的基础上，对标准进行修订。
1.仪器条件的描述。
本标准规定用旋转粘度计测量水煤浆的表观粘度。
测量样品时，两个圆柱体之间的距离和接触面面积直接决定了圆柱体上的粘性扭矩，从而决定了测量的表观粘度值。
因此，需要规定仪器的内筒和外筒，以保证测量结果的可比性。
根据仪器规定和技术指标，以标准油测量值与标准值的相对误差为测量误差，测量精度设定为2‰，测量误差设定为2.5%。
这些规定完全可以满足社会对水煤浆粘度测定的准确性和准确性的要求。
3.测量温度。
液体的粘度主要是由分子间的吸引力引起的。
随着温度的升高，吸引力降低，粘度也降低。
水煤浆制备中木质素表面活性剂的有效运用1. 引言1.1 背景介绍水煤浆是一种由煤粉和水混合而成的能源原料，具有高热值、易储存和运输等优点，被广泛应用于电力、冶金、化工等领域。
由于水煤浆中的煤粉颗粒易发生团聚和沉降，导致水煤浆的稳定性和流变性变差，限制了其在实际生产中的应用。
本文将从水煤浆制备技术概述、木质素表面活性剂的作用机制、制备方法、应用案例及优化应用条件等方面进行分析和讨论，以期探讨木质素表面活性剂在水煤浆制备中的有效运用，为水煤浆工业化生产提供理论和实践支持。
1.2 研究意义木质素是一种天然有机高分子化合物，具有丰富的羟基和苯基结构，在水煤浆制备中作为表面活性剂具有独特的优势。
研究表明，木质素表面活性剂在水煤浆中可以改善煤与水的相互作用，提高水煤浆的分散性和稳定性，降低粘度，从而提高水煤浆的流动性能，增加煤粉的浓度和煤浆的稳定性。
研究木质素表面活性剂在水煤浆制备中的应用具有重要的意义。
优化木质素表面活性剂的应用条件，可以进一步提高水煤浆的质量，降低生产成本，提高生产效率。
深入研究木质素表面活性剂在水煤浆制备中的有效应用，对于推动水煤浆技术的发展，降低煤炭资源开采和利用的环境影响，提高水煤浆的经济效益具有重要的现实意义。
在这一背景下，本文旨在探讨木质素表面活性剂在水煤浆制备中的有效运用，为水煤浆制备技术的进一步发展提供理论和实践基础。
2. 正文2.1 水煤浆制备技术概述水煤浆是一种将煤粉与水混合而成的可燃固体燃料，具有高效、清洁和环保的特点。
水煤浆制备技术主要包括煤粉的粉碎、湿法制备水煤浆、添加表面活性剂等步骤。
煤粉需要通过粉碎设备将煤块研磨成细煤粉，以便更好地与水混合。
然后，在搅拌设备中将煤粉逐渐加入水中，并进行搅拌混合，使煤粉均匀分散于水中形成水煤浆。
在这个过程中，表面活性剂的添加起着至关重要的作用，它可以降低水煤浆的表面张力，增加颗粒之间的相互作用力，提高水煤浆的稳定性和流变性。
通过合理选择和添加表面活性剂，可以有效改善水煤浆的性能，提高其燃烧效率和经济性。
水煤浆流变性描述公式和解释_____________________________________________摘要：我国煤炭资源丰富,油气匮乏,煤炭在能源结构中仍占主导地位。
而开发水煤浆技术是煤能源技术的一个重要分支。
而这些技术又直接取决于水煤浆的流变性。
关键字：水煤浆、流变性、原理一、何谓水煤浆水煤浆是由质量份额60～7O%的煤粉、30～40%的水和少量添加剂混合构成的液固两相悬浮体系，是一种新型的煤基流体燃料，在煤的燃烧和气化等洁净煤技术领域应用广泛。
水煤浆具有和石油相似的流动性和稳定性，可方便地实现储存、管道输送、雾化和燃烧，具有节能、环保和综合利用煤泥等多种效益，受到各国土业界的高度重视。
水煤浆的流变特性影响到储存稳定性、输送过程的流动性和雾化过程的可雾化性及炉内的可燃性等重要工艺过程口，而水煤浆的流变数据是分析和确定浆体流动规律的基础数据，是输送管道设计和运行参数选择的重要依据。
水煤浆的流变特性主要研究浆体的流动和变形，即剪切速率与剪切应力之间的关系，或剪切速率与表观粘度之间的关系。
二、水煤浆的优点与应用（一）优点：（1）通过洗选煤可降灰30－40％；（2）通过洗选煤可降硫30％；（3）燃烧温度低150度左右可降NO某排放30－40％（4）可以象油一样运输（5）燃油锅炉可以很少改动进行燃油（6）可以方便地作为气化燃料（二）应用（1）直接替代燃煤、燃油作为工业锅炉或电站锅炉的直接燃料约2t 水煤浆可以替代1t燃油；（2）水煤浆还是理想的气化原料，产生的煤气可以用于煤化工或用于联合循环发电；（3）对于特制的精细水煤浆，还可以作为燃气轮机的燃料使用水煤浆的特点三、水煤浆的流变性由于添加剂的加入改变了煤表面的物化性质,使得煤粉和水紧密结合,形成网状结构,成为均一体,表现为非牛顿流体的性质。
但水煤浆不同于一般的非牛顿型流体,其显著特点是黏度高且黏度与其浓度、温度和添加剂量有关。
水煤浆的流变性十分复杂，影响因素也较多，也直接影响水煤浆的输送、雾化质量、着火、稳燃及燃烧效率,因此研究其流变特性是开发利用水煤浆的重点。
神府煤水煤浆管道输送试验研究张胜局;段清兵;何国锋;刘烨炜;孙海勇【摘要】为获得神府煤水煤浆最佳管道输送参数，进行了水煤浆流变性试验，确定了水煤浆临界剪切速率。
通过水煤浆剪切速率和剪切应力的关系确定神府煤水煤浆流变性模型，拟合出适于神府煤水煤浆流变性的数学方程。
在不同管道直径和水煤浆浓度下，研究了水煤浆平均速率对管道压力损失的影响，得到了最佳水煤浆管道输送参数。
结果表明：神府煤水煤浆临界剪切速率为40�74 s-1，水煤浆拟合后的流变方程符合宾汉塑性体模型，适宜泵送和管道输送。
低浓度、低黏度的水煤浆更适合管道输送。
在水煤浆平均流速相同的条件下，管道直径越小，管道压力损失越大。
管道直径为200~300 mm时，神府煤水煤浆在管道输送中的压力损失在工业应用合理范围内，适宜管道输送。
%To obtain the optimum Shenfu coal water mixture ( CWM) pipeline transportation parameters,the CWM rheology test was con-ducted to determine its critical shear rate.Through the relationship between the shear rate and shear stress of Shenfu CWM determined its rheology model,fitted the mathematical equation which was suitable for Shenfu CWM.Under different pipe diameters and CWM concentra-tion,investigated the influence of CWM average rate on pipeline pressure loss,obtained the optimum CWM pipeline transportation parame-ters.The results show that the critical shear rate of CWM is 40.74 s-1,the fitting rheological equation follows the bingham plastic model.The pipeline is more suitable for low concentration and low viscosity CWM.Keep the average flow velocity of CWM unchanging,the smaller the pipe diameter,the bigger the pipeline pressure loss. When the pipe diameterranges from 200 mm to 300 mm,the pipeline pressure loss meets the demands of industrial application.【期刊名称】《洁净煤技术》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】4页(P36-39)【关键词】水煤浆;管道输送;输送特性;流变性;宾汉塑性体模型;压力损失【作者】张胜局;段清兵;何国锋;刘烨炜;孙海勇【作者单位】煤炭科学研究总院节能工程技术研究分院，北京 100013; 国家水煤浆工程技术研究中心，北京 100013; 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室，北京 100013; 国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室，北京100013;煤炭科学研究总院节能工程技术研究分院，北京 100013; 国家水煤浆工程技术研究中心，北京 100013; 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室，北京 100013; 国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室，北京100013;煤炭科学研究总院节能工程技术研究分院，北京 100013; 国家水煤浆工程技术研究中心，北京 100013; 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室，北京 100013; 国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室，北京100013;煤炭科学研究总院节能工程技术研究分院，北京 100013; 国家水煤浆工程技术研究中心，北京 100013; 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室，北京 100013; 国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室，北京100013;煤炭科学研究总院节能工程技术研究分院，北京 100013; 国家水煤浆工程技术研究中心，北京 100013; 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室，北京 100013; 国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室，北京100013【正文语种】中文【中图分类】TQ536;TD8490 引言煤炭是中国重要的基础能源，在未来相当长时期内以煤炭为主的能源结构难以改变。
一种确定水煤浆流变模型中临界剪切速率的新方法
赵国华，段钰锋
（东南大学 江苏 南京）
摘 要：水煤浆是一种高粘性、不透明的液固分散悬浮液，表现出非牛顿特性，其流变特性十分复杂。
在低剪切速率下，对水煤浆粘度测量发现剪切速率与剪切应力关系曲线的变化趋势突变。
根据 Herschel-Bulkley 模型，运用一种新方法确定水煤浆的临界剪切速率，结合旋转粘度计法和管流法在广范围剪切速率下得出水煤浆的真实流变方程。
关键词：水煤浆；流变模型；临界剪切速率；粘度
水煤浆技术是20世纪70年代世界范围内的石油危机中产生的一种以煤代油的煤炭利用新方法，广泛应用于细煤粉的长距离管道输送、直接燃烧和加压气化等领域。
水煤浆燃料是一种新型低污染燃料，它是由不同粒径的煤粉颗粒与水、化学添加剂按一定比例混合而成的煤与水的非均相液固悬浮液，目前作为火力发电的一种新型燃料，越来越受到重视。
通常情况下，水煤浆表现为非牛顿型流体，其粘度随剪切速率的变化而改变。
本文首次通过水煤浆流变特性测量的管流法和旋转粘度计两种方法结合，得出水煤浆的流变方程，提出一种求解流变方程中临界剪切速率的新方法。
1 水煤浆的流变模型
水煤浆的流变特性非常复杂，低浓度下的水煤浆基本为牛顿流体性质，但是达到一定浓度的水煤浆又表现为非牛顿流体性质。
根据流体在层流时对所施加的剪切应力变化情况，可将流体分为牛顿流体和非牛顿流体两大类。
当剪切应力和剪切速率成正比即符合牛顿定律时为牛顿流体，不符合牛顿定律的流体为非牛顿流体。
非牛顿流体又可分为与时间有关和与时间无关的两种。
目前，处于稳定状态下的水煤浆，其流变模型几乎包括所有与时间无关的非牛顿流体模型，通用形式是：
n k γττ+=0 （1）
式中：τ为剪切应力，Pa ；0τ为屈服应力，Pa ；k 为稠度系数，Pa.s ；n 为流动性系数。
当1,00==n τ为牛顿流体模型：γτk =。
当1,00≠=n τ为幂律体模型：n k γτ=，n <1为伪塑性体；n >1为膨胀体。
当1,00=≠n τ为宾汉流体模型：γττk +=0。
当1,00≠≠n τ为屈服幂律体模型：n k γττ+=0，n <1为有屈服应力的伪塑性体；n >1为有屈服应力的膨胀体。
c w m
2 水煤浆流变特性的测量
利用流体力学的原理进行流变参数的测量，一般是在一定的条件下，通过对试样施加切应力或变形跟踪受力后的响应或应力与时间的函数关系而得到。
测定的方法可以大体分为以下2 种 ：
（1）旋转粘度计法 利用圆柱、圆锥或圆盘的旋转效应测量流体的剪切应力和速度梯度的关系，主要测量参数是粘度计转子的旋转角速度Ω和转子所受阻力矩 M ，适用于低剪切速率时的测量。
（2）管流法 根据流体在直管段内流量和压力降的关系求出其粘度和剪切应力与速度梯度的关系,主要测量参数是测量段上的压力降 Δp 和水煤浆的流量Q ，适用于中、高剪切速率时的测量。
许多学者通常对流体流变特性的测量都采用单一的旋转粘度计法或管流法，这样对流变方程的确定是不全面的，缩减了剪切速率的范围，从而使流变方程不能真正地反映流体的流变性质，尤其是容易忽略流体在低剪切速率情况下表现的特征。
本文采用成都仪器厂生产的带有控温系统的NXS-4C 型水煤浆粘度计，对质量浓度为57. 08 %的神华煤水煤浆在25℃恒温下剪切速率范围为（10～100）s -1时的剪切速率和剪切应力的关系进行了测定，其结果如图 1 所示。
相同温度下在水煤浆综合试验台上，利用管流法测定了水煤浆流经管径分别为 25 mm 、32 mm 、40 mm 和 50 mm 4 个管道、剪切速率范围为（100～2 500）s -1时剪切速率与剪切应力的关系（图2）。
图 1 剪切速率与剪切应力的关系 c w m
图 2 4 个管径中剪切速率与剪切应力的关系
图 3 Herschel-Bulkley 模型
3 临界剪切速率的确定
从图 1 可以看出，剪切速率从 10s -1 增加到 100s -1（上行程） 和从 100 s -1 下降到 10 s -1 （下行程）的剪切应力值不同。
另外，剪切速率从 20 s -1 增加到40 s -1 时，曲线的变化趋势明显，这与Herschel-Bulkley 模型非常类似，此模型认为对于低剪切速率 （γ<γ0） “刚性材料”表现为粘度为μ0 的非常粘稠的流体，一旦剪切速率增加，剪切应力大于屈服剪切应力τ0，流体表现为幂定律形式。
此模型结合了流体宾汉和幂定律的作用效果。
Herschel-2Bulkley 模型的通用方程为：
[]
n n k )(00γγ
ττ−+= （2） 式中：τ为剪切应力，Pa ；0τ为屈服应力，Pa ；k 为稠度系数，Pa.s ；γ为剪切速率，s -1；0γ为临界剪切速率，s -1。
从图1中可以看出，临界剪切速率出现在剪切速率20 s -1与40 s -1之间。
利用曲线中10 s -1、20 s -1剪切速率对应的剪切应力建立直线方程：γττk +=0；曲线中40 s -1、60 s -1、80 s -1、100 s -1剪切速率与对应的剪切应力运用n k γττ110+=方程进行拟合，从而得出两个方程，0γ就是两个方程τ相等时的解。
运用此方法可以得出图1中试验1到试验4上下形成的临界剪切速率0γ分别为23.258、29.959、34.705、22.572、28.123、24.025、23.823、26.638。
上述4个试验上下行程中0γ取平均值为26.638，恰好与第4组试验下行程c w m
确定的值相同，更好的说明0γ值的正确性。
4 流变方程的确定
根据0γ值，结合低、中、高剪切速率与剪切应力的关系，利用方程()n n k 638.260−+=γττ进行拟合，得到关于神华水煤浆在质量浓度为57.08%广范围剪切速率的流变方程：()
121.1121.1638.26049.04.10−+=γτ。
从流变方程中可以看出，当外界剪切速率小于26.638s -1时，水煤浆表现为宾汉流体的性质，当剪切速率超过26.638s -1时，水煤浆呈现屈服幂律流体的性质。
5 结论
通过对神华煤水煤浆流变特性的测量，通过旋转粘度计法和管流法相结合，得出水煤浆的真实流变方程。
在低剪切速率下，利用试验曲线图中剪切速率与剪切应力的关系，得出两条曲线的方程，通过方程的求解得出两条曲线的交点，即临界剪切速率为 26. 638s -1，结合临界剪切速率根据旋转粘度计和管流法测出的剪切速率与剪切应力的关系，得出符合 Herschel-Bulkley 模型的神华水煤浆真实流变方程。
通过低、中、高等剪切速率下各个剪切速率与剪切应力关系的结合，更好地、更完整地体现了水煤浆真正的流变曲线方程。
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