煤粉中流动性检测方案(流变仪)

Thesis 论文选粹 粉体流变仪动态表征煤粉的流动性 【摘要】流动性的表征对于粉体的加工处理至关重要。工程师可藉此解决有关的粉体流动问题，并优化设备设计。但表征技术的选择应恰如其分，使之与粉体的应用相匹配。动态粉体表征技术通过对规定条件下的松装密度 (CBD)、基本流动能(BFE)、特别流动能(SE)、FRI(流动速率敏感度)等几项指标进行测量，可以清晰地分析比较不同粒径煤粉的流动性能，并确定煤粉的流变和粒径对流动性能的影响。本文基于华东理工大学利用其购买的 FT4 流变仪(英国富瑞曼科技有限公司制造)所提供的独特专利技术，对煤粉动态流动过程中的 CBD、BFE、SE、FRI 进行测量研究分析后撰写而成。 煤气化郭及【晓能关键词】煤粉；流动性； FT4流变仪；表征；镭源化陆工海教峰育，部龚重欣点实验室，上海煤气化工程技术研究中心华东理工大学上海 1介绍 流动性的表征对于粉体的加工处理至关重要。工程师可藉此解决有关的粉体流动问题，并优化设备设计。但表征技术的选择应恰如其分，使之与粉体的应用相匹配。动态粉体表征技术通过对规定条件下的松装密度(CBD)、基本流动能(BFE)、特别流动能(SE)、FRI(流动速率敏感度)等几项指标进行测量，可以清晰地分析比较不同粒径煤粉的流动性能，并确定煤粉的流变和粒径对流动性能的影响。 本文基于华东理工大学利用其购买的FT4流变仪(英国富瑞曼科技有限公司制造)所提供的独特专利技术，对煤粉动态流动过程中的 CBD、BFE、SE、FRI进行测量研究分析后撰写而成。 实验中，精密加工的“叶片”在选定的煤粉样品中同时完成旋转和轴向移动，建立起一个精确的流动模式，使成千上万颗粒在其中发生相对流动。此时，作用在叶片上的阻力则代表了煤粉相对移动的难度，或者整体流动性质。叶片移动越困难，意味着颗粒对移动形成的阻力越大，使粉末产生流动的难度越高。采用这种可重复的精确方式移动叶片，测得数据的重现性极佳，对实际生产具有实质性的指导意义。 2 方法 首先对田坝煤进行研磨、分筛，形成7种不同粒径的的末，见表1。 FT4 流变仪的功能之一是测量粉体在受限空间中的流动性能。本例中所有测试采用的叶片直径均为 48mm。160ml的粉体样本被置于50mm硼硅酸盐测试容器中。 总流动能量=曲线下面积 表1七种不同粒径的粉末 a b d f g h dv(um) 17.7 44.3 56.0 74.9 94.2 141.3 223.8 N 1.2 1.06 1.21 1.12 1.11 1.02 0.91 S(m2/g) 0.792 0.364 0.331 0.290 0.262 0.217 0.190 wt(%) 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25 平均粒径(dv)：17.7um~223.8um；均匀系数(n)约为1.1；水分：1.25(wt)% (a)细煤粉 (dv=17.7um) (b) 粗煤粉 (dv=223.8um) 叶片旋转并向上向下作轴向运动，FT4测得叶片旋转方向和轴向遭遇的阻力，分别以扭矩和力的形式表示，如图2所示。我们可以计算出叶片从粉体柱上方移动到下方所需要的能量，用公式表示为： 流动能=阻力×运动距离 (1) 阻力：扭矩和力 可以自动计算所有压实状态下粉体流动所需的流动能。本文包括 CBD、BFE、SE 和FRI。 松装密度 (CBD) 将煤粉置于规定的温、湿度条件，经过一定时间后测量煤粉松装密度。 基本流动能 (BFE) 图3中，叶片旋转向下逆时针穿过粉体，建立起一种精确的流动模式。 特别流动能(SE) 叶片穿过粉体向上运动时，测得SE。图4显示了叶片顺时针向上运动 图2粉体动态测试 图3 BFE测试向下模式 图4 SE测试中的上行模式 时的流动模式，粉体被轻轻抬起，流动压力低。 流动速率敏感度(FRI) 测量了叶尖速度从100mm/s 下降至 10mm/s时，煤粉流动能变化率。可按如下公式计算出 FRI： (2) (2) 3结果和讨论 (1)开始时，随着粒径增加，煤粉的 CBD 也增加。但是粒径的持续增加并不会对粉体松装密度有很大影响，即，粒径对 CBD 的影响会逐渐变弱，尤其是当粒径大于140um时。如图5所示。 (2) BFE 随着粒径的增加而大幅增加。在BFE测试中，精细颗粒的表现更接近流体。它们可以挤压着穿过角落或孔洞，粗颗粒在受力流动状态时，流动困难。如图6所示。 (3)细煤粉的 CBD 较低， BFE值较低；粗颗粒煤粉的 BFE 值较高。整体而言， BFE 随 CBD线性增加。如图7所示。 (4)存在一个临界粒径，在此以上，粉体没有任何粘性；而在此之下，粘性则随着粒径的下降而增加。平均粒径高于140um时， SE 趋向于稳定的8.8mg/J。平均粒径为 44.3um 时， 图5 CBD 与平均粒径的关系 图6 BFE 和平均粒径的关系 图7 BFE 和CBD 的关系 图8 SE和平均粒径的关系 图9总流动能与叶尖速度的关系 图10 FRI与平均粒径的关系 当粒径从 17.7um增加到223.8um时， FRI从2.6急剧下降到0.95。 SE为13.3 mg/J。SE最高，表明粘性最大，很难流动。粒径小， SE 不会持续增加，但会保持稳定。如图8所示。 (5)粒径较小时(17.7 um-94.2 um)， 随着叶尖速度下降，流动能逐渐增加。平均粒径为223.8um时，随着叶尖速度下降，流动能整体下降。当平均粒径为 141.3um时，叶尖速度对流动能量的影响很小。这也可以视为获得稳定性能的理想的粒径。 (6)当叶尖速度从100mm/s下降至10mm/s时，流体阻力急剧增加1。平均粒径为17.7um的煤粉的FRI最高，对叶尖速度下降最为敏感，可压缩性最大。当粒径超过大约100m时， FRI逐渐下降。大粒径煤粉的流动能量对叶尖速度变化敏感度较小，流动能变化小。当煤粉粒径为223.8um时， FRI最低，为0.95。表明当煤粉粒径大于一定值时，其行为更接近牛顿运动方式，在叶尖速度较低时，需要的能量较少，这一点与细煤粉是不同的。 4结论 本文采用 FT4 粉末流变仪，通过动态方法测定煤粉对流动的阻力，考察了具有不同粒径的煤粉的流动性能。结果显示， FT4对煤粉的流变性具有出色的表征能力。 随着粒径的增加， CBD 和BFE均明显增加。它们都与煤粉的压实状态或可压缩性密切相关。因为随着粒径的增加，颗粒之间的相互作用力变弱，导致CBD 和BFE 上升。 至于粉体粘性及粒径之间的关系事实证明， SE随粒径的增大而逐步下降。FRI 则反映了不同速率下流动能的敏感度。随着平均粒径增大，煤粉从非牛顿流体运动状态向牛顿流体运动方式转变。 国粉体工业 No.?China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http：//www.cnki.net 流动性的表征对于粉体的加工处理至关重要。工程师可藉此解决有关的粉体流动问题，并优化设备设计。但表征技术的选择应恰如其分，使之与粉体的应用相匹配。动态粉体表征技术通过对规定条件下的松装密度（CBD）、基本流动能(BFE)、特别流动能（SE）、FRI( 流动速率敏感度)等几项指标进行测量，可以清晰地分析比较不同粒径煤粉的流动性能，并确定煤粉的流变和粒径对流动性能的影响。本文基于华东理工大学利用其购买的FT4 流变仪( 英国富瑞曼科技有限公司制造) 所提供的独特专利技术，对煤粉动态流动过程中的CBD、BFE、SE、FRI 进行测量研究分析后撰写而成。实验中，精密加工的“叶片”在选定的煤粉样品中同时完成旋转和轴向移动，建立起一个精确的流动模式，使成千上万颗粒在其中发生相对流动。此时，作用在叶片上的阻力则代表了煤粉相对移动的难度，或者整体流动性质。叶片移动越困难，意味着颗粒对移动形成的阻力越大，使粉末产生流动的难度越高。采用这种可重复的精确方式移动叶片，测得数据的重现性极佳，对实际生产具有实质性的指导意义。