CN114486632A - 一种基于分形理论的煤浆颗粒分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于分形理论的煤浆颗粒分析方法，包括以下步骤：(1)对单级研磨或多级研磨制得的煤样进行筛分试验，分析煤样的粒度分布状况，(2)确定管输煤浆的最大粒径d_max，并根据最大粒径进行煤粉配比，初始配比的煤粉分形维数为H₀，(3)将该煤样制成若干份不同煤浆，获得煤浆粘度随分形维数的变化，获得煤浆粘度随重量浓度的变化。本发明可以量化粒度级配，进而分析煤浆粒度级配与煤浆粘度的关系，可以为煤浆管道***的安全、经济运行提供理论依据。

Description

一种基于分形理论的煤浆颗粒分析方法

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，具体是一种基于分形理论的煤浆颗 粒分析方法。

背景技术

在绿色低碳的经济发展形势下，以管道将煤浆高效率、低成本、 无污染地输送至终端用户是一重要发展方向，但也存在较高风险，如 美国黑迈萨管道在投产运行的初期，曾发生过因物料粒度组成不合理 导致的管道堵塞。因此，为保证煤浆管道***安全、经济运行，研究 和分析煤浆粒度组成和分布具有重要意义。

传统分析煤浆粒度组成的方法，主要使用平均粒径、中值粒径、 分选系数、偏度和峰度等参数，未建立公式量化煤浆流变特性与煤浆 粒度级配、浓度的相关性关系。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种基于分形理论的煤浆 颗粒分析方法，科学地展示出煤浆中的粒度分布情况，为优化煤浆制 备工艺，提高煤浆输送安全性提供理论依据。

本发明提供的技术方案：一种基于分形理论的煤浆颗粒分析方法， 包括以下步骤：

(1)通过研磨、筛分、称重，对煤样进行筛分试验，筛分出八 个粒级，0～0.045mm，0.045～0.075mm，0.075～0.15mm，0.15～0.3mm，0.3～0.425mm，0.425～0.83mm，0.83～1.4mm，1.4～2.8mm， 获得煤样粒度范围A₁-A₈的质量以及质量分数w₁-w₈，

(2)确定管输煤浆的最大粒径d_max，并根据最大粒径进行煤粉配 比，初始配比的煤粉分形维数为H₀；

(3)将配成的煤粉与水混合，充分搅拌，得到质量浓度为C_w0的 浆体，测量煤浆粘度；

(4)在分形维数为H₀、质量浓度为C_w0、质量为M的煤浆中加入 煤粉和水，使分形维数变为H_i，而质量浓度保持不变，测量煤浆粘度， 通过回归分析拟合煤浆粘度随分形维数的变化关系；

(5)在煤粉分形维数为H₀、质量浓度为C_w0、质量为M的煤浆中 加入煤粉和水，使分形维数保持不变，而质量浓度变为C_wi，测量煤 浆粘度，通过回归分析拟合煤浆粘度随质量浓度的变化关系。

进一步的，所述步骤(3)中配制的煤浆的质量浓度范围为 45％～65％，采用毛细管粘度计测定煤浆粘度。

进一步的，所述步骤(2)中对于累积质量分数W(d＜d_i)和初始配 比分形维数H₀，满足

煤浆粒径范围(d_i-1，d_i)的质量分数w_i满足

煤浆粒径范围(d_i-1，d_i)的煤粉质量m_i为

m_i＝MC_ww_i

式中，M为将要配制的煤浆质量。

进一步的，所述步骤(4)中配制煤浆时应加水的质量Δm_w和粒 径范围A_i内应加入的煤粉质量Δm_i通过以下过程计算；

新制煤浆所含粒径范围(d_i-1，d_i)的煤粉质量m′_i应满足 m′_i＝M′C_w0w′_i

m′_i≥max{m_i}

式中，w′_i为新制煤浆粒径范围(d_i-1，d_i)的质量分数，按步骤(2)中公 式计算；

新制煤浆总质量M′满足

当等号成立时，加入的水和煤粉的质量最少，分别为

Δm_w＝(M′-M)(1-C_w0)

Δm_i＝(M′C_w0w′_i-MC_w0w_i)。

进一步的，所述步骤(5)中配制煤浆时应加水的质量Δm_w和粒 径范围A_i内应加入的煤粉质量Δm_i通过以下过程计算；

若C_wi＜C_w，则新制煤浆总质量M′满足

应加水的质量为

若C_wi＞C_w，则新制煤浆总质量M′满足

粒径范围A_i内应加入的煤粉质量Δm_i为

本发明的有益效果：

(1)本发明提出了用分形维数量化煤浆的颗粒级配的方法，可 以实现单一量化指标只管描述煤浆的粒度级配；

(2)本发明提出了以分形维数为变量来研究煤浆的颗粒级配、 重量浓度和粘度的方法，并提出了煤浆分形维数、浓度的科学调整方 法，确保煤浆输送的安全性；

(3)本发明得到了分形维数、浓度与管输煤浆粘度的关系，可以 为煤浆配制提供参考，优选出粘度低、粒度粗的煤浆为最佳输送浆体。

附图说明

图1为某次管道输煤试验的煤浆粒度级配图；

图2为煤浆粘度与分形维数的回归关系图；

图3为煤浆粘度与质量浓度的回归关系图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

一种基于分形理论的煤浆颗粒分析方法，其特征在于，包括以下 步骤：

(1)通过研磨、筛分，获得煤粉粒度范围A₁-A₈：＜0.045，0.045～ 0.075，0.075～0.15，0.15～0.3，0.3～0.425，0.425～0.83，0.83～1.4，1.4～2.8(mm)的质量；

(2)确定管输煤浆的最大粒径d_max，并根据最大粒径进行煤粉配 比，初始配比的煤粉分形维数为H₀；

首先，对于累积质量分数W(d＜d_i)和初始配比分形维数H₀，满足

于是，煤浆粒径范围(d_i-1，d_i)的质量分数w_i应满足

煤浆粒径范围(d_i-1，d_i)的煤粉质量m_i为

m_i＝MC_ww_i

式中，M为将要配制的煤浆质量；

(3)将配成的煤粉与水混合，充分搅拌，得到质量浓度为C_w0的 浆体，质量浓度范围为45％～65％，使用毛细管粘度计测量煤浆粘度；

(4)在分形维数为H₀、质量浓度为C_w0、质量为M的煤浆中加入 煤粉和水，使分形维数变为H_i，而质量浓度保持不变。配置煤浆时应 加水的质量Δm_w和粒径范围A_i内应加入的煤粉质量Δm_i可通过以下过 程计算；

新制煤浆所含粒径范围(d_i-1，d_i)的煤粉质量m′_i应满足 m′_i＝M′C_w0w′_i

m′_i≥max{m_i}

式中，w′_i为新制煤浆粒径范围(d_i-1，d_i)的质量分数，按(2)计算。

新制煤浆总质量M′满足

当等号成立时，加入的水和煤粉的质量最少，分别为

Δm_w＝(M′-M)(1-C_w0)

Δm_i＝(M′C_w0w′_i-MC_w0w_i)

(5)测量煤浆粘度，计算当煤浆符合某一特定质量浓度C_w0时， 煤粉分形维数H_i与煤浆粘度μ_i(或刚度系数)的相关关系；

(6)在煤粉分形维数为H₀、质量浓度为C_w0、质量为M的煤浆中 加入煤粉和水，使分形维数保持不变，而质量浓度变为C_wi。配置煤 浆时应加水的质量Δm_w和粒径范围A_i内应加入的煤粉质量Δm_i可通过 以下过程计算。

若C_wi＜C_w，则新制煤浆总质量M′满足

应加水的质量为

若C_wi＞C_w，则新制煤浆总质量M′满足

分形维数不变时，粒径范围A_i的质量分数w_i也不会发生变化。粒径范 围A_i内应加入的煤粉质量Δm_i为

(7)测量煤浆粘度，计算当煤粉为一特定分形维数H₀时，重量 浓度C_wi与粘度μ_i(或刚度系数)的相关关系。

实施例1：

实施例数据采用来自某次管道输煤试验测量的煤浆数据，最大粒 径为2.4mm，粒度级配图如图1所示，总共配制了12组不同煤粉分 形维数的煤浆。

序号	1	2	3	4
					分形维数	2.4894	2.4611	2.5795	2.5152
序号	5	6	7	8
					分形维数	2.5681	2.5332	2.5513	2.5517
序号	9	10	11	12
					分形维数	2.5436	2.528	2.5007	2.5351

煤浆浓度为53％时，煤浆粘度与分形维数的关系如图2所示，拟 合得到的关系式为μ＝-200.35H+645.76。

煤粉分形维数为2.5152时，煤浆粘度与重量浓度的关系如图3所 示，拟合得到的关系式为μ＝-14.459C_w+638.4。

在煤浆的质量浓度范围在45％～65％内，可得到多组煤浆粘度与分 形维数的关系，在适宜的分形维数范围内，可得到多组煤浆粘度与质 量浓度的关系，可为优选出粘度低、粒度粗的煤浆提供数据参考。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优 点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上 述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的结构关系及原理，在不 脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这 些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围 由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种基于分形理论的煤浆颗粒分析方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)通过研磨、筛分、称重，对煤样进行筛分试验，筛分出八个粒级，0～0.045mm，0.045～0.075mm，0.075～0.15mm，0.15～0.3mm，0.3～0.425mm，0.425～0.83mm，0.83～1.4mm，1.4～2.8mm，获得煤样粒度范围A₁-A₈的质量以及质量分数w₁-w₈；

(2)确定管输煤浆的最大粒径d_max，并根据最大粒径进行煤粉配比，初始配比的煤粉分形维数为H₀；

(3)将配成的煤粉与水混合，充分搅拌，得到质量浓度为C_w0的浆体，测量煤浆粘度；

(4)在分形维数为H₀、质量浓度为C_w0、质量为M的煤浆中加入煤粉和水，使分形维数变为H_i，而质量浓度保持不变，测量煤浆粘度，通过回归分析拟合煤浆粘度随分形维数的变化关系；

(5)在煤粉分形维数为H₀、质量浓度为C_w0、质量为M的煤浆中加入煤粉和水，使分形维数保持不变，而质量浓度变为C_wi，测量煤浆粘度，通过回归分析拟合煤浆粘度随质量浓度的变化关系。

2.根据权利要求1所述的基于分形理论的煤浆颗粒分析方法，其特征在于：所述步骤(3)中配制的煤浆的质量浓度范围为45％～65％，采用毛细管粘度计测定煤浆粘度。

3.根据权利要求1所述的基于分形理论的煤浆颗粒分析方法，其特征在于：所述步骤(2)中对于累积质量分数W(d＜d_i)和初始配比分形维数H₀，满足

煤浆粒径范围(d_i-1,d_i)的质量分数w_i满足

煤浆粒径范围(d_i-1,d_i)的煤粉质量m_i为m_i＝MC_ww_i

式中，M为将要配制的煤浆质量。

4.根据权利要求3所述的基于分形理论的煤浆颗粒分析方法，其特征在于：所述步骤(4)中配制煤浆时应加水的质量Δm_w和粒径范围A_i内应加入的煤粉质量Δm_i通过以下过程计算；

新制煤浆所含粒径范围(d_i-1,d_i)的煤粉质量m′_i应满足

m_i′＝M′C_w0w′_i

m′_i≥max{m_i}

式中，w′_i为新制煤浆粒径范围(d_i-1,d_i)的质量分数，按步骤(2)中公式计算；

新制煤浆总质量M′满足

当等号成立时，加入的水和煤粉的质量最少，分别为

Δm_w＝(M′-M)(1-C_w0)

Δm_i＝(M′C_w0w′_i-MC_w0w_i)。

5.根据权利要求3所述的基于分形理论的煤浆颗粒分析方法，其特征在于：所述步骤(5)中配制煤浆时应加水的质量Δm_w和粒径范围A_i内应加入的煤粉质量Δm_i通过以下过程计算；

若C_wi＜C_w，则新制煤浆总质量M′满足

应加水的质量为

若C_wi＞C_w，则新制煤浆总质量M′满足

粒径范围A_i内应加入的煤粉质量Δm_i为

Images