粒徑對(duì)石油焦粉及煤粉的堆積與流動(dòng)特性的影響

張正德,　陸海峰,　郭曉鐳,　劉　一,　龔　欣

(華東理工大學(xué)上海煤氣化技術(shù)工程研究中心,煤氣化及能源化工教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200237)

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粒徑對(duì)石油焦粉及煤粉的堆積與流動(dòng)特性的影響

張正德,陸海峰,郭曉鐳,劉一,龔欣

(華東理工大學(xué)上海煤氣化技術(shù)工程研究中心,煤氣化及能源化工教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200237)

以窄粒徑分布的2種工業(yè)原料粉體——石油焦粉與煤粉為實(shí)驗(yàn)物料,通過測(cè)試粉體的壓縮性、休止角、剪切特性及流動(dòng)能,研究了粒徑對(duì)其堆積及流動(dòng)性的影響,并對(duì)比分析了兩者的差異性。研究結(jié)果表明:隨著粒徑的增加,粉體壓縮性減小、堆積密度增大,基本流動(dòng)能隨之增大;休止角、內(nèi)聚力和單位流動(dòng)能隨著粒徑的增大而減小,粉體流動(dòng)性變好;隨著固結(jié)等級(jí)的提高,2種粉體的內(nèi)聚力均增大,流動(dòng)性變差;在相同固結(jié)狀態(tài)下,2種粉體的剪切性能無明顯差別。與大顆粒相比,粒徑小于70 μm細(xì)顆粒的堆積特性及流動(dòng)性對(duì)固結(jié)應(yīng)力的變化更為敏感。不同粉體的對(duì)比表明,石油焦粉的堆積密度大于同等粒徑的煤粉。在粒徑大于70 μm的范圍內(nèi),石油焦粉與煤粉流動(dòng)性相當(dāng);而在粒徑小于70 μm的范圍內(nèi),石油焦粉的流動(dòng)性略差于煤。

石油焦粉; 煤粉; 粒徑; 堆積特性; 剪切; 流動(dòng)性

氣流床粉煤加壓氣化技術(shù)是當(dāng)今國際上最先進(jìn)的氣化技術(shù)之一,其工藝涉及到煤粉的儲(chǔ)存、給料、輸送等單元操作,這些都與煤粉的堆積特性及流動(dòng)性密切相關(guān)[1-2]。隨著我國煉油工業(yè)的發(fā)展,石油焦粉產(chǎn)量日益增多,將其與煤混合進(jìn)行氣化,是一種清潔、高效的利用方式[3]。研究石油焦粉的流動(dòng)性,并將其與煤粉對(duì)比,對(duì)于這兩種原料粉體的工業(yè)應(yīng)用具有重要的意義。

影響粉體堆積及流動(dòng)性的因素包括粒徑、粒徑分布、顆粒形狀、濕含量等,其中粒徑是最為重要的因素之一[4-5]。文獻(xiàn)[6-7]認(rèn)為顆粒粒徑越小,流動(dòng)性越差,這是因?yàn)轭w粒粒徑變小導(dǎo)致其比表面積增大,顆粒間內(nèi)聚力增大。Bruni等[8]以氧化鋁為物料,通過剪切實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)對(duì)于平均粒徑相近的粉體,細(xì)顆粒含量越多,則流動(dòng)性越差。文獻(xiàn)[9]以13種不同粒徑分布的乳糖為物料,研究粒徑分布對(duì)粉體流動(dòng)性的影響,結(jié)果表明對(duì)于平均粒徑相近的粉體,粒徑分布越寬,則流動(dòng)性越差。

王川紅等[10]以神府煙煤為物料,研究粒徑及濕含量對(duì)煤粉流動(dòng)性的影響,結(jié)果表明:粒徑越小、粒徑分布越廣、濕含量越大,煤粉流動(dòng)性越差。謝曉旭等[7]以3種不同粒徑分布的煤粉為物料,研究表明水分相近的同種煤粉,隨著煤粉中細(xì)顆粒含量的增加,煤粉的流動(dòng)指數(shù)變小,流動(dòng)能力變差。受到篩分手段所限,上述學(xué)者所研究顆粒體系的粒徑分布較寬,其反映粒徑分布寬度的Span值為2～4,單獨(dú)以平均粒徑表述實(shí)際上并未剔除粒徑分布產(chǎn)生的影響。此外,在研究粒徑對(duì)粉體流動(dòng)性的同時(shí)未考慮粉體堆積狀態(tài),粉體在固結(jié)狀態(tài)下其流動(dòng)性存在較大差異[11];并且對(duì)于石油焦粉的流動(dòng)性較少有學(xué)者進(jìn)行研究。

本文選用兩種工業(yè)氣流床氣化原料——石油焦與煙煤,通過氣動(dòng)篩(Retsch AS200jet Gmbh)制備出粒徑分布較窄的粉體來研究粒徑對(duì)粉體堆積特性及流動(dòng)性的影響,排除粒徑分布差異對(duì)流動(dòng)性的影響,該類研究在國內(nèi)尚未見報(bào)道。通過對(duì)兩類粉體的壓縮性、休止角、剪切特性及流動(dòng)能全面分析，研究了粒徑對(duì)石油焦粉和煤粉的流動(dòng)性及堆積特性的影響。

1　實(shí)驗(yàn)物料及方法

1.1實(shí)驗(yàn)物料

實(shí)驗(yàn)選取的原始樣品為工業(yè)裝置所用的石油焦及神華原煤,通過球磨機(jī)制得一定粒徑分布的粉體,再通過氣動(dòng)篩制得窄粒徑分布的8個(gè)石油焦粉樣品(P1～P8)和8個(gè)煤粉樣品(C1～C8),見圖1。上述樣品的比表面積平均粒徑D[3,2]的范圍為8.91～192.60 μm,見表1和表2,其中D10，D50，D90分別表示樣品的累計(jì)程度分布達(dá)到10%，50%，90%時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑，D[4，3]表示體積平均粒徑。Span=(D90-D10)/D50，反映了顆粒粒徑的分布寬度,Span值越大說明粉體粒徑的分布越寬[12]。Adi等[13]認(rèn)為Span值在0.9～1.6為窄粒徑分布的粉體,本文樣品Span值接近于1。表1、表2還給出了被測(cè)試樣品的真密度(ρp)和球形度(SPH)數(shù)值。實(shí)驗(yàn)樣品濕含量在0.5%以內(nèi)。通過馬爾文激光粒度儀(Malvern 2000)測(cè)量其粒徑分布 、粒形儀(CAMSIZER XT,Retsch)測(cè)量顆粒的球形度(對(duì)于球形顆粒SPH=1)、真密度儀(Ultrapyc 1200e,Quantachrome)測(cè)量其真密度。

圖2所示為兩種粉體樣品的典型SEM圖。從圖中可以看出,煤粉表面較光滑,石油焦粉表面較粗糙。

圖1　粉體粒徑分布圖Fig.1　Particle size distribution of powder表1　石油焦粉物性匯總表Table 1　Properties of petroleum coke

SampleD10/μmD50/μmD90/μmD[3,2]/μmD[4,3]/μmSpanSPHρp/(kg·m-3)P15.2212.4124.699.6813.851.570.851368P216.7431.8256.5225.0934.421.250.901368P338.9769.37122.6463.0376.031.210.891368P459.1491.97141.6386.7396.800.890.891368P574.22113.75172.55107.67119.240.860.891368P687.03131.95199.63125.42138.490.850.881368P794.15150.49239.34141.21159.760.960.891368P8141.76199.29280.56192.60206.370.690.901368

表2　神華煤粒徑分布基本參數(shù)Table 2　Properties of Shenghua coal

圖2　粉體SEM圖Fig.2　SEM images of powder

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1壓縮性測(cè)試壓縮性測(cè)試表征了粉體在不同正應(yīng)力(σ)作用下的堆積密度。測(cè)試粉體置于內(nèi)徑為50 mm容器中,在槳葉的預(yù)處理下使粉體達(dá)到均一狀態(tài),排除殘留應(yīng)力的影響,進(jìn)而對(duì)粉體進(jìn)行切分,得到恒定體積(85 mL)的粉體。通過壓頭施加一定的正應(yīng)力并作用一定的時(shí)間保證粉體床層達(dá)到平衡,逐漸增加正應(yīng)力直至15 kPa,獲得不同正應(yīng)力下粉體床層高度,得到壓縮百分比(PC)及堆積密度(ρb)與正應(yīng)力間的關(guān)系。

(1)

其中:V0為預(yù)處理后粉體的體積,即85 mL;V為施加一定正應(yīng)力床層達(dá)到平衡時(shí)的體積。

1.2.2休止角測(cè)試休止角(Angle of respose)是指粉體自由表面處于平衡的極限狀態(tài)時(shí)自由表面與水平面的夾角,表征了顆粒在臨界狀態(tài)下的流動(dòng)特性。用PT-X粉體綜合測(cè)試儀 (Hosokawa)對(duì)樣品進(jìn)行休止角測(cè)試,每個(gè)樣品測(cè)試5次。

1.2.3剪切測(cè)試?yán)肍T4粉體流變儀(Freeman Technology)的環(huán)剪單元對(duì)粉體進(jìn)行剪切測(cè)試以得到其屈服軌跡?；谡龖?yīng)力與剪應(yīng)力數(shù)據(jù),通過庫侖定律(式(2))線性擬合得到一定固結(jié)應(yīng)力下的線性屈服軌跡。

(2)

式中：τ為剪應(yīng)力(kPa)；σ為正應(yīng)力(kPa)；C為內(nèi)聚力(kPa),指其所受正應(yīng)力為零時(shí)的抗剪切能力；φ為內(nèi)摩擦角(°),反映了顆粒間的摩擦特性和抗剪特性,它們?nèi)Q于粉體的物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)[5]。

1.2.4流動(dòng)能測(cè)試基本流動(dòng)能(EBF)是指槳葉從經(jīng)過預(yù)處理及切分后的一定體積樣品的頂部移動(dòng)到底部(槳葉旋轉(zhuǎn)的速度為-5 °/s、移動(dòng)速度為100 mm/s)所做的功,用來評(píng)價(jià)粉體在受限空間、高速剪切流動(dòng)過程中的應(yīng)力及能量,其與粉體堆積特性密切相關(guān),計(jì)算公式見式(3)[14]。

(3)

式中：r為槳葉半徑；dH為垂直方向上位移的變化；α為槳葉螺旋角(-5°)；F為作用在槳葉上的軸向力；T為作用在槳葉上的力矩。

單位流動(dòng)能(ES)指粉體經(jīng)過預(yù)處理及切分之后,槳葉自下而上順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)(槳葉轉(zhuǎn)速為5 °/s、移動(dòng)速度為100 mm/s),單位質(zhì)量粉體所做的功。不同于基本流動(dòng)能,單位流動(dòng)能自下而上的轉(zhuǎn)動(dòng),使粉體在低應(yīng)力條件下流動(dòng),其主要受顆粒間相互作用力的影響,反映了粉體在松散無限制狀態(tài)下內(nèi)聚力的大小。

2　結(jié)果與討論

2.1堆積特性研究

粉體的堆積特性與其流動(dòng)特性密切相關(guān),不同堆積狀態(tài)的粉體對(duì)應(yīng)不同的流動(dòng)性[15-17],因此研究粉體的堆積特性對(duì)理解氣力輸送、通氣下料、粉體存儲(chǔ)等單元操作具有重要的意義。

圖3所示為兩種粉體在不同正應(yīng)力(σ)下的堆積密度(ρb),從圖中可以看出在體積平均粒徑D[3，2]大于70 μm的情況下，堆積密度隨正應(yīng)力變化不大。此外在一定的正應(yīng)力下石油焦粉的堆積密度大于同等粒徑下的煤粉。

圖3　不同預(yù)壓縮應(yīng)力下粉體的堆積密度Fig.3　Bulk density of powder under different consolidation stresses

圖4所示為兩種粉體在15 kPa正應(yīng)力下的壓縮百分比。隨著粒徑的增加,壓縮百分比逐漸降低,粉體堆積密度增大。對(duì)于細(xì)顆粒粉體(<70 μm),其壓縮百分比隨粒徑增大迅速從約20%減少到5%以內(nèi);當(dāng)粒徑大于70 μm時(shí),壓縮百分比隨粒徑的變化趨于平緩,基本在5%以內(nèi)。對(duì)于細(xì)小顆粒,顆粒間作用力抑制了顆粒間的重排導(dǎo)致其堆積結(jié)構(gòu)松散,從而其壓縮性較強(qiáng)[18]。從圖4可看出石油焦粉的壓縮百分比大于同等粒徑下的煤粉。

Yu等[19]與Forsyth等[20]等認(rèn)為對(duì)于單分散的粉體其空隙率主要與顆粒間作用力有關(guān),對(duì)于干燥的細(xì)顆粒體系,范德華作用力為主導(dǎo)作用力,在此基礎(chǔ)上提出了松裝堆積粉體空隙率(ε)的半經(jīng)驗(yàn)方程式，見式(4)。

圖4　壓縮百分比與粒徑間的關(guān)系Fig.4　Relationship between compressibility percentage and particle size

(4)

其中：RF為顆粒間作用力與重力之比；ε0為干燥球形大顆粒的空隙率；m、n為擬合參數(shù)。

本文空隙率定義如下：

(5)

范德華作用力Fv可簡化為式(6),重力Wg可表示為式(7),由式(6)與式(7)可得到RF的關(guān)系式見式(8)。

(6)

(7)

(8)

其中：A為Hamaker常數(shù)；d為表面積平均粒徑；s為顆粒間的接觸距離，與顆粒粒徑相關(guān)[20]。因此

(9)

故得到

(10)

其中，a、b為擬合參數(shù)。

預(yù)處理堆積密度(CBD)為粉體在經(jīng)過攪拌槳的預(yù)處理和切分后得到的堆積密度。CBD的測(cè)量由于經(jīng)過了預(yù)處理過程而排除了人為因素的影響,反映了粉體在自然松散狀態(tài)下的堆積特性。圖5所示為松裝狀態(tài)下由預(yù)處理堆積密度得到的空隙率與粒徑間的關(guān)系,從圖中可以看出同等粒徑下煤粉的空隙率大于石油焦。這說明在自然松散狀態(tài)下石油焦粉堆積結(jié)構(gòu)比煤粉緊密,其相應(yīng)的預(yù)處理堆積密度比煤粉大,這也與圖3的測(cè)試結(jié)果相吻合。此外空隙率隨粒徑在細(xì)顆粒范圍(<70 μm)內(nèi)的變化幅度大于大顆粒范圍內(nèi)的變化幅度。

圖5　松裝堆積下空隙率與粒徑間的關(guān)系Fig.5　Relationship between porosity and particle size under loose packing

利用式(9)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到相關(guān)參數(shù)見表3,相關(guān)系數(shù)大于95%,該方程較好地描述了松裝狀態(tài)下粉體空隙率的特征。

表3　回歸參數(shù)表Table 3　Regression parameters

2.2流動(dòng)特性研究

2.2.1靜力學(xué)表征圖6所示為石油焦粉與煤粉休止角與粒徑的關(guān)系圖,從圖中可以看出煤粉及石油焦粉的休止角均超過30°,表明兩者均為黏附性粉體。同時(shí),隨著粒徑的增大，休止角迅速從約45°減小至約35°,當(dāng)達(dá)到大粒徑范圍時(shí)休止角隨粒徑變化平緩。粒度減小增大了顆?；瑒?dòng)摩擦與滾動(dòng)摩擦[21],從而顆粒間的摩擦作用增強(qiáng),休止角增大,流動(dòng)性變差，這與Derakhshani等[22]的研究結(jié)果一致。在粒徑小于約60 μm時(shí),石油焦粉的休止角明顯大于煤粉。該差異源于石油焦粉表面更粗糙,摩擦作用更強(qiáng)。當(dāng)粒徑大于約60 μm時(shí),休止角的變化較為平緩,這表明對(duì)于流動(dòng)性較好的粉體,休止角難以準(zhǔn)確地區(qū)分粉體流動(dòng)性的差異。

圖6　石油焦粉及煤粉的休止角與粒徑間的關(guān)系Fig.6　Relationship between angle of repose and particle size of petroleun coke and coal

2.2.2臨界流動(dòng)狀態(tài)表征剪切測(cè)試廣泛應(yīng)用于定量表征粉體的流動(dòng)特性,反映了粉體在臨界流動(dòng)狀態(tài)下的特征。圖7所示為不同固結(jié)應(yīng)力等級(jí)下粒徑對(duì)內(nèi)聚力的影響。從圖7中可以看出,石油焦粉及煤粉的內(nèi)聚力隨著粒徑的增大而減小,從而流動(dòng)性變好。對(duì)于干燥的顆粒體系,顆粒間的作用力主要為范德華作用力,而范德華作用力與粒徑成反比[20]。此外,從圖7還可以看出粉體的內(nèi)聚力隨著固結(jié)應(yīng)力(σE)的增大而增大。由圖3可知正應(yīng)力增大,顆粒間發(fā)生重組,粉體堆積更加緊密,堆積密度相應(yīng)增大,空隙率降低,因而顆粒間的配位數(shù)增大,導(dǎo)致顆粒的內(nèi)聚力增大[23]。對(duì)于粒徑小于70 μm的細(xì)顆粒，內(nèi)聚力隨著固結(jié)應(yīng)力的增加其變化幅度較大,這主要是因?yàn)榧?xì)顆粒易團(tuán)聚從而空隙率較大,隨著固結(jié)應(yīng)力增大,顆粒間空隙率減小,堆積密度急劇增大,配位數(shù)也相應(yīng)增大,從而導(dǎo)致內(nèi)聚力增大。對(duì)于大粒徑粉體,顆粒間作用力較弱,粉體堆積結(jié)構(gòu)較緊密,隨著固結(jié)應(yīng)力的增大,顆粒之間空隙率的變化不明顯,因而內(nèi)聚力變化幅度較小。因此，細(xì)顆粒的流動(dòng)性對(duì)粉體堆積狀態(tài)更敏感。

圖7　不同固結(jié)應(yīng)力等級(jí)下粒徑對(duì)內(nèi)聚力的影響Fig.7　Effect of particle size on the cohesion under different consolidation stresses

顆粒間內(nèi)聚力不僅與粒徑有關(guān),也與顆粒的堆積狀態(tài)有關(guān),而空隙率是反映粉體堆積狀態(tài)最主要的參數(shù)。圖8所示為不同粒徑石油焦粉的內(nèi)聚力與空隙率之間的關(guān)系,從圖中可以看出對(duì)于同一樣品內(nèi)聚力隨著空隙率的增大而減小,這表明對(duì)同一物料增大空隙率的措施有助于改善粉體的流動(dòng)性。

Fig.8　內(nèi)聚力與空隙率之間的關(guān)系(石油焦粉)Fig.8　Relationship between cohesion and porosity(petroleum coke)

流動(dòng)函數(shù)是表征粉體流動(dòng)性的重要參數(shù)。為了量化評(píng)價(jià)粉體流動(dòng)性的大小,Jenike引入流動(dòng)指數(shù)ffc,定義為最大主應(yīng)力(σ1)與無側(cè)界屈服強(qiáng)度(fc)之比(ffc=σ1/fc)，根據(jù)ffc的大小可以劃分粉體流動(dòng)能力的范圍[5]。圖9所示為不同粒徑粉體的流動(dòng)函數(shù)圖及3 kPa下粒徑與流動(dòng)指數(shù)的關(guān)系。從圖9(a)中可以看出大部分樣品落在自由流動(dòng)粉體區(qū)間。從圖9(b)中可以看出兩類粉體的流動(dòng)指數(shù)隨著粒徑的增大而增大,從而流動(dòng)性變好;當(dāng)粒徑小于70 μm時(shí),兩種粉體的流動(dòng)指數(shù)值相當(dāng)且均小于10,這說明在細(xì)顆粒范圍內(nèi)粒徑是影響流動(dòng)性的重要因素,這一結(jié)果不同于休止角的測(cè)試結(jié)果,主要是因?yàn)樵谛葜菇菧y(cè)試過程中粉體處于松散堆積狀態(tài),而剪切測(cè)試過程中粉體處于固結(jié)狀態(tài),因而導(dǎo)致兩種測(cè)試結(jié)果的差異[24];當(dāng)粒徑大于70 μm時(shí),石油焦粉體的流動(dòng)指數(shù)值小于煤粉,此時(shí)流動(dòng)指數(shù)均大于10,均屬于自由流動(dòng)粉體,流動(dòng)性較好。因此在該固結(jié)應(yīng)力下兩者流動(dòng)性相當(dāng)。

圖10所示為固結(jié)應(yīng)力為3 kPa下兩種粉體的內(nèi)摩擦角與粒徑間的關(guān)系,從圖中可以看出兩種粉體的內(nèi)摩擦角隨著粒徑的變化差別不大。從表1和表2中可看出,對(duì)于不同粒徑的煤粉及石油焦粉,其球形度在0.8～0.9之間,因而內(nèi)摩擦角隨粒徑的變化較小。此外,石油焦粉的內(nèi)摩擦角比煤粉略大,這與其SEM測(cè)試結(jié)果的顆粒表面較粗糙有關(guān)。

圖9　不同粒徑粉體的流動(dòng)函數(shù)圖(a)及 3 kPa下粒徑與流動(dòng)指數(shù)的關(guān)系圖(b)Fig.9　Flow function (a) and flow index obtained at 3 kPa (b) for powders with different particle sizes

2.2.3動(dòng)力學(xué)表征圖11(a)給出了基本流動(dòng)能與粒徑間的關(guān)系,對(duì)于細(xì)顆粒(粒徑小于70 μm)其基本流動(dòng)能隨著粒徑的增大呈線性增大,當(dāng)粒徑大于70 μm時(shí),基本流動(dòng)能隨粒徑變化趨勢(shì)較平緩。對(duì)于細(xì)顆粒堆積結(jié)構(gòu)較疏松,顆粒間的間隙較大,顆粒在槳葉的驅(qū)動(dòng)下其應(yīng)力傳遞性較低,因此基本流動(dòng)能較低[17]；當(dāng)粒徑大于70 μm后,粉體的堆積狀態(tài)隨粒徑增大變化不大,因而基本流動(dòng)能變化趨勢(shì)平緩,這一測(cè)試結(jié)果與堆積特性相對(duì)應(yīng)。從石油焦粉與煤粉的對(duì)比中可以發(fā)現(xiàn),煤粉的基本流動(dòng)能小于石油焦粉。這主要是由于石油焦粉的堆積密度大于同等粒徑下的煤粉,從而其基本流動(dòng)能較大。

圖10　內(nèi)摩擦角(φ)與粒徑間的關(guān)系(3 kPa)Fig.10　Relationship between angle of internal friction and particle size (3 kPa)

單位流動(dòng)能與兩種粉體粒徑的變化關(guān)系見圖11(b)。從圖中可以看出,隨著粒徑的增大(限于粒徑小于70 μm范圍),單位流動(dòng)能先是顯著減小,然后隨著增大粒徑(粒徑大于70 μm范圍)，粒徑對(duì)其值影響不大。兩者對(duì)比可發(fā)現(xiàn)粒徑小于70 μm石油焦粉的單位流動(dòng)能大于煤粉,這說明在該粒徑條件下石油焦粉的流動(dòng)性比煤粉差,這一結(jié)果與休止角測(cè)試結(jié)果一致。當(dāng)粒徑大于70 μm時(shí),石油焦粉與煤粉的單位流動(dòng)能大小相當(dāng),說明在此范圍內(nèi)兩者流動(dòng)性差異不大。

圖11　流動(dòng)能與粒徑的關(guān)系Fig.11　Relationship between flow energy and particle size

3　結(jié)　論

(1) 通過對(duì)石油焦粉及煤粉進(jìn)行壓縮性測(cè)試,結(jié)果表明粒徑小于70μm的顆粒壓縮性較強(qiáng)，堆積密度相應(yīng)較小。石油焦粉的堆積密度大于同等粒徑的煤粉。

(2) 石油焦粉及煤粉的內(nèi)聚力隨著粒徑的減小而增大,隨著固結(jié)應(yīng)力的增大而增大;在同一固結(jié)應(yīng)力下內(nèi)摩擦角隨粒徑變化差別不大。

(3) 石油焦粉與煤粉的基本流動(dòng)能隨著粒徑的增大而增大;同等粒徑條件下石油焦粉的基本流動(dòng)能大于煤粉。單位流動(dòng)能隨著粒徑的增大先減小后最終趨于穩(wěn)定。

(4) 通過兩種粉體的對(duì)比發(fā)現(xiàn),休止角及單位流動(dòng)能測(cè)試的結(jié)果表明:當(dāng)粒徑小于70 μm時(shí),石油焦粉的流動(dòng)性比煤粉差；當(dāng)粒徑大于70 μm時(shí),兩者流動(dòng)性差異不大。剪切測(cè)試的結(jié)果表明兩者流動(dòng)性差異不大。3種測(cè)試手段的差異主要是由于測(cè)試過程中粉體堆積狀態(tài)的差異造成。

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Effect of Particle Size on Packing Characteristics and Flowability of Petroleum Coke and Coal

ZHANG Zheng-de,LU Hai-feng,GUO Xiao-lei,LIU Yi,GONG Xin

(Shanghai Engineering Research Center of Coal Gasification,Key Laboratory of Coal Gasification and Energy Chemical Engineering of Ministry of Education,East China University of Science and Technology,Shanghai 200237,China)

The sieved samples of petroleum coke and coal with narrow particle size distribution were employed to assess the effect of particle size on packing characteristics and flowability by measuring the compressibility,angle of repose,shear characteristics and flow energy.Meanwhile,the difference of these two powders was analyzed.Bulk density and basic flow energy increased with the enhancement of particle size.Angle of repose,compressibility,specific energy and cohesion of the powder decreased while the flowability was improved with the increase of particle size.The cohesion of the two powders increased while the flowability decreased as the increase of consolidation level.The shear characteristics showed no significant difference under the same consolidation level.The packing characteristic and flowability of fine particles (<70 μm) were more sensitive to the consolidation stress compared to coarse particles.The bulk density of petroleum coke was higher than that of coal at the same condition.The petroleum coke showed similar flowability to coal when their size was larger than 70 μm,while the former was slightly lower when their size was smaller than 70 μm.

petroleum coke; coal;particle size; packing characteristics; shear; flowability

A

1006-3080(2016)03-0321-08

10.14135/j.cnki.1006-3080.2016.03.005

2015-10-08

國家自然科學(xué)基金(21206041);中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金

張正德(1990-),男,湖北黃岡人,碩士生,研究方向?yàn)槊簹饣?。E-mail:happyzzd007@sina.com

通信聯(lián)系人：龔欣,E-mail:gongxin@ecust.edu.cn

TQ531.1