水煤漿表觀粘度測定方法探討

趙安幫（神華包頭煤化工有限責任公司 內蒙古 包頭 014010）

一、前言

煤氣化是以水煤漿、氧氣為原料，在加壓無催化劑條件下進行的化學反應，生產出合成原料氣。水煤漿的性能在氣化裝置中具有舉足輕重的作用其直接關系到裝置運行的穩定性和能耗的高低。在裝置生產中，水煤漿在生產各階段如貯存或泵送等，其流動狀態不同，因此表觀粘度應該是不同的。水煤漿和一般牛頓型流體不同，是一種非牛頓的擬塑型流體，其粘度可分為結構粘度和牛頓粘度兩部分，它表現出的總粘度稱為表觀粘度,即：表觀粘度=結構粘度+牛頓粘度,表觀粘度中的結構粘度易受外在因素影響，在外力作用下(如攪拌等)，結構粘度下降，因此表觀粘度下降.當外力消失后，性狀又可恢復，即具有所渭的觸變性。它是不同粒度組成的煤粉分散于水介質中形成的一種多級分散的懸浮體系，呈現出非牛頓流體中假塑性流體的基本特征,其表觀粘度隨著剪切速率的增大而減小。它是一種寬篩分和含固量高的復雜、多級、分散懸浮體系,影響其成漿性和流變性的因素十分復雜,它與煤的種類、化學性質、顆粒形狀及粒度分布、添加劑組成、制漿工藝、溫度和成漿濃度等因素密切相關。同時水煤漿在存儲、運輸、泵送、以及燃燒霧化過程中，作為非牛頓流體，其表觀粘度是一個重要影響因素。因此，測定其表觀粘度對水煤漿工業生產能提供理論依據和實際指導作用。試驗研究了水煤漿在不同溫度、不同濃度、不同剪切率、不同剪切時間下的流變特性，總結出最合適的方法測定水煤漿的表觀粘度。

二、實驗部分

1.儀器設備與試劑

NXS-4C旋轉流變儀；恒溫循環水?。粚嶒炗脴藴视停恢苽浜玫乃簼{

2.實驗步驟

（1）儀器的標定

選用經計量單位標定的、具有動力粘度值有證標準物質油在20℃下恒溫90min后測定其粘度測定值。以測定值為橫坐標，以標準物質的標準值為縱坐標，建立校準曲線。每次實驗測定煤漿時，由測定所得的值，從校正曲線中查詢得出校正值，進而得出粘度試驗結果。

（2）測定溫度的確定

采用NXS-4C旋轉流變儀，在恒定轉速的剪切率下測定水煤漿的粘度隨溫度的變化情況，

結果見圖1。溫度變化范圍1O～35℃,升溫測定時間取30min.

圖1 表觀粘度—溫度關系圖

從圖1上曲線可以看出，隨溫度升高，水煤漿表觀粘度下降。溫度上升，煤漿液體分子間的引力減小，進而粘度也就相應的減小。由于儀器標定校正時使用的標準油的標準值是在規定的20℃時標定給出的，為使整個實驗條件相應的保持一致，故規定本試驗中溫度為20℃。

（3）測定前恒溫時間的確定

由于試驗時的環境溫度與試樣溫度不一致，故應該試驗前事先將水煤漿試樣放在恒溫循環水浴中恒溫一定時間，當試樣達到規定的測試試驗溫度后再進行測定，否則，測試時的實際溫度與試驗溫度不一致，會導致實驗的測試結果不穩定。為確定水煤漿試樣達到恒溫的時間，選擇水煤漿剪切速率在100S-1分別進行了恒溫2min，5min，10min的試驗，以確定合適的恒溫時間。

圖2 表觀粘度—恒溫時間關系圖

圖2結果表明，隨著測定時間延長，表觀粘度呈逐漸下降趨勢，并且靜止恒溫2min的粘度測定值相差較遠，而靜止恒溫5 min與靜止恒溫10min的粘度測定值基本一致。綜合考慮測定結果的穩定性和盡可能縮短測定時間，規定本試驗前應有5min恒溫水浴循環時間。

（4）測定剪切率的確定

在恒溫水浴20℃，恒溫穩定5min后，分別測定水煤漿在剪切率為10S-1,20S-1,40S-1,60S-1,80S-1，100S-1下水煤漿的表觀粘度。

圖3 表觀粘度—剪切率關系圖

水煤漿經一定的攪拌后狀態也趨于一致，在測試時存在剪切稀化現象，隨時間延長，表觀粘度一般呈下降趨勢，圖3說明剪切率越大，表觀粘度的數值穩定的越快。故規定試驗中剪切率為100S-1。

（5）濃度與粘度的關系

在制取煤漿過程中，水煤漿的粘度與煤漿的濃度，粒度有著很大聯系。

圖5中可以看出隨著煤漿的濃度增大，煤漿的粘度也相應的變大，但到達一定的數值時，煤漿粘度會突變，煤漿會變得異常黏稠。

（6）表觀粘度具體測定方法討論

對比在相同條件下兩種不同方式測定水煤漿表觀粘度的數據穩定性，恒溫水浴20℃循環，穩定5min后，測定在剪切率在100S-1時水煤漿表觀粘度。方案（1）把儀器直接設置為剪切率100S-1，穩定5min后開始讀取數值，每間隔1min讀取一次，連續讀5次數據后取平均值作為實驗結果。方案（2）設置剪切率從0S-1逐漸上升到100S-1然后逐漸下降到0S-1，儀器自動記錄數據，讀取剪切率在100S-1時的數據取其平均值，儀器倒計時2min后開始測試，測試時間3min。

圖5 兩種方案對比

圖5是兩種方案對比，最終的實驗結果相差不大，但從綜合考慮中可以看出方案（2）中水煤漿穩定時間短，測試的數據穩定，標準偏差小，所花費的時間較短。

1 2 3 4 5平均值標準偏差方案1（粘度/mPa·S）935 935 919 910 905 921 13.90方案2（粘度／mPa·S）923 920 925 920 926 923 2.77

三、結論表述

1.水煤漿是一種類似重油一樣的流體化燃料，可像重油那樣貯存、輸送和使用，有希望成為各種工業燃科、原料。因此，其流動性極為重要。

2.水煤漿是粗分散非牛頓懸浮體系，表征其粘度的大小。水煤漿的表觀粘度受煤種、煤的變質程度、含煤濃度、粒度分布、藥劑性能和用量、水的性質、制備方法、存放時間、測定時的剪切率及程序和溫度等因素的影響。

3.水煤漿在規定恒溫時間靜置后，表觀粘度會隨剪切時間變化。因此，規定實驗的結果以連續5min內的l0次讀數的算術平均值表述，即以開始測定后期5min至10min的平均表觀粘度值為水煤漿表觀粘度測定結果

4.水煤漿生產現場要避免高剪切率下長時間攪拌。受到剪切作用后，水煤漿表觀粘度有下降的情況，所以生產現場要充分考慮這一點，選取合適的攪拌時間。試驗得出此水煤漿最合適的攪拌條件為剪切率100S-1。

5.在一定的操作溫度范圍內，溫度對水煤漿表觀粘度的影響不顯著.

6.水煤漿表觀粘度的測定等梯度升高剪切率測定相比恒定剪切率測定，煤漿系統穩定快，所測數據穩定，偏差小，總體縮短了實驗時間。

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