Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ современного состояния проблемы получения и сжигания водоугольных суспензий 8
1.1. Влияние физических свойств ВУС на ее эксплуатационные характеристики 8
1.2. Развитие технологии приготовления и применения ВУС 26
1.3.Кавитационная технология получения на суспензий 33
1.1Развитие теоретических методов повышения эффективности кавитационных аппаратов 39
1.5.Цели и задачи исследования 43
2. Совершенствование расчетно-теоретических методов исследования и
2.1.Определение гидродинамических характеристик тел в условиях частичной кавитации или суперкавитации в сжимаемом потоке 44
2.2. Исходные условия к выбору определяющих уравнений 47
2.3.Постановка задачи и модифицированное правило подобия 48
2.4;Расчет суперкавитационных аппаратов на базе СК-насосов 52
2.5.Методика расчета суперкавитационного смесителя 58
3. Методика экспериментального исследования 62
3.1. Подготовка исходной ВУС 62
3.2. Экспериментальный стенд для получения ВУС 64
3.3.Методы и критерии оценки характеристики ВУС различного гранулометрического состава 67
3 4Методика оценки вязкости 71
3.5.Термический анализ исследуемых образцов 76
3.6.Оценка достоверности полученных результатов 83
4. Результаты экспериментальных исследований 86
4..1 Влияние кавитационной обработки на седиментационную устойчивость ВУС 86
4.2.Влияние кавитационной обработки на изменение гранулометрического состава 89
4.3. Изменение реологических свойств ВУС в зависимости от параметров гидродинамического воздействия 96
4.4.Результаты теплотехнологического анализа полученной ВУС 105
Основные научные результаты и выводы 115
Литература 116
- Развитие технологии приготовления и применения ВУС
- Исходные условия к выбору определяющих уравнений
- Экспериментальный стенд для получения ВУС
- Изменение реологических свойств ВУС в зависимости от параметров гидродинамического воздействия
Введение к работе
Актуальность темы диссертации обусловлена необходимостью разработки технических и технологических решений, обеспечивающих высокоэффективное и экологически безопасное сжигание топлива в виде водо-угольной суспензии (ВУС) в теплоэнергетических установках, а также расширением применения ВУС в других теплотехнологических аппаратах, использующих в настоящее время более дорогие виды топлива (газ, мазут и др.).
Согласно «Энергетической стратегии России на период до 2020 года» основную часть электроэнергии по-прежнему планируется получать на тепловых электростанциях. При ожидаемом снижении добычи нефти и газа важным становится вопрос их частичной замены на водоугольное топливо. В Федеральном законе «Об энергосбережении» уделяется внимание разработке и использованию альтернативных видов топлив, в том числе ВУС.
Особенно актуальна проблема повышения потребительских свойств и расширения рынка сбыта для бурых канско-ачинских углей, транспортирование которых на дальние расстояния традиционным способом вызывает ряд проблем, связанных, в частности, со слеживаемостью, самовозгоранием, пы-лением и не экономично вследствие высоких транспортных тарифов.
Анализ литературных источников показывает перспективность применение водоугольной суспензии в качестве топлива с использованием отходов угледобычи, углепереработки и других производств.
Серьезным препятствием на пути широкого применения водоугольной суспензии является сложность управления реологическими параметрами на этапах его производства, транспортировки и сжигания. В технологиях, применяемых в настоящее время, эти задачи решаются введением в состав ВУС различных добавок: диспергаторов, пластификаторов, стабилизаторов и т. п.
В этой связи актуальной представляется разработка такого технологического процесса приготовления ВУС, в результате которого комплекс характеристик полученного продукта соответствовал бы заданным требованиям и обеспечивал минимизацию затрат без использования модифицирующих добавок.
Цель диссертационного исследования - разработка методов, средств и технологии подготовки водоугольной суспензии без использования химических добавок и пластификаторов на базе эффектов кавитации.
Задачи исследования:
Обосновать использование эффектов гидродинамической кавитации в качестве способа приготовления устойчивой водоугольной суспензии из канско-ачинского бурого угля;
Разработать методику расчета и проектирования суперкавитационных аппаратов для получения ВУС, обладающей минимальной вязкостью и максимальной седиментационной устойчивостью;
Определить влияние режимов гидродинамической кавитационной обработки на гранулометрический состав ВУС;
4.-Найти- реологические характеристики- получаемых водоугольных суспензий, обладающих необходимой устойчивостью;
5. Определить влияние кавитационной обработки на процесс горения ВУС и эффективность ее сжигания.
Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту:
Предложен способ получения устойчивой ВУС из канско-ачинского бурого угля, основанный на использовании эффектов кавитации, исключающий применение химических добавок и пластификаторов.
Разработана методика расчета и проектирования суперкавитацион-ного смесителя с клиновидной формой профиля лопасти, позволяющая определить конструктивные параметры кавитационного аппарата, основан-
і ная на модели течения двухфазного потока, преобразованной с учетом
модифицированного правила Прандтля - Глауэрта.
Установлены зависимости влияния конструктивных особенностей кавитатора и режимов обработки на изменение гранулометрического состава ВУС.
Установлена зависимость седиментационной устойчивости и вязко-
сти водоугольных суспензий от параметров кавитационной обработки (скорости вращения кавитатора, времени обработки, числа кавитации, конструктивных особенностей кавитаторов и др.).
Практическая значимость результатов работы состоит в том, что выполненные исследования позволили научно обосновать технические и технологические решения, внедрение которых позволяет получать водо-
v угольную суспензию без применения модифицирующих добавок и пласти-
фикаторов, что имеет существенное значение при решении задач ресурсосбережения в теплотехнических установках. Разработанные методы расчета позволяют учесть структурно-реологические характеристики ВУС на стадии проектирования смесительного оборудования.
Внедрение результатов работы осуществлено в НПО «ЭГДА» (г. Омск) при сжигании опытной партии ВУС и на ОАО «Разрез «Березовский-1» в ходе выполнения исследовательских работ. Методики эксперименталь-ного исследования, методы расчета и проектирования суперкавитационных
» аппаратов внедрены в учебный процесс КГТУ и научно-исследовательскую
практику в Проблемной лаборатории кавитационной технологии КГТУ. Внедрение подтверждается соответствующими актами.
Достоверность результатов работы обеспечивается применением для их получения различных методов исследований, сопоставлением полученных на современном исследовательском оборудовании результатов с данными
і других авторов, использованием для оценки результатов экспериментальных
данных методов математического анализа.
Личный вклад автора заключается в комплексном исследовании физических и химико-физических параметров получаемого продукта, экспериментальной оценке изменения эксплуатационных характеристик ВУС в зависимости от интенсивности кавитационной обработки, формулировке выводов и рекомендаций для принятия технологических и конструкторских решений.
Апробация работы и публикации. Основные материалы и результаты исследований докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-практической конференции «Красноярск. Энергосбережение: проблемы и перспективы» (Красноярск, 2000), I и II Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы экологии и развития городов» (Красноярск, 2000, 2003), Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы использования канско-ачинских углей на электростанциях» (Москва, 2000), Региональной научно-практической конференции «Достижения теплоэнергетического факультета в истории развития энергетики региона» (Красноярск, 2002), Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов» (Красноярск, 2003), Региональных конференциях «Социальные проблемы инженерной экологии, природопользования и ресурсосбережения» (Красноярск, 2004, 2005).
Основное содержание диссертации изложено в 14 печатных работах, в том числе в зарубежной и центральной печати из списка изданий, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, основных результатов и выводов, изложенных на 128 страницах, содержит 38 рисунков, 10 таблиц и список литературы из 132 наименования.
Развитие технологии приготовления и применения ВУС
Основными критериями при выборе способов приготовления ВУС для использования ее для выработки энергии в теплотехнологических аппаратах без предварительной подготовки является получение суспензии с приемлемыми для гидротранспорта и устойчивого сжигания свойствами. Достижение необходимых параметров возможно ограниченным количеством воздействий: обеспечением на стадии приготовления точно подобранного гранулометрического состава ВУС; введением химических добавок (с водой, на стадии измельчения топлива, в готовую суспензию); обеспечение турбулентного режима течения в гидропроводе; активация суспензии в различных гидродинамических аппаратах (в месте приготовления, на стадиях перекачки, при транспорте, хранении) и некоторых других (подогрев, подгазовка и пр.) [11, 17, 18, 20-23, 27, 28, 31, 32, 35,44,46-48,85,90, 103, 108, 111-114, 116, 118-125, 127, 128, 130-132]. В настоящее время в России действуют лишь несколько объектов по производству и сжиганию ВУС.
Хранение, подача и сжигание ВУС в терминале углепровода Белово-Новосибирск [112]. Конечный пункт углепровода (терминал) размещен в цехе гидроугля и по технологическому признаку может быть условно разделен на три составные части: системы приема, хранения и подачи.
Система приема ВУС включает ловушку «ерша», узел разрывных мембран, линейный нагреватель, два резервуара, аварийный резервуар перелива, насосы перелива. Ловушка «ерша» служит для приема очистительных скребков. Имеется возможность отключить ее от трубопровода и извлечь скребок без остановки углепровода. Узел разрывных мембран рассчитан на защиту углепровода от давления выше 1,8 МПа. Линейный нагреватель, включающий три последовательно соединенных теплообменника 800ТКГ-25-66-0-25-6-1 гр.З, позволяет нагревать поступающую ВУС не менее чем до 12 С.
Суспензия поступает в два резервуара объемом 20000 м3 каждый. При переполнении резервуаров излишки ВУС сливаются в аварийный резервуар объемом 100 м3, дающий возможность в течение 0,5-1,0 ч разрешить аварийную ситуацию. Насосами перелива суспензия возвращается из аварийного резервуара в резервуары хранения ВУС.
Система хранения включает резервуары с мешалками, насосы рециркуляции и нагреватель системы рециркуляции. Нагреватель, включающий три последовательно соединенных теплообменника, служит для подогрева находящейся в резервуарах ВУС в холодное время года. Прокачивание суспензии через теплообменник производится двумя центробежными насосами фирмы «Варман», каждый из которых обеспечивает подачу 200 м3/ч ВУС под давлением 0,6 МПа. Каждый резервуар оснащен четырьмя лопастными мешалками для периодического перемешивания хранящейся ВУС.
Система подачи ВУС к форсункам котла включает насосы подачи и фильтры ВУС. Для котла № 3 суспензия подается тремя винтовыми насосами фирмы «Черпелли» и фильтром фирмы «Фильтрекс». Винтовой насос обеспечивает подачу до 75 м /ч ВУС под давлением до 2,5 МПа. На номинальном режиме работы котла подача топлива производится двумя насосами, а третий находится в резерве. Подача ВУС регулируется тиристорным преобразователем, изменяющим частоту переменного тока, подаваемого на асинхронный электродвигатель привода насоса. Фильтр имеет перфорированную поверхность, рассчитанную на улавливание частиц размером более 3 мм. Система подачи ВУС на остальные котлы оборудована поршневыми насосами НБ-125 и фильтром, отличительной особенностью которого является постоянная очистка фильтрующей поверхности вращающимися скребками.
Системы приема, хранения и подачи ВУС оборудованы трубопроводами для подвода технической воды и дренажной системой для отвода воды после промывки оборудования.
Первая партия ВУС, поступившая по углепроводу, имела концентрацию угля более 55 %, вязкость около 0,5 Па-с при скорости сдвига 9 с"1 и низкую се-диментационную устойчивость. Эти обстоятельства привели к необходимости использовать мешалки резервуаров в режиме 50 %-ного включения. Но даже и в этом случае наблюдалось образование осадка.
Контур рециркуляции оказался достаточно надежным. В зимнее время теплообменники обеспечили нагрев ВУС с большим запасом. Также надежны в работе были центробежные насосы рециркуляции. Некоторые сложности в их эксплуатации связаны с работоспособностью узла уплотнения вала и образованием осадка в данной части корпуса при остановке более, чем на 12 ч, что вызывало затруднения с запуском насоса.
По данным испытаний, затраты энергии при непрерывном перемешивании ВУС в резервуаре составляют около 0,002 кВт/м3. В режиме включения разного количества мешалок и изменения периодичности их включения изменяется удельный расход электроэнергии, причем при периодическом включении потребляется электроэнергии на 10-25 % больше, чем при непрерывном, что происходит из-за сгущения ВУС и увеличения крутящего момента импеллера мешалки. Учитывая весьма невысокие энергозатраты на перемешивание, необходимо оптимизировать гидравлическую схему струйного перемешивания, чтобы исключить застойные зоны в резервуарах и уменьшить износ самой мешалки и узла двойного торцевого крепления.
Крупномасштабные эксперименты по приготовлению и сжиганию ВУС на котле паропроизводительностью 320 т/ч Беловской ГРЭС [112-114]. Принципиальная схема узла опытно-промышленной установки по хранению, подаче и сжиганию ВУС включает в себя емкость для хранения, насосы, фильтры, теплообменники, котел, форсунки, встроенные в горелки, аппаратуру для управления потоками ВУС внутри цеха. Согласно схеме приготовленная ВУС направлялась в аккумулирующую емкость, где накапливалась в резервуаре емкостью 450 м3; по мере готовности суспензия подавалась небольшими порциями с температурой 37-47 С. Из-за дискретной подачи нижние слои суспензии в процессе хранения охлаждались и поэтому, чтобы исключить послойное осаждение частиц угля, холодные и теплые слои жидкости периодически перемешивались с помощью насоса, подключенного к малому контуру рециркуляции. Это позволяло сохранить стабильной и устойчивой структуру ВУС в течение 1-2 мес.
Исходные условия к выбору определяющих уравнений
Система уравнений, описывающая течение двухфазного потока, определяется физико-механическими свойствами среды. Для детального рассмотрения вопроса важно представлять, как трактуется смесь жидкость - газ:1. Содержащиеся мелкие пузырьки газа в жидкости (воздух в воде) распределены равномерно в форме бесконечно малых пузырьков, и следовательно, смесь (жидкость - газ) представляет собой однородную и непрерывную среду;2. Воздух в пределах бесконечно малых пузырьков можно считать совершенным газом, находящимся в механическом и термодинамическом равновесии с окружающей водой. Возможно изотермическое расширение газа в пузырьках;3. Влиянием инерции жидкости на развитие пузырьков возможно пренебречь. Проскальзывание между водой и пузырьками отсутствует, движение установившееся и безвихревое.
Мелкодисперсная смесь жидкости с парогазовыми пузырьками (например, кавитирующая и пенящаяся жидкость) имеет следующую зависимость для плотности смеси [104]: где ос - объемная концентрация газовой фракции; N, R- число и радиус кави-тационных пузырьков. Скорости звука в высоко дисперсной смеси с парогазовыми пузырьками вычисляют где с, сж, сг - скорости звука в смеси, жидкости и газе соответственно.
Тем не менее и для такой гетерогенной жидкости можно записать стандартные уравнения [72, 104] неразрывности и движения в рамках равновесной модели многофазного континуума: Применив процедуру метода малых возмущений для плотности, давления, скорости и потенциала скорости (в акустическом приближении), получаем волновое уравнение [70]:где ц) - потенциал скоростей.
При стационарном обтекании тела со скоростью ио (в системе координат, связанной с телом) х = хх - v0t; y = x2;z = х3где равновесная скорость звука в невозмущенном потоке также может быть определена по формуле Вуда:При М0 1 тело движется с дозвуковой скоростью и0 с0. В ЭТОМ случае преобразованием координат (поперечное сжатие в . раз)уравнению Лапласа (для несжимаемой жидкости):
Связь между скоростью в пространстве фиктивной несжимаемой жидкости и физическом пространстве имеет вид На тонком теле условие непротекания Распределение давления связано с полем скоростей формулой После этого нетрудно установить следующее правило Прандтля - Глау-эрта: при известных характеристиках одного и того же тела, но с деформированной, сжатой в \ір раз опорной поверхностью, для несжимаемой жидкости(М0; ; r\\ Q потенциал скоростей ср MQ=Q , возмущения давления (Р-Ро) л/0=о » циркуляция Г щ=0 , подъемная сила Y\MQ=0 и ее коэффициентсу м =0 пересчитываются на дозвуковой режим (0 М0 1; х, у, z) по следующим формулам:
Последнее условие будет представлять собой модификацию правила Прандтля - Глауэрта для линеаризованных суперкавитационных задач [40, 57, 85]. Это же правило можно сформулировать и в другой, более удобной для постановки и решения краевых задач суперкавитации форме, адекватной первой [49].
При заданном числе кавитации Х = X м Ф0 необходимо решить краевуюзадачу в пространстве фиктивной несжимаемой жидкости (М0 = 0, Ад) = 0) длядеформированной, сжатой в Д1 раз опорной поверхности ( f; ц\ Q, но с ординатами тела, увеличенными в Д1 раз, т. е. с линеаризованным условием непротекания, или
Первая форма удобна при пересчете данных, известных для несжимаемой жидкости, на режим дозвукового обтекания (М0 \). Вторая (адекватнаяпервой) форма пригодна при формулировке и решении (например, численном) краевой задачи для тонкого суперкавитирующего тела.
В основе расчета любого кавитационного аппарата лежит задача об определении его геометрических параметров и гидродинамических характеристик, то есть о нахождении распределения давлений и скоростей, размеров каверн при обтекании элементов рабочих органов в режимах развитой кавитации.
Для суперкавитационного смесителя необходимо спроектировать рабочее колесо (найти шаговое отношение, геометрию профилей элементов лопасти, число лопастей и т. д.) и выбрать режим его работы (частоту вращения, осевую скорость за счет варьирования диаметров колеса и втулки, давление на входе и т.д.) так, чтобы не только выполнить заданные условия, но и получить необходимую длину каверн, а, следовательно, число и размеры кавитационных пузырьков.
В основу расчета лопастных СК-механизмов положены задачи суперкавитационного обтекания элемента лопасти или плоской решетки профилей, которая эквивалентна решетке лопастного механизма [33, 37, 39]. При проектировании лопастных механизмов на первом этапе рассматривается задача о наивыгоднейшем распределении нагрузки вдоль радиуса лопастей, которое обеспечило бы заданный напор при минимальных потерях энергии. С этой целью рассмотрена задача об эффективном СК-насосе и найдено оптимальное распределение нагрузки вдоль радиуса лопасти с учетом величины зазора Кє, степениразвития кавитации К,п влияния конечного числа лопастей Kz и центробежных сил Кц [39].Наилучшее распределение коэффициента нагрузки вдоль радиуса лопасти реального осевого СК-насоса находят по формуле, полученной методом последовательных приближений:
Экспериментальный стенд для получения ВУС
Анализ эффективности физического воздействия на водные системы, приведенный в разделе 1, показывает, что наиболее перспективным способом обработки является гидродинамическая кавитация.
В данной работе для приготовления ВУС использовался суперкавита-ционный смеситель [1, 54]. Рабочий орган кавитационного смесителя выполнены в виде суперкавитирующей крыльчатки с клиновидным профилем. Отличительной особенностью использованного технологического аппарата является установка лопастей крыльчатки с нулевым углом атаки.
Конструкция лабораторного стенда и его общий вид показаны на рисунках 3.2 и 3.3. Мощность электродвигателя составляет 1 кВт, объем рабочей камеры - 2,5-10"4 м3. Наличие гидротормоза позволяет поддерживать эффективный однородный режим обработки жидкости. К особенностям конструкции установки следует отнести съемную рабочую камеру и кавитатор с валом, втулкой и гидротормозом, что позволяет автоклавировать или подвергать антисептической обработки части стенда соприкасающейся с объектом исследования. Специально спроектированный блок управления электродвигателя позволяет плавно изменять число оборотов ротора в диапазоне от 0 доЮ4 об/мин и стабилизировать заданное число оборотов кавитатора неза сито с наибольшим (из всего набора сит) размером отверстий. Подачу вели частями без перегрузки сетки так, чтобы толщина слоя пробы, подаваемой каждый раз, не превышала размера наибольших кусков в надрешетном продукте более чем в полтора раза и масса его к концу рассева не покрывала бы более 3/4 поверхности сетки сита. Затем ситу придавались колебательные движения.
Рассев считали законченным, если выход подрешетного продукта в течении одной минуты был менее одного процента загруженной на сито массы топлива. Учитывался также подрешетный продукт нижнего сита. Оставшиеся на ситах топливо собирали в отдельные емкости и взвешивали на весах [107]. Выход массы материала каждого класса крупности вычислялся по формуле:где mt - масса топлива данного класса крупности; М - общая масса топлива всех классов крупности.
На основе данных испытаний (по результатам ситового анализа) строится график, отражающий гранулометрический состав в линейной системе координат.
Мокрый ситовый анализ. На верхнее сито помещалась водоугольная суспензия из расчета не более 1 г/см сетки. Просевка с промывкой производится до тех пор, пока вода после нижнего сита не будет содержать частиц угля. Далее сита с надрешетным продуктом помещаются в сушильный шкаф с температурой 100-105 С до полного высыхания топлива.
После просушки определяется масса топлива каждого класса крупности. Выход массы материала каждого класса крупности, вычисляется с точностью до второго десятичного знака по формуле (3.1). На основе данных испытаний строится график гранулометрического состава [107].
Микроскопический анализ дисперсных систем. Предметное стекло с препаратом помещается под объектив микроскопа и начинается подсчет частиц. Определяется цена деления шкалы микроскопической сетки (в мкм), которая нужна для определения размеров частиц. Перемещая микроскопическим винтом тубус микроскопа в пределах глубины препарата, выбирается поле зрения для подсчета таким образом, чтобы в поле зрения находилось не более 20-30 частиц [6, 96].
Микроскопическая шкала разбивает поле зрения на 100 квадратов со стороной в пять делений. Так как обычно мелких частиц бывает гораздо больше, чем крупных, то целесообразно считать крупные частицы во всем поле зрения (в 100 квадратах), а мелкие - только в определенной части поля зрения; например, частица с диаметром меньше одного деления можно считать в 16 центральных квадратах со стороной в пять делений, т. е. на 16/100 поля зрения, затем частицы от 1 до 2 делений (диаметр меньше двух делений) и от 2 до 3 делений (диаметр меньше трех делений) считают в 36 центральных квадратах, т. е. в 36/100 поля зрения. Общее число мелких частиц во всем поле зрения определяется пересчетом на все 100 квадратов (умножая найденное число соответственно на 100/16 или на 100/36 и т.д.) [6, 96].
Угольная частица подсчитывается в том квадрате, где находиться ее центр. Если центр капли лежит за пределами сетки, ее не учитывают. Результаты измерений заносятся в таблицу, в которой число частиц записывается на строке, соответствующей числу целых делений сетки, укладывающихся на диаметре частицы.
Экспериментальные данные подвергаются математической обработке и по ее результатам строятся интегральная и дифференциальная кривые распределения частиц топлива по размерам [6].
Прежде всего пользуясь ценой деления шкалы микрометрической сетки рассчитывается радиус частиц каждой функции. Средний радиус частиц во фракциигде г - средний радиус частицы; х - цена деления микроскопической сетки при данном увеличении; п - число делений шкалы, в котором укладываются частица. Затем определяется процентное содержание частиц каждой фракции по отношению к их общему количеству:
Изменение реологических свойств ВУС в зависимости от параметров гидродинамического воздействия
В таблицах 4.2 и 4.3 и на рисунках 4.13-4.17 представлены результаты исследования влияния исследуемых факторов на изменение вязкости ВУС.
В ходе регрессионного анализа было установлено, что степенная модель наиболее качественно описывает связь между напряжением и скоростью сдвига ВУС. В частности коэффициент & уравнения (4.1), также известный как коэффициент консистентности, изменялся от 55 для суспензии, обработанной в течение 3 мин. до 24,5 для суспензии, обработанной в течение 6 мин., а индекс потока (показатель нелинейности), соответственно, от 0,72 до 0,52. (таблица 4.9).где т - напряжение сдвига, Па, у - скорость сдвига, с"1, п - показатель нень-ютоновости.
Результаты сопоставления данных измерений и результатов расчета приведены на рисунке 4.18 и в [96]. Диапазон скоростей сдвига, приведенный на нем, наиболее часто встречается в технологиях использования ВУС. В более широком диапазоне скоростей сдвига отличие вязкостей, полученных в результате обработки в течении различного времени, нивелируется и поведение водоугольной суспензии описывается степенным законом с коэффициентом консистентности, равном 48 и индексом потока 52 (рисунок 4.16).
Проведенный анализ показал, что выбранная модель описания реологии свойств водоугольной суспензии как неньютоновской жидкости, имеющей структурную вязкость, подтверждается в том числе и данными математического анализа, хорошо коррелируется с данными, полученными другими исследователями. Существенно реологические характеристики зависят от времени обработки в диапазоне малых скоростей сдвига (рисунки 4.12 и 4.13).
Рисунок 4.16 - Сопоставление расчетных и экспериментальных зависимостей напряжения сдвига от скорости сдвига при различном времени обработки
Проиллюстрированные в п. 4.1-4.3 зависимости стабильности, гранулометрического состава и вязкости от конструктивных параметров кавитатора и времени обработки позволяет сделать следующие выводы: седиментационная устойчивость достигнута только для проб, прошедших кавитационную обработку длительностью более 3-х минут и имеющих концентрацию, близкую к предельной (когда меньшим количеством воды смочить весь объем угольной пыли не удается). Описание явлений, ответственных за нахождение ВУС в со стоянии равновесия, достаточно подробно приведено в разделе 1, в качестве же факторов, измененных в результате настоящего исследования, можно выделить:. Измельчение частиц, причем существенное увеличение мелкой (менее 50 мкм) фракции, которая, по-видимому, и сформировала новую «дисперсион ную среду»; 2. Гранулометрический состав твердой фазы ВУС, который в результате обработки удалось приблизить к бимодальному и тримодальному, являющийся по литературным данным наиболее компактной упаковкой для такого рода поли дис персных систем; 3. Свойства воды, измененные в результате кавитационной обработки, а значит и электростатических силы, действующие в суспензии. Достаточно наглядно динамику кавитационного воздействия иллюстрирует изменение вязкости в зависимости от продолжительности обработки. Результаты экспериментов сопоставимы с результатами других авторов и подтверждают предположение о том, что водоугольная суспензия ведет себя как псевдопластическая жидкость, в которой зависимость напряжения сдвига от скорости сдвига подчиняется степенному закону.
Сравнивая результаты, приведенные в разделе 1 (рисунок 1.5), и полученные в ходе описываемых работ можно сделать вывод о том, что динамическая вязкость всех проб, прошедших кавитационную обработку ниже замеренных авторами у ВУС из бурого угля Канско-Ачинского бассейна [112].Анализируя значения ju при скорости сдвига 9 с"1 суспензий с массовой концентрацией наполнителя 49 и 50 %, обработанных в суперкавитационном смесителе в течение различного времени (рисунок 4.14), можно сделать следующие заключения о том, что с увеличением времени кавитационной обработки вязкость ВУС до определенного предела растет. Уменьшение вязкости пробы с концентрацией 49 %, обработанной в течение 7 мин. может свидетельствовать о том, что для этой зависимости такой предел найден. Зависимость изменения динамической вязкости от скорости сдвига для суспензии с концен трацией 50 % располагается параллельно 1-й, что позволяет сделать предположение о расположении максимума значений в области большего времени обработки. С точки зрения промышленного использования, полученные реологические характеристики вполне приемлемы для схем получения энергии, описанных в обзоре, уже после обработки на предлагаемом оборудовании в течение минимального времени.
Целями термогравиметрического анализа исследуемых образцов эксперимента являются:1) определение температур начала и окончания процессов и температурных интервалов их протекания по данным ДТА, ТГ и ДТГ;2) определение изменений массы образца на характеристических этапах термолиза;3) определение скоростей (максимальных) изменения массы;4) определение характера (знака) тепловых эффектов - эндо- или экзотермические процессы;5) определение величины теплового эффекта;6) составление заключения о виде (типе) процесса в различных характеристических температурных интервалах по совокупности термоаналитических данных.
Чувствительность кривых: STr =100 мг; ДТА = 1000 цУ; ДТГ = 500 цУ; ТГ = 500 цУ; шкала температур - 1000 С. Нагрев производился в окислительной среде, характеристики образцов и процесса представлены в таблице 4.5.
На термограммах (рисунки 4.17-4.20) возможно выделить три процесса: выделение влаги, выгорание органической составляющей и разложение зольного остатка. Определены: температура начла, температура максимума и температура окончания для каждого процесса. Вычислены: потеря массы в % и скорость потери массы. Результаты опытов сведены в таблицу 4.6 и опубликованы в [97].
