本文關鍵詞：含碳固體燃料混合成漿特性及配煤成漿濃度神經(jīng)網(wǎng)絡預測

  更多相關文章： 水煤漿 石油焦 油砂 成漿特性 配煤成漿 分形理論 神經(jīng)網(wǎng)絡

【摘要】：水煤漿是一種新型的清潔代油燃料和氣化原料,已在我國得到較大規(guī)模的推廣應用,取得了顯著的社會和經(jīng)濟效益。隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展和技術研發(fā)水平的不斷提高,一方面要求拓寬制漿煤種,實現(xiàn)燃料和原料的靈活多樣化；另一方面要求進行配煤制漿以適應煤種多變的基本國情。因此,進行多種含碳原料制備高濃度漿體和配煤制漿已成為漿體燃料發(fā)展趨勢。本文針對多種不同變質程度的煤炭、石油焦和油砂,進行了單一燃料成漿特性和多種燃料共成漿特性研究,建立了配煤神經(jīng)網(wǎng)絡預測成漿濃度的數(shù)學模型,應用分形理論深入分析研究了單煤和配煤微觀孔隙結構特征及與成漿特性的關系。對20余種不同變質程度的煤的理化特性及成漿特性、流變特性、觸變性、穩(wěn)定性進行了研究,發(fā)現(xiàn)煤的內水.含氧量、煤階(O/C、O/H)、含氧官能團等是影響煤成漿的主要因素,內水高、含氧量大、含氧官能團豐富、煤階低,則成漿性能差,成漿濃度低。添加劑也是影響水煤漿性能的重要因素,在含碳燃料的成漿過程中,添加劑能夠改善煤表面的潤濕性,降低煤水界面張力,提高煤表面Zeta電位,從而促進煤的成漿特性。配煤制漿中,難成漿的煤種摻混成漿性好的煤種可以有效提高混合煤的成漿性,反之亦然；合理的配煤甚至能使配煤的成漿濃度比任何參與的單煤的成漿濃度都高。配煤中親水性強的煤種含量增加會導致配煤成漿性變差,表面疏水性強的煤種含量的增加會改善配煤成漿性。配煤煤種的粒徑分布也會影響配煤的成漿性,粒徑分布不同的煤種的成漿濃度與線性加權的擬合值之間的誤差較大,也就是說粒徑分布使得配煤制漿表現(xiàn)出非線性的現(xiàn)象,二種粒徑相差大的煤種進行配煤制漿時能獲得更高的成漿濃度。無論單煤雙峰級配還是配煤雙峰級配,粗細顆粒搭配制漿能提高煤種成漿濃度1-2%以上。應用分形理論對單煤和配煤成漿過程中微觀孔隙結構變化及與成漿性的關系進行了研究。研究表明無論是配煤還是單煤,分形維數(shù)D1與煤樣的孔隙結構參數(shù)和成漿性之間的線性相關度都不明顯。配煤的分形維數(shù)D2與孔隙結構參數(shù)和配煤成漿性之間有良好的線性相關關系,相關系數(shù)R2在0.8562-0.9434之間。隨著配煤D2的增加,配煤的BET比表面積和總孔容積呈單調增加的變化趨勢,而平均孔直徑和成漿濃度則呈單調降低的變化規(guī)律。單煤的D2與煤樣的BET比表面積和平均孔直徑有良好的線性相關關系,相關系數(shù)R2分別為0.8977和0.8625。無論是配煤還是單煤,D2不僅與煤樣孔隙結構參數(shù)之間具有較高的線性相關度,而且D2還可以用來描述煤樣孔隙結構的空間粗糙度,因此D2更適合用來評價煤樣的成漿性能。進行了含碳燃料與煤共成漿特性研究,發(fā)現(xiàn)了煤與油砂、石油焦等含碳燃料混合成漿能取長補短,獲得更好的成漿效果。油砂與煤混合制漿的研究表明在油砂漿中加入煤粉能有效降低漿樣的粘度,增加漿體的定粘濃度。這兩種作用效果能有效降低油砂漿的粘度。石油焦與褐煤混合制漿的研究表明隨著摻焦比的增加,煤焦?jié){的成漿濃度顯著提高,假塑性特性逐漸減弱。煤焦?jié){中褐煤質量的比例增加,混合漿體的析水率將顯著下降,漿體的穩(wěn)定性得到了改善。以煤樣的平均粒徑(D)、水含量(Mad)、灰含量(Aad)、揮發(fā)分(Vad)、氧含量(Oad)、二種煤的配比(R)為輸入因子,建立了多種不同因子數(shù)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡的預測配煤成漿濃度的數(shù)學模型,結果表明最佳的BP神經(jīng)網(wǎng)絡預測配煤成漿濃度平均絕對誤差為0.47%,而線性擬合誤差為0.90%(實驗煤種范圍內)。利用PSO算法全局尋優(yōu)的特點,進一步構建了PSO-BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型,并預測配煤成漿濃度,預測平均絕對誤差僅為0.32%,預測精度優(yōu)于普通的BP神經(jīng)網(wǎng)絡。本文的研究有助于含碳漿體燃料和原料范圍的拓寬,提高配煤成漿濃度的預測精度,為多種含碳原料制備高濃度漿體提供技術支持和理論依據(jù)。
【關鍵詞】：水煤漿 石油焦 油砂 成漿特性 配煤成漿 分形理論 神經(jīng)網(wǎng)絡
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ517;TP183
【目錄】：

• 致謝5-7
• 摘要7-9
• Abstract9-17
• 1 緒論17-43
• 1.1 研究背景17-21
• 1.1.1 我國能源消耗結構17-18
• 1.1.2 油氣資源短缺現(xiàn)狀18-19
• 1.1.3 開發(fā)水煤漿替代燃料的必要性19-21
• 1.2 水煤漿技術的發(fā)展及現(xiàn)狀21-30
• 1.2.1 含碳漿體燃料的分類21
• 1.2.2 國外水煤漿技術發(fā)展21-23
• 1.2.3 國內水煤漿技術的發(fā)展23-26
• 1.2.4 水煤漿制備技術26-29
• 1.2.5 漿體燃料的發(fā)展趨勢29-30
• 1.3 水煤漿特性的研究30-35
• 1.3.1 水煤漿的流變特性30-32
• 1.3.2 水煤漿粘度的影響因素32
• 1.3.3 水煤漿添加劑的研究32-35
• 1.4 混配制漿技術的研究35-40
• 1.4.1 動力配煤技術研究35-36
• 1.4.2 含碳燃料混配制漿技術研究36-39
• 1.4.3 配煤制漿技術研究39-40
• 1.5 人工神經(jīng)網(wǎng)絡40-42
• 1.5.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡的發(fā)展40-41
• 1.5.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡的結構及應用41-42
• 1.6 研究內容及方法42-43
• 2 實驗方法及儀器43-57
• 2.1 煤及水煤漿特性測試方法及儀器43-50
• 2.1.1 煤樣的制備和粒度分析43-44
• 2.1.2 實驗室水煤漿制備方法和儀器44-46
• 2.1.3 煤的表面特性46-48
• 2.1.4 煤的微觀孔隙結構48-49
• 2.1.5 含氧官能團49-50
• 2.2 水煤漿成漿特性的研究方法及儀器50-52
• 2.2.1 濃度測量方法及儀器50-51
• 2.2.2 粘度測量方法及儀器51-52
• 2.3 水煤漿流變特性的研究方法52-54
• 2.3.1 水煤漿的流變特性52-53
• 2.3.2 流變特性研究方法53-54
• 2.4 水煤漿穩(wěn)定性研究方法及儀器54-56
• 2.4.1 觀察法54
• 2.4.2 析水法54-55
• 2.4.3 棒穿法55
• 2.4.4 倒置法55-56
• 2.4.5 冰凍分析法56
• 2.5 本章小結56-57
• 3 單煤水煤漿成漿特性及其影響因素的研究57-96
• 3.1 引言57
• 3.2 煤質特性分析57-58
• 3.3 單煤水煤漿成漿特性研究58-74
• 3.3.1 單煤水煤漿的定粘濃度58-59
• 3.3.2 單煤水煤漿的流變特性59-67
• 3.3.3 單煤水煤漿的觸變特性67-72
• 3.3.4 單煤水煤漿的穩(wěn)定特性72-74
• 3.4 煤質特性對單煤成漿性的影響74-79
• 3.4.1 煤種內水對單煤成漿性的影響74-75
• 3.4.2 煤種氧含量對單煤成漿性的影響75
• 3.4.3 煤階對單煤成漿性的影響75-76
• 3.4.4 煤種灰分對單煤成漿性的影響76-79
• 3.5 煤含氧官能團對單煤成漿性的影響79-85
• 3.5.1 紅外光譜分析含氧官能團80-82
• 3.5.2 X射線光電子能譜分析含氧官能團82-85
• 3.6 添加劑對單煤成漿性的影響85-93
• 3.6.1 添加劑種類對單煤成漿性的影響86-87
• 3.6.2 添加劑對單煤水煤漿穩(wěn)定性的影響87-89
• 3.6.3 添加劑對煤表面潤濕性的影響89-90
• 3.6.4 添加劑對水煤漿分散系界面張力的影響90-91
• 3.6.5 添加劑對單煤表面Zeta電位的影響91-93
• 3.7 本章小結93-96
• 4 配煤成漿特性及煤種相互作用機理96-124
• 4.1 引言96
• 4.2 配煤成漿特性研究96-106
• 4.2.1 配煤成漿特性96-100
• 4.2.2 配煤成漿的流變性100-104
• 4.2.3 配煤成漿的穩(wěn)定性104-106
• 4.3 煤種間的作用對配煤成漿的影響106-112
• 4.3.1 煤表面特性影響106-108
• 4.3.2 煤表面特性和粒度分布雙重影響108-110
• 4.3.3 配煤成漿濃度變化的非線性規(guī)律110-112
• 4.4 粒度級配成漿特性112-123
• 4.4.1 煤種粒度分布112
• 4.4.2 單煤級配成漿特性112-116
• 4.4.3 配煤級配成漿特性116-122
• 4.4.4 配煤級配穩(wěn)定性122-123
• 4.5 本章小結123-124
• 5 配煤過程微觀孔隙結構及其分形特征124-152
• 5.1 引言124
• 5.2 分形理論及模型選擇124-126
• 5.3 配煤的微觀孔隙結構及其分形特征126-135
• 5.3.1 煤樣的吸脫附等溫曲線126-129
• 5.3.2 煤樣的微觀孔隙結構129-131
• 5.3.3 煤樣的分形維數(shù)131-133
• 5.3.4 配煤的分形維數(shù)和孔隙結構參數(shù)與成漿性之間的關系133-135
• 5.4 不同煤種的微觀孔隙結構及其分形特征135-150
• 5.4.1 煤樣的吸脫附等溫曲線135-138
• 5.4.2 煤樣的微觀孔隙結構138-141
• 5.4.3 煤樣的分形維數(shù)141-144
• 5.4.4 煤樣的分形維數(shù)和孔隙結構參數(shù)與成漿性之間的關系144-146
• 5.4.5 煤樣的分形維數(shù)與煤質特性之間的關系146-150
• 5.5 小結150-152
• 6 含碳燃料與煤共成漿特性研究152-179
• 6.1 引言152-153
• 6.2 油砂與煤共成漿特性研究153-160
• 6.2.1 實驗樣品和測試方法153
• 6.2.2 油砂漿的成漿特性153-158
• 6.2.3 油砂與煤共成漿特性158-160
• 6.3 石油焦與煤共成漿特性研究160-171
• 6.3.1 實驗樣品及實驗方法160-161
• 6.3.2 煤焦?jié){的粘濃特性161
• 6.3.3 摻焦比對煤焦?jié){成漿性的影響161-162
• 6.3.4 摻焦比對煤焦?jié){流變性的影響162-167
• 6.3.5 煤焦?jié){的穩(wěn)定性167-168
• 6.3.6 石油焦與褐煤的表面特性及相互作用機理168-171
• 6.4 冰凍切片法研究漿體的穩(wěn)定性171-177
• 6.4.1 固液懸浮漿體穩(wěn)定性的研究背景171-172
• 6.4.2 快速冰凍切片法172-173
• 6.4.3 漿體制備及粒度分布173
• 6.4.4 切片法研究粘度對水焦?jié){穩(wěn)定性影響173-175
• 6.4.5 切片法研究靜置時間對水焦?jié){穩(wěn)定性影響175-177
• 6.5 小結177-179
• 7 人工神經(jīng)網(wǎng)絡預測配煤成漿濃度179-195
• 7.1 引言179
• 7.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡原理與結構179-183
• 7.2.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡179-182
• 7.2.2 配煤訓練樣本182-183
• 7.3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡算法及參數(shù)的確定183-188
• 7.3.1 訓練算法183-186
• 7.3.2 歸一化處理186-187
• 7.3.3 隱含層神經(jīng)元數(shù)量187-188
• 7.4 不同輸入因子的BP網(wǎng)絡預測188-191
• 7.4.1 配煤成漿濃度的非線性特征188-189
• 7.4.2 不同因子的BP神經(jīng)網(wǎng)絡預測結果189-191
• 7.5 PSO-BP神經(jīng)網(wǎng)絡預測配煤成漿濃度191-193
• 7.5.1 PSO-BP神經(jīng)網(wǎng)絡特點191-193
• 7.5.2 六因子PSO-BP神經(jīng)網(wǎng)絡預測結果193
• 7.6 本章小結193-195
• 8 全文總結及展望195-202
• 8.1 全文總結195-199
• 8.2 主要創(chuàng)新點199-201
• 8.3 工作展望201-202
• 參考文獻202-222
• 作者簡歷222-223

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