本文關(guān)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(luò)預(yù)測

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【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(yīng)用,取得了顯著的社會和經(jīng)濟(jì)效益。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和技術(shù)研發(fā)水平的不斷提高,一方面要求拓寬制漿煤種,實(shí)現(xiàn)燃料和原料的靈活多樣化；另一方面要求進(jìn)行配煤制漿以適應(yīng)煤種多變的基本國情。因此,進(jìn)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(zhì)程度的煤炭、石油焦和油砂,進(jìn)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(luò)預(yù)測成漿濃度的數(shù)學(xué)模型,應(yīng)用分形理論深入分析研究了單煤和配煤微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征及與成漿特性的關(guān)系。對20余種不同變質(zhì)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(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)煤的內(nèi)水.含氧量、煤階(O/C、O/H)、含氧官能團(tuán)等是影響煤成漿的主要因素,內(nèi)水高、含氧量大、含氧官能團(tuán)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(jìn)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(qiáng)的煤種含量增加會導(dǎo)致配煤成漿性變差,表面疏水性強(qiáng)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(quán)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(jìn)行配煤制漿時(shí)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(xì)顆粒搭配制漿能提高煤種成漿濃度1-2%以上。應(yīng)用分形理論對單煤和配煤成漿過程中微觀孔隙結(jié)構(gòu)變化及與成漿性的關(guān)系進(jìn)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(jié)構(gòu)參數(shù)和成漿性之間的線性相關(guān)度都不明顯。配煤的分形維數(shù)D2與孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)和配煤成漿性之間有良好的線性相關(guān)關(guān)系,相關(guān)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(diào)增加的變化趨勢,而平均孔直徑和成漿濃度則呈單調(diào)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(guān)關(guān)系,相關(guān)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(jié)構(gòu)參數(shù)之間具有較高的線性相關(guān)度,而且D2還可以用來描述煤樣孔隙結(jié)構(gòu)的空間粗糙度,因此D2更適合用來評價(jià)煤樣的成漿性能。進(jìn)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(bǔ)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(zhì)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(luò)的預(yù)測配煤成漿濃度的數(shù)學(xué)模型,結(jié)果表明最佳的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)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(shí)驗(yàn)煤種范圍內(nèi))。利用PSO算法全局尋優(yōu)的特點(diǎn),進(jìn)一步構(gòu)建了PSO-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,并預(yù)測配煤成漿濃度,預(yù)測平均絕對誤差僅為0.32%,預(yù)測精度優(yōu)于普通的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。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(yù)測精度,為多種含碳原料制備高濃度漿體提供技術(shù)支持和理論依據(jù)。
【關(guān)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(luò)
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)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(jié)構(gòu)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(shù)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(shù)發(fā)展21-23
• 1.2.3 國內(nèi)水煤漿技術(shù)的發(fā)展23-26
• 1.2.4 水煤漿制備技術(shù)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(shù)的研究35-40
• 1.4.1 動力配煤技術(shù)研究35-36
• 1.4.2 含碳燃料混配制漿技術(shù)研究36-39
• 1.4.3 配煤制漿技術(shù)研究39-40
• 1.5 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)40-42
• 1.5.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展40-41
• 1.5.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用41-42
• 1.6 研究內(nèi)容及方法42-43
• 2 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jié)構(gòu)48-49
• 2.1.5 含氧官能團(tuán)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(jié)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(zhì)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(zhì)特性對單煤成漿性的影響74-79
• 3.4.1 煤種內(nèi)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(tuán)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(tuán)80-82
• 3.5.2 X射線光電子能譜分析含氧官能團(tuán)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(jié)93-96
• 4 配煤成漿特性及煤種相互作用機(jī)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(jié)123-124
• 5 配煤過程微觀孔隙結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)參數(shù)與成漿性之間的關(guān)系133-135
• 5.4 不同煤種的微觀孔隙結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)參數(shù)與成漿性之間的關(guān)系144-146
• 5.4.5 煤樣的分形維數(shù)與煤質(zhì)特性之間的關(guān)系146-150
• 5.5 小結(jié)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)樣品及實(shí)驗(yàn)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(jī)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(shí)間對水焦?jié){穩(wěn)定性影響175-177
• 6.5 小結(jié)177-179
• 7 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測配煤成漿濃度179-195
• 7.1 引言179
• 7.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理與結(jié)構(gòu)179-183
• 7.2.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)179-182
• 7.2.2 配煤訓(xùn)練樣本182-183
• 7.3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法及參數(shù)的確定183-188
• 7.3.1 訓(xùn)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(luò)預(yù)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(luò)預(yù)測結(jié)果189-191
• 7.5 PSO-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測配煤成漿濃度191-193
• 7.5.1 PSO-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)191-193
• 7.5.2 六因子PSO-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測結(jié)果193
• 7.6 本章小結(jié)193-195
• 8 全文總結(jié)及展望195-202
• 8.1 全文總結(jié)195-199
• 8.2 主要創(chuàng)新點(diǎn)199-201
• 8.3 工作展望201-202
• 參考文獻(xiàn)202-222
• 作者簡歷222-223

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3 李悅;煤化工企業(yè)配煤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];西安科技大學(xué);2014年

4 陳美辰;焦化廠配煤優(yōu)化技術(shù)的研究與應(yīng)用[D];東北大學(xué);2011年

5 李元坷;火電廠配煤系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];西安工業(yè)大學(xué);2011年

6 焦發(fā)存;配煤對煤灰熔融特性和灰渣粘度影響的實(shí)驗(yàn)研究[D];安徽理工大學(xué);2006年

7 馮婷;煤的結(jié)構(gòu)參數(shù)與動力配煤指標(biāo)的計(jì)算方法研究[D];新疆大學(xué);2012年

8 陶培生;配煤技術(shù)在提高冶金焦性能及控制焦炭成本中的應(yīng)用[D];華東理工大學(xué);2014年

9 曹貴杰;煤巖配煤技術(shù)的研究與應(yīng)用[D];北京化工大學(xué);2012年

10 畢然;秦皇島港動力配煤業(yè)務(wù)優(yōu)化研究[D];燕山大學(xué);2014年

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本文編號：934088