基于分形级配理论的油井水泥体系设计及评价

针对目前油井水泥混合料配比设计困难、缺乏合理颗粒级配模型的现状,基于分形几何理论建立了颗粒群分形连续级配模型。利用激光粒度测试仪分析了级配原材料的粒径分布状况,并将分形级配模型与Andreasen方程进行对比,得到实现最紧密堆积的分形维数范围。结合塔里木现场要求取分形维数为2.561,优化设计出浆体密度为1.40 g/cm3的三元体低密度水泥浆体系,并对体系性能进行了室内评价。结果表明,该体系水泥石抗压强度(24 h)大于18.4 MPa,养护压力对强度影响很小,水泥浆失水量和游离液含量较低,稠化和流变性能满足要求,体系稳定性好,验证了体系粒径分布的合理性和分形级配模型的可行性。

三峰分形级配水煤浆提浓技术研究

水煤浆气化采用传统单磨机工艺制浆时存在煤浆浓度低、流动性和雾化性较差等问题,基于粒度级配理论方法,在水煤浆中加入细浆和超细浆,实现水煤浆三峰分形级配,分析了三峰分形级配水煤浆提浓技术理论,论述了三峰分形级配煤浆提浓技术在山西阳煤丰喜泉稷能源有限公司的工业应用情况。结果表明,采用三峰分形级配提浓技术后,水煤浆浓度由60. 10%提高到64. 19%,提高了4. 09%;有效气含量由79. 91%提高到82. 12%,提高了2. 21%;比氧耗降低了35 m^3/km^3,比煤耗降低了20 kg/km^3。吨合成氨耗煤量减小0. 05 t,吨煤增合成氨量增加0. 024 t。三峰分形级配提浓技术的成功研发使得水煤浆技术具有了制浆浓度高、煤种适应性宽、效率高、能耗更低的技术特点,将取代能耗高、效率低的常规棒磨机制浆工艺。

三峰分形级配水煤浆提浓技术研究

为提高煤炭气化转化效率,论述了三峰分形级配制浆技术原理和技术特点,通过实验室研究,对单磨机制浆工艺和三峰分形级配制浆工艺进行对比,分析不同工艺下制取的水煤浆成浆性能;在中煤陕西榆林能源化工有限公司原有单磨机制浆单元基础上采用三峰分形级配提浓技术进行工业示范,通过分析项目可行性、技术方案等,对比投产前后的运行效果。实验室研究表明,在单棒磨机制浆工艺条件下,添加0.18%的ZM型添加剂时,水煤浆浓度仅为61.4%,水煤浆粒度级配不合理、流动性和稳定性差。而在三峰级配工艺最佳配比85∶10∶5条件下,水煤浆浓度能提高至65.5%,与单棒磨机制浆工艺相比,浓度提高4.1%,且水煤浆流动性和稳定性显著改善。工业运行结果表明,相同条件下,水煤浆槽水煤浆浓度由改造前的61.7%提高至目前的65.5%,1 000 Nm^3CO+H_2比煤耗降低了40.76 kg;1 000 Nm^3CO+H_2比氧耗降低了33.44 Nm^3,有效合成气含量提高1.48%。采用三峰分形级配提浓技术后,气化水煤浆的煤浆质量及气化效率有显著改善。

基于分形级配理论的低密度水泥浆体系设计方法

现场对漂珠、微硅和水泥的三元复配低密度水泥浆各组分优化配比缺乏定量的计算方法,难以满足紧密堆积的技术要求。借助分形级配模型,结合漂珠、水泥和微硅粒径分布情况,通过筛选合理的分形维数,确定了实现三者紧密堆积的最佳质量配比,有效提高了水泥石的强度特征。在基本配方的基础上,开发出密度为1.33g/cm^3的低密度水泥浆体系,其综合性能满足鄂尔多斯地区固井作业需要。

三峰分形级配提浓技术在中煤陕西公司的应用实践

针对单棒磨机制浆工艺存在煤浆粒度级配不合理、煤浆浓度低、影响煤炭气化转化效率和能耗等问题,研发了三峰分形级配提浓技术。介绍了三峰分形级配提浓技术的原理,对比了采用三峰分形级配提浓技术前后煤浆的成浆性能,并将该技术应用于中煤陕西公司煤制烯烃项目煤浆制备系统,分析了项目实施前后的煤浆性能。结果显示:采用三峰分形级配提浓技术后,煤浆质量分数提高3.8～4.7个百分点,比煤耗、比氧耗分别降低40.76 kg/1 000 m^3、33.44 m3/1 000 m^3,有效合成气体积分数提高1.48～3.29个百分点,煤浆的稳定性和流动性明显改善。

嵌挤密实型沥青混合料级配分形评价

通过对SAC型沥青混合料级配进行分形回归计算分析,表明嵌挤密实型混合料级配是一度域与二度域分形的结合模式,结合现有分形级配评价模式提出了嵌挤密实型混合料级配的分形评价模式。在此基础上,应用已有5组嵌挤密实型混合料级配及其马歇尔试验和车辙试验数据对该评价模式进行验证。结果表明:嵌挤密实型混合料级配的分型评价模式能够定量反映级配内在分布规律;该分形评价模式的分维数成为嵌挤密实型混合料级配与沥青混合料性能之间的桥梁。

水煤浆粒度级配模型和实践的研究进展

水煤浆是一种煤基液态燃料,具有与燃料油相似的物理特性,是煤炭高效清洁利用的一个重要途径,可显著减少NOx和SO2的排放。目前我国水煤浆需求量已突破2.5亿t/a,粒度级配作为影响水煤浆浓度的重要因素,使不同大小的煤颗粒互相填充,尽可能减少空隙,提高颗粒的堆积效率和水煤浆浓度。分析了粒度级配对水煤浆的影响,指出在水煤浆制浆过程中,粒度级配只涉及物理破碎和研磨,能耗相对较小,显著提升浓度,具有广泛的适用性和经济性。论述了近年来新发展的粒度级配理论和模型,特别是隔层堆积理论和分形级配理论,并给出了具体的计算方法和公式,以及假设和适用性。通过举例给出近年来隔层堆积理论的发展和应用,以及对于堆积效率的具体评价;分析了分形级配理论的可行性和新的研究进展,以及在指导烟煤和褐煤级配时的应用效果;给出了三峰级配的工艺流程、级配方案和工业实践案例。在粒度级配提高水煤浆浓度的基础理论和应用实践方面,国内外学者已做大量工作。但在具体的理论细节方面,如隔层堆积对于任意粒度分布的简化计算、分形级配的拟合精度以及三峰级配的粒度堆积评价还需更深入的研究。在级配理论应用于实践过程中,基础理论和工业实践的结合还有待于进一步提高。在粒度级配基础上,建议引入内在水分等影响因素,建立跨煤种的预测模型。

煤矸石路基填料的筛分与渗透分析

筛分试验及级配曲线能直观反映煤矸石作为路基填料可以达到的密实程度,本文通过渗透试验对煤矸石的渗透系数进行了分析,且定性分析最佳压实状态下煤矸石填料的空隙率,也通过分析煤矸石填料作路基的渗透系数,从而达到指导路基分层铺筑压实工序的效果。并且通过分析筛分与渗透数据,比较了 3种不同煤矸石作路基填料的差异。并引入分形级配曲线图与不均匀系数的对比,从两个角度说明三种煤矸石填料是优秀级配。

多因素对沥青混合料空隙率影响的正交试验分析

根据分形级配理论进行矿料级配设计,把粗级配分形维数D_c、细级配分形维数D_f、粗细级配用量比、油石比和压实次数作为沥青混合料空隙率影响因素,采用正交试验分析方法进行试验分析,找出其对沥青混合料空隙的影响程度和变化规律,为优化沥青混合料配合比设计提供依据。

水煤浆提浓技术及其工业应用

水煤浆浓度偏低会限制其高效利用,粒度级配为水煤浆提浓技术的关键要素。对比改造前后的制浆系统工艺流程,结合分形级配理论对粒度分布与成浆性关系进行分析,即利用PFC2D对单峰和双峰级配煤粉的堆积效率进行计算分析,并对改造方案进行运行效果评价。结果表明:利用平均粒径15μm的煤粒填充平均粒径125μm的煤粒,形成的双峰级配堆积效率最高可达83.52%,较单峰级配提高4.2%,即分级研磨堆积效率高于单磨机的堆积效率,采用双峰级配制浆工艺时适当增大细粒含量至约20%则可制得较高浓度的水煤浆。在工业上利用分级研磨制浆工艺进行验证,通过对比改造前后气化水煤浆的质量指标及相关气化参数,发现采用改造工艺后水煤浆浓度提高了2.6个百分点,析水率减少了0.6个百分点,流动性得到明显改善;水煤浆浓度提高后,气化炉的比煤耗降低了18 kg/1000 Nm^3,比氧耗降低了12 Nm^3/1000 Nm^3,有效气体积分数提高了1.69个百分点,吨精甲醇耗煤减少0.07 t,吨精甲醇耗氧减少29 Nm^3。

Three-dimensional analysis of a thick FGM rectangular plate in thermal environment

The thermal behavior of a thick transversely isotropic FGM rectangular plate was investigated within the scope of three-dimensional elasticity. Noticing many FGMs may have temperature-dependent properties, the material constants were further considered as functions of temperature. A solution method based on state-space formulations with a laminate approximate model was proposed. For a thin plate, the method was clarified by comparison with the thin plate theory. The influences of material inhomogeneity and temperature-dependent characteristics were finally discussed through numerical examples.