勝利褐煤流化床干燥實(shí)驗(yàn)研究

周晶

摘 要：中國(guó)褐煤因其高含水量、低熱值和易自燃等特性，嚴(yán)重限制了褐煤的應(yīng)用。采用流化床干燥褐煤后可以顯著力高褐煤的利用價(jià)值。流化床干燥褐煤實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：流化床熱風(fēng)溫度增大，褐煤脫水量越大，干燥效果越好；熱風(fēng)流速越大，干燥效果越好，隨著熱風(fēng)流速的增大，脫水率在15min前增加相對(duì)明顯，15min后效果相差較小。

關(guān)鍵詞：褐煤；流化床；干燥特性

中圖分類號(hào)：TQ536.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）07-0175-02

我國(guó)褐煤存在水分高（約為30%至60%）、熱值低和二氧化碳排放量大等缺點(diǎn)，直接燃燒未提質(zhì)的褐煤，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染。流化床作為一種高效換熱器，可以改善流體與顆粒間的接觸和傳遞，提高干燥過(guò)程的傳熱傳質(zhì)效率及能源的利用率，廣泛應(yīng)用于化工、冶金、能源等過(guò)程工業(yè)的非均相過(guò)程[1]。與其它干燥技術(shù)相比，流化床干燥褐煤，具有熱能利用率高、干燥速率快、干燥均勻，不易產(chǎn)生局部過(guò)熱、安全性高、能耗低和易于控制的優(yōu)點(diǎn)，將成為最有潛力的褐煤干燥技術(shù)之一[2]。相關(guān)研究結(jié)果[3-4]表明，影響褐煤脫水效果的主要因素有干燥時(shí)間、熱風(fēng)溫度、熱風(fēng)流量及煤樣粒度等。本文采用流化床對(duì)勝利褐煤進(jìn)行干燥實(shí)驗(yàn)研究，研究流化床干燥褐煤工藝實(shí)驗(yàn)參數(shù)。

1 實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)原料為勝利褐煤，煤樣工業(yè)分析和元素分析見表1。由表1可知，勝利褐煤的全水分較高，發(fā)熱量低。

流化床干燥褐煤實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，主要包括氣體預(yù)熱輸送系統(tǒng)、流化床主體、控制系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)架。熱風(fēng)系統(tǒng)采用電加熱的方式供熱，熱風(fēng)流量0-150m3/h，風(fēng)機(jī)功率0.75kw。流化床氣體分布板采用304不銹鋼網(wǎng)板，開孔直徑1mm。

2 結(jié)果與討論

2.1 干燥時(shí)間的影響

在熱風(fēng)溫度T=60℃，熱風(fēng)流速u=1.6m/s的條件下，干燥時(shí)間對(duì)褐煤干燥特性的影響如圖2所示。由圖2可知，在干燥時(shí)間小于20min時(shí)，褐煤脫水率增加值較大，而20min后，脫水率變化較小。在干燥初始階段，由于褐煤變質(zhì)程度較低，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，主要脫除的是褐煤表面及大孔中的游離水分。當(dāng)干燥時(shí)間在20min時(shí)，褐煤水分在15%左右，若需要繼續(xù)干燥和脫水，即脫除毛細(xì)管中的內(nèi)在水、含氧官能團(tuán)上以氫鍵形式結(jié)合的水及少部分結(jié)晶水時(shí)，由于褐煤與結(jié)合水有較強(qiáng)的結(jié)合力，則需要較高的溫度和時(shí)間才能夠進(jìn)行。

2.2 熱風(fēng)溫度的影響

在熱風(fēng)流速u=1.6m/s的條件下，不同熱風(fēng)溫度下褐煤干燥特性曲線如圖3所示。由圖3可以看出熱風(fēng)溫度對(duì)褐煤干燥的影響較大，熱風(fēng)溫度越高，褐煤脫水率越大，干燥效果越好。熱風(fēng)溫度升高，煤表面與熱空氣溫差增大導(dǎo)致汽化速率增大，水蒸氣的分壓力增大，水分?jǐn)U散的壓差增大，因此褐煤的脫水率顯著提高。另外，熱風(fēng)溫度升高增加了水分子的能量，提高了擴(kuò)散速度，進(jìn)而促進(jìn)了水分蒸發(fā)，使得失水增加明顯。

2.3 熱風(fēng)流速的影響

在熱風(fēng)溫度為60℃的條件下，熱風(fēng)流速對(duì)褐煤干燥特性的影響如圖4所示，其中0m/s代表無(wú)熱風(fēng)。由圖4可知，熱風(fēng)流速越大，褐煤干燥效果越好，隨著熱風(fēng)流速的增大，脫水率在15min前增加相對(duì)明顯，15min后效果相差較小。這是由于熱空氣流量增大，干燥過(guò)程中水分汽化后產(chǎn)生的水蒸氣被介質(zhì)帶走的速度加快，煤樣表面的水蒸氣分壓力較熱空氣中得更大，水分脫除速率加快。同時(shí)，隨著熱風(fēng)流速的增加，流量增大，與煤樣之間進(jìn)行傳熱傳質(zhì)的能力加強(qiáng)，使褐煤干燥速率增大，干燥效果變好。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)流化床干燥褐煤實(shí)驗(yàn)，研究了干燥時(shí)間、熱風(fēng)溫度和熱風(fēng)流速等對(duì)褐煤干燥特性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：熱風(fēng)溫度增大，褐煤脫水量越大，干燥效果越好；熱風(fēng)流速越大，干燥效果越好，隨著熱風(fēng)流速的增大，脫水率在15min前增加相對(duì)明顯，15min后效果相差較小。在我國(guó)以煤炭為主要能源的戰(zhàn)略背景下，研究我國(guó)豐富的蒙東地區(qū)勝利褐煤干燥，符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和節(jié)能減排要求，同時(shí)具有較好的市場(chǎng)需求和產(chǎn)業(yè)化。

參考文獻(xiàn)

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