胜利褐煤流化床干燥实验研究

周晶

摘 要：中國褐煤因其高含水量、低热值和易自燃等特性，严重限制了褐煤的应用。采用流化床干燥褐煤后可以显著力高褐煤的利用价值。流化床干燥褐煤实验结果表明：流化床热风温度增大，褐煤脱水量越大，干燥效果越好；热风流速越大，干燥效果越好，随着热风流速的增大，脱水率在15min前增加相对明显，15min后效果相差较小。

关键词：褐煤；流化床；干燥特性

中图分类号：TQ536.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）07-0175-02

我国褐煤存在水分高（约为30%至60%）、热值低和二氧化碳排放量大等缺点，直接燃烧未提质的褐煤，会产生严重的环境污染。流化床作为一种高效换热器，可以改善流体与颗粒间的接触和传递，提高干燥过程的传热传质效率及能源的利用率，广泛应用于化工、冶金、能源等过程工业的非均相过程[1]。与其它干燥技术相比，流化床干燥褐煤，具有热能利用率高、干燥速率快、干燥均匀，不易产生局部过热、安全性高、能耗低和易于控制的优点，将成为最有潜力的褐煤干燥技术之一[2]。相关研究结果[3-4]表明，影响褐煤脱水效果的主要因素有干燥时间、热风温度、热风流量及煤样粒度等。本文采用流化床对胜利褐煤进行干燥实验研究，研究流化床干燥褐煤工艺实验参数。

1 实验

实验原料为胜利褐煤，煤样工业分析和元素分析见表1。由表1可知，胜利褐煤的全水分较高，发热量低。

流化床干燥褐煤实验装置如图1所示，主要包括气体预热输送系统、流化床主体、控制系统、实验架。热风系统采用电加热的方式供热，热风流量0-150m3/h，风机功率0.75kw。流化床气体分布板采用304不锈钢网板，开孔直径1mm。

2 结果与讨论

2.1 干燥时间的影响

在热风温度T=60℃，热风流速u=1.6m/s的条件下，干燥时间对褐煤干燥特性的影响如图2所示。由图2可知，在干燥时间小于20min时，褐煤脱水率增加值较大，而20min后，脱水率变化较小。在干燥初始阶段，由于褐煤变质程度较低，孔隙结构发达，主要脱除的是褐煤表面及大孔中的游离水分。当干燥时间在20min时，褐煤水分在15%左右，若需要继续干燥和脱水，即脱除毛细管中的内在水、含氧官能团上以氢键形式结合的水及少部分结晶水时，由于褐煤与结合水有较强的结合力，则需要较高的温度和时间才能够进行。

2.2 热风温度的影响

在热风流速u=1.6m/s的条件下，不同热风温度下褐煤干燥特性曲线如图3所示。由图3可以看出热风温度对褐煤干燥的影响较大，热风温度越高，褐煤脱水率越大，干燥效果越好。热风温度升高，煤表面与热空气温差增大导致汽化速率增大，水蒸气的分压力增大，水分扩散的压差增大，因此褐煤的脱水率显著提高。另外，热风温度升高增加了水分子的能量，提高了扩散速度，进而促进了水分蒸发，使得失水增加明显。

2.3 热风流速的影响

在热风温度为60℃的条件下，热风流速对褐煤干燥特性的影响如图4所示，其中0m/s代表无热风。由图4可知，热风流速越大，褐煤干燥效果越好，随着热风流速的增大，脱水率在15min前增加相对明显，15min后效果相差较小。这是由于热空气流量增大，干燥过程中水分汽化后产生的水蒸气被介质带走的速度加快，煤样表面的水蒸气分压力较热空气中得更大，水分脱除速率加快。同时，随着热风流速的增加，流量增大，与煤样之间进行传热传质的能力加强，使褐煤干燥速率增大，干燥效果变好。

3 结语

本文通过流化床干燥褐煤实验，研究了干燥时间、热风温度和热风流速等对褐煤干燥特性的影响，结果发现：热风温度增大，褐煤脱水量越大，干燥效果越好；热风流速越大，干燥效果越好，随着热风流速的增大，脱水率在15min前增加相对明显，15min后效果相差较小。在我国以煤炭为主要能源的战略背景下，研究我国丰富的蒙东地区胜利褐煤干燥，符合我国可持续发展战略和节能减排要求，同时具有较好的市场需求和产业化。

参考文献

[1]郭慕孙，李洪钟.流态化手册[M].化学工业出版社，2008.

[2]Si C D，Wu J J， Wang Y， et al. Drying of Low Rank Coals-A Review of Fluidized Bed Technologies[J]. Drying Technology，2015，33（3）： 277-287.

[3] Jin L J， Li Y， Lin L， Zou L， et al. Drying Characteristic and Kinetics of Huolinhe Lignite in Nitrogen and Methane Atmospheres[J].Fuel，2015，152（4）： 80-87.

[4]Stephen N， Balaji K. Predicting the Steam Drying Behavior of Brown Coals and Lignites[J]. Fuel，2015，159，345-353.