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胜利褐煤流化床干燥实验研究

2018-05-22周晶

中国科技纵横 2018年7期
关键词:褐煤流化床

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.

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