褐煤的熱干燥機(jī)理及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、褐煤是一種煤化程度低、水分含量高、熱值低的煤種。但因其儲(chǔ)量巨大，開(kāi)采成本低，硫、磷含量低，環(huán)境污染小，從而對(duì)褐煤的綜合利用成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)課題之一，而實(shí)現(xiàn)褐煤綜合利用的前提是對(duì)其進(jìn)行脫水提質(zhì)。熱干燥法因其去除水分高，安全可靠，設(shè)備成本低的特點(diǎn)成為當(dāng)今對(duì)褐煤干燥的主要方式之一，其主要包括流化床直接熱干燥、微波直接熱干燥、空氣直接熱干燥、間接式攪動(dòng)熱干燥等。但是，目前對(duì)褐煤熱干燥模型以及熱干燥機(jī)理的相關(guān)研究報(bào)道很少。本文研究的主要目的是建

2、立新型褐煤熱干燥模型并且探究典型熱干燥方法對(duì)褐煤本身物理化學(xué)特性、干燥脫除廢水的物理化學(xué)特性、干燥后褐煤熱解燃燒特性影響的機(jī)理。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴為了建立新型褐煤熱干燥模型，將褐煤中的水分按照其與煤的結(jié)合方式分成三種，相應(yīng)的熱干燥過(guò)程中需要的能耗分為四種。化學(xué)結(jié)合能高達(dá)數(shù)十兆焦，且此種水分含量少，在常規(guī)熱干燥情況下不考慮；在常溫常壓下水相變所需的能量為定值2.4 MJ/kg；根據(jù)量子力學(xué)相關(guān)理論，采用Lennard-Jo

3、nes10-4-3勢(shì)能方程，對(duì)水克服分子之間相互物理作用所需的能量進(jìn)行定量計(jì)算；采用平衡蒸氣壓理論對(duì)毛細(xì)管中的水分的脫除能耗進(jìn)行了計(jì)算。同時(shí)采用智能重量分析儀（IGA）對(duì)熱干燥過(guò)程中的能量進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果顯示，模型的計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)測(cè)量的結(jié)果吻合很好。最后根據(jù)模型將褐煤熱干燥過(guò)程分為三個(gè)階段，并且對(duì)每個(gè)階段的干燥經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了具體分析。⑵對(duì)褐煤間接式攪動(dòng)干燥過(guò)程的干燥特性及其過(guò)程中生成的污水的物理化學(xué)特性進(jìn)行了分析研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著干

4、燥熱源溫度的升高，使煤中官能團(tuán)發(fā)生分解，從而導(dǎo)致其化學(xué)耗氧量和總有機(jī)碳含量增加。同時(shí)其中的主要無(wú)機(jī)陰離子（F-, Cl-, Br-, PO43-, SO42-, NO3-）和主要無(wú)機(jī)陽(yáng)離子（Na+, K+, Ca2+, As3+, Fe2+, Hg2+, Mn2+, Se2+, Zn2+）逐漸從煤中溶出到水中，從而導(dǎo)致其電導(dǎo)率逐漸增加，并且其pH值和表面張力值均逐漸減小。同時(shí)對(duì)褐煤作為添加劑與污泥進(jìn)行協(xié)同干燥過(guò)程中的干燥特性進(jìn)行了研究，

5、結(jié)果發(fā)現(xiàn)褐煤的添加可以有效降低污泥干燥過(guò)程中的粘度，從而增大其干燥速率并且降低干燥能耗。⑶為了進(jìn)一步提高干燥過(guò)程中的干燥速率，探究了流化床直接熱干燥特性。褐煤顆粒粒徑是影響其流化床干燥的重要因素之一，采用低溫差示掃描量熱（DSC）技術(shù)對(duì)不同粒徑下褐煤中的水分進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示，褐煤中存在三種水分，自由水，結(jié)合水和不凍水。并且在減小褐煤粒徑的過(guò)程中，有一定量的自由水被脫除，但是結(jié)合水和不凍水的含量幾乎保持不變。然后結(jié)合流化床干燥的結(jié)果發(fā)

6、現(xiàn)其干燥過(guò)程中存在臨界粒徑尺寸：當(dāng)顆粒尺寸大于臨界粒徑時(shí)，干燥速率和顆粒粒徑幾乎沒(méi)有關(guān)系；當(dāng)顆粒尺寸小于臨界粒徑時(shí)，隨著顆粒尺寸的減小干燥速率增加。最后根據(jù)以上研究結(jié)果，設(shè)計(jì)了組合式褐煤流化床干燥系統(tǒng)。⑷探究了當(dāng)前工業(yè)應(yīng)用不成熟，但是干燥速率大，且對(duì)褐煤干燥粒徑要求低的大功率915 MHz微波直接熱干燥特性。同時(shí)對(duì)大功率915 MHz微波干燥和熱空氣干燥進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相比于熱空氣干燥，微波干燥增大了褐煤比表面積以及比體積

7、，但是褐煤中的含氧官能團(tuán)的含量明顯減小，同時(shí)C/O的比值增大。干燥后煤樣的疏水性增強(qiáng)，并且其存儲(chǔ)過(guò)程中的復(fù)吸率明顯降低，最后探討了影響褐煤復(fù)吸特性的最主要因素。⑸對(duì)大功率915 MHz微波和熱空氣干燥后的褐煤的熱解燃燒特性進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相比于熱空氣干燥，微波干燥后煤樣熱解活化能增大，熱解產(chǎn)物中氣體含量比例低，焦油含量比例高，并且焦油中對(duì)環(huán)境和人體危害較大的多環(huán)芳烴的含量低，而苯系物的含量高。在其燃燒過(guò)程中雖然其燃燒活化能增大，但