单颗粒褐煤高温烟气干燥过程研究.pdf

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1、第36卷第1期煤炭转化Vo1．36No．12013年1月C0ALC0NVERS10NJan．2013单颗粒褐煤高温烟气干燥过程研究董爱霞D张守玉。郭熙D王秀军。丁艳军董建勋吕俊复摘要以褐煤颗粒中水分蒸发界面为基础，将褐煤颗粒分为干区和湿区，干区考虑传热传质，湿区只考虑传热，并采用有限体积法，建立了一维球坐标系下单颗粒褐煤干燥脱水过程模型．利用Crank-Nicolson六点差分格式对其离散，模拟得到不同工况(初始烟温、停留时间和颗粒粒径等)下的单颗粒褐煤含湿量及其内部温度分布的动态变化．实验结果与模型模拟结果对比表明二者吻合度较好，所建干燥模型可以较好地反映褐煤干燥的实际过程．研究

2、发现，初始烟温越高、停留时间越长以及颗粒粒径越小，干燥效果越好．当粒径为20mm的褐煤颗粒在初始温度为873K的热气流下停留131S时，其含水量即可从25．3降到12以下，此时颗粒表面的温度为537K，略高于挥发分初析温度(520K)，此工况可以作为褐煤实际干燥过程中的最佳工况参照．关键词褐煤，高温烟气，干燥，数学模型中图分类号TQ536，TQo28．67，TQO18于褐煤成煤时间短，挥发分中轻质组分所占比重较0引言大，化学反应活性好，极易自燃，这就给高温干燥工我国褐煤资源十分丰富，2006年产褐煤量为艺的推广造成了一定障碍．因此，高温烟气顺流折流10511多万t，占全国原煤产量的

3、4．51．El-a]目前，下落床干燥过程中褐煤颗粒的传热传质机理研究十国内外褐煤利用途径主要是用于坑口电厂发电．然分重要．通过单颗粒褐煤干燥过程的研究可以认识而由于褐煤水分高，直接用于燃烧发电导致了火焰高温烟气顺流落塔床内的褐煤干燥机理，有利于该温度低、燃尽困难以及热效率低等问题．[4-6]同时，非工艺的开发与应用．国内外一些学者针对单颗粒物褐煤产区对煤炭资源有很大需求．为了便于运输与质干燥过程进行了一系列研究，对单颗粒干燥过程储存，拓展褐煤的利用途径，提高褐煤的市场竞争力，进行建模研究时，多数学者采用等效球体简化方法，需对褐煤进行干燥脱水提质处理．目前褐煤脱水干燥在考虑颗粒干燥过

4、程时假定蒸发界面处在颗粒表工艺大多采用低温大风量热气流干燥，可将褐煤水分面．~10-12]这种假定在颗粒内部水分流动性比较好的降低至18～2O以下，发热量增加2092kJ／kg~情况下是成立的．对于褐煤颗粒干燥来说，因为褐煤2510．4kJ／kg，需要对之进一步脱水以提高其品内部结构相对致密，所以褐煤颗粒内的水分流动性质．但是，在低温干燥情况下，即使再延长干燥时间，差，为此需要在模型中考虑颗粒干燥中蒸发界面的也难以达到深度脱水的幅度，且干燥介质用量大，产移动过程；另外，这些模型的边界条件均采用了稳态物自燃倾向增加．高温烟气顺流折流下落床褐煤干假定，应该考虑褐煤干燥过程中干燥介质物性

5、的变燥技术具有易于大型化、系统简单和过程可控等优化，才能较为准确地模拟褐煤颗粒的实际干燥过程．点，目前在中电投蒙东集团白音华煤矿用于大规模褐煤提质项目，建设年处理原煤量为200万t的褐1实验部分煤干燥示范工程，拟建设总规模达2000万t／a．[7-9]该技术避免了部分粉煤颗粒因滞留时间过长而过干1．1样品的选择及制备燥及出口煤温过高易自燃和爆炸等缺陷．干燥烟气初始温度高有利于提高脱水率和能源利用率，但由本实验选用内蒙古白音华褐煤作为实验样本，*国家科技支撑计划项目(2012BAA04B01)．1)硕士生；2)教授(通讯作者)，上海理工大学能源与动力工程学院热能工程研究所，20009

6、3上海；3)助理工程师，国电科学技术研究院，210031南京；4)副教授；6)教授，清华大学热能工程系，100084北京；5)高级工程师，中电投蒙东能源集团有限责任公司，028000内蒙古通辽收稿日期：2012—08-12；修回日期：2012-10—226O煤炭转化相关煤质分析见表1．煤样制备方法如下：用工具将1．4单颗粒褐煤干燥过程模型大块褐煤制作成不同粒径的球形颗粒，并在颗粒上不同位置(中央及表面处)用0．5mm钻头打孔定热气流介质干燥褐煤颗粒是一个复杂的过程，位，以便布置热电偶．整个干燥过程包括气一液一固多相流动以及褐煤内部表1白音华褐煤的工业分析和元素分析以及热值和褐煤表面

7、热气流介质发生的复杂的传热、传质的Table1Proximateandultimateanalysisand过程．而且，褐煤具有类似于多孔介质的复杂多样的calorificvalueofBaiyinhualignite内部结构．因此，建立完全符合实际干燥过程及褐煤性质的数学模型是很难实现的．[133本实验在建立一维干燥数学模型时，考虑到蒸发表面随着干燥进程而发生变化，将褐煤内部进行了区域划分，以褐煤中1．2实验装置水分蒸发界面为界，蒸发界面外部为干区，蒸发界面内部为湿