1、褐煤氣流干燥烘干的意義
我國(guó)褐煤資源豐富，其中已探明的褐煤保有量達(dá)l303億t，約占全國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量的13%。但是，由于褐煤水分高、熱值低、易風(fēng)化和自燃，難以洗選和儲(chǔ)存，單位能量的運(yùn)輸成本較高，長(zhǎng)距離輸送經(jīng)濟(jì)性差等原因，使得褐煤的開采和利用受到很大限制。目前，褐煤一般被作為低級(jí)燃料，在其產(chǎn)地附近燃燒發(fā)電。然而，高水分的褐煤直接燃燒的熱
效率較低，經(jīng)濟(jì)性較差，而且溫室氣體的排放量也很大。在當(dāng)今的世界能源形勢(shì)下，褐煤的高效利用重新得到了國(guó)際能源界的重視。如何降低褐煤水分、提高其能量密度成為褐煤加工利用的關(guān)鍵問題之一。研究表明：將水分高、熱值低的褐煤脫水提質(zhì)處理后，可以顯著降低煤炭水分，提高發(fā)熱量，增加產(chǎn)品能量密度，防止其自燃。
在眾多干燥烘干設(shè)備中，氣流干燥烘干器具有干燥烘干強(qiáng)度大、干燥烘干時(shí)間短、熱效率高、生產(chǎn)能力大、設(shè)備簡(jiǎn)單、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。而直管式氣流干燥烘干器除具有一般氣流干燥烘干器所具有的優(yōu)點(diǎn)外，其結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，易于安裝調(diào)試。因此，本研究選用直管式氣流干燥烘干器對(duì)褐煤進(jìn)行干燥烘干試驗(yàn)研究。通過建立試驗(yàn)線對(duì)褐煤進(jìn)行干燥烘干處理，研究了直管式氣流干燥烘干器干燥烘干褐煤的過程，并建立了數(shù)值模型，以為I業(yè)線建設(shè)奠定理論基礎(chǔ)。
2、褐煤水分特性及試驗(yàn)設(shè)備
2.1褐煤水分賦存狀態(tài)及脫除性
水分高是褐煤的重要特征之一，其水分主要由外在水分、內(nèi)在水分和結(jié)晶水組成。一般來說，脫除褐煤的外在水分比較容易，但要脫除褐煤的內(nèi)在水分和礦物質(zhì)結(jié)晶水分則困難得多。褐煤內(nèi)在水分的脫除性取決于其孔結(jié)構(gòu)的發(fā)育程度和狀態(tài)。如果將褐煤視為由凝固的膠體網(wǎng)狀組織和微孔系統(tǒng)所組成，其空間可能充滿著含水介質(zhì)，可以認(rèn)為：構(gòu)成網(wǎng)狀組織的大孔和較大孔中的游離水或微弱結(jié)合的水比較容易脫除；存于微孔系統(tǒng)中被緊緊吸著的水在適當(dāng)增高壓力和溫度下才能脫除；與煤結(jié)構(gòu)中含氧官能團(tuán)呈化學(xué)吸附狀態(tài)的水分只有在較高溫度和壓力下才能釋放出來，且過程中可能伴隨產(chǎn)生一些熱分解反應(yīng)。煤中礦物質(zhì)（如粘土和硫酸鈣等）結(jié)晶水脫除亦在這種較高溫度條件下才會(huì)產(chǎn)生。
試驗(yàn)表明，褐煤的外在水分約占全水分的60%，內(nèi)在水分約占全水分的30%，結(jié)晶水約占全水分的10%。氣流閃蒸干燥烘干可以脫除褐煤大部分的外在水分和極少部分的內(nèi)在水分，但結(jié)晶水幾乎不能被脫除。把水分> 30%的褐煤干燥烘干到水分<10%，可使褐煤的熱值從15MJ/kg提高到24MJ/kg以上。
2.2氣流干燥烘干器干燥烘干原理
直管式氣流干燥烘干器干燥烘干原理屬對(duì)流干燥烘干的一種，濕物料的干燥烘干是由傳熱和傳質(zhì)兩個(gè)過程所組成。當(dāng)濕物料與熱空氣相接觸時(shí)，干燥烘干介質(zhì)（熱空氣）將熱能傳遞至濕物料表面，由表面?zhèn)鬟f至物料內(nèi)部，這是一個(gè)熱量傳遞過程；與此同時(shí)，濕物料中的水分從物料表面通過氣膜擴(kuò)散到熱空氣中，這是一個(gè)傳質(zhì)過程。
干燥烘干過程的本質(zhì)是將除去的水分從固相轉(zhuǎn)移到氣相中，固相為被干燥烘干物料，氣相為干燥烘干介質(zhì)。干燥烘干過程得以進(jìn)行的必要條件有兩個(gè)：一是濕物料表面水汽壓力大于干燥烘干介質(zhì)水汽分壓，二是干燥烘干介質(zhì)將氣化的水汽及時(shí)帶走。只有滿足以上兩個(gè)條件，褐煤表面的水分才能氣化，隨著表面水分的不斷氣化，褐煤內(nèi)部的水分才能繼續(xù)向褐煤表面移動(dòng)。水分氣化需要的熱量傳遞是由褐煤內(nèi)外溫度差引起的。…
2.3直管式氣流干燥烘干器試驗(yàn)系統(tǒng)
試驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示。圖l中的l、2、3、4、5、6、7、8、9、10為氣流干燥烘干器不同位置的熱電偶，目的是實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)不同位置的煙氣溫度，計(jì)算并分析各個(gè)位置處高溫?zé)煔馀c褐煤的傳熱、傳質(zhì)變化。
試驗(yàn)系統(tǒng)工作時(shí)，高溫?zé)煔鈴闹惫苁綒饬鞲稍锖娓善鞯南露诉M(jìn)入，與褐煤煤粉發(fā)生劇烈的摻混后，氣、固二相流沿著干燥烘干管運(yùn)行，發(fā)生傳熱、傳質(zhì)作用，把褐煤中的大部分水分脫除，從而實(shí)現(xiàn)干燥烘干的目的。隨著氣、固兩相傳熱、傳質(zhì)的進(jìn)行，高溫氣體的溫度不斷降低。
3、結(jié)果分析與討論
采用直管式氣流干燥烘干器對(duì)褐煤進(jìn)行了若干次干燥烘干試驗(yàn)，試驗(yàn)煤樣采用BR褐煤（為老年褐煤），運(yùn)行效果良好。
本文選取了具有代表性的試驗(yàn)進(jìn)行分析，通過分析，找出了直管式氣流干燥烘干器運(yùn)行參數(shù)之間的關(guān)系，并建立了直管式氣流干燥烘干器數(shù)值模型。
在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析時(shí)，作了如下簡(jiǎn)化：
(1)試驗(yàn)線中直管式氣流干燥烘干器工作壓力為負(fù)壓，其值較小，對(duì)褐煤的干燥烘干作用幾乎沒有影響，因此本文在傳熱分析中不予考慮。
(2)把整個(gè)直管式氣流干燥烘干器試驗(yàn)系統(tǒng)看作一個(gè)絕熱系統(tǒng)，只是在系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)作用。
