常溫循環(huán)流化床(CFB)煙氣脫硫技術(shù)與濕法脫硫技術(shù)相比，具有工藝系統(tǒng)簡單、投資低、耗水量少、占地少、副產(chǎn)品呈干態(tài)易于處理等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用的CFB常溫半干法煙氣脫硫工藝中，采用石灰漿滴包裹的煤灰顆粒作為脫硫劑顆粒。整個(gè)脫硫過程反應(yīng)與含濕煤灰顆粒的干燥烘干過程有密切的關(guān)系。因此，研究煤灰顆粒在實(shí)際脫硫條件下的干燥烘干過程，有助于加強(qiáng)對整個(gè)脫硫過程的了解，以及在此基礎(chǔ)上對脫硫系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化分析和設(shè)計(jì)。
氣流干燥烘干過程由于傳熱、傳質(zhì)和能量的耦合作用而變得非常復(fù)雜。在干燥烘干過程中，沿著干燥烘干管的高度方向，顆粒的特性以及氣流的性質(zhì)都會發(fā)生顯著變化。國外學(xué)者提出了一些模型來描述氣流干燥烘干過程，在這些模型中，絕大多數(shù)模型都是假設(shè)顆粒的性質(zhì)均勻并且不隨干燥烘干過程的進(jìn)展而發(fā)生粒徑的收縮，并且只考慮在穩(wěn)定條件下的一維流動干燥烘干過程，這一類的模型有Thorpe、Wint和Coggan在1973年建立的模型，Matsumoto和Pei以及Martin和Saleh在1984年建立的模型，Saastamoinen在1992年建立的模型等，富通新能源銷售木屑顆粒機(jī)、木屑烘干機(jī)等生物質(zhì)燃料成型、木屑烘干等機(jī)械設(shè)備。
由于干燥烘干過程同被干燥烘干物質(zhì)的特性有非常密切的關(guān)系，因此針對不同物質(zhì)的干燥烘干模型會有很大差別。迄今為止，國內(nèi)外尚未檢索到公開發(fā)表的關(guān)于含濕煤灰顆粒氣流干燥烘干過程的相關(guān)研究文章。因此，有必要對含濕煤灰顆粒在氣流干燥烘干條件下的干燥烘干特性進(jìn)行研究。
本文提出了一個(gè)描述含濕煤灰顆粒氣流干燥烘干過程的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行了數(shù)值求解，得到了不同條件下含濕煤灰顆粒的干燥烘干曲線。通過與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較，驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。
1、實(shí)驗(yàn)研究
本文建立的顆粒氣流干燥烘干實(shí)驗(yàn)臺系統(tǒng)如圖1所示。由鼓風(fēng)系統(tǒng)、空氣加熱系統(tǒng)、空氣加濕系統(tǒng)、給料系統(tǒng)、干燥烘干管、測量系統(tǒng)、物料收集系統(tǒng)7部分組成。干燥烘干管由5節(jié)長度800 mm、內(nèi)徑108 mm的管段任意連接而成，最大高度4m。
實(shí)驗(yàn)用的煤灰取自清華大學(xué)試驗(yàn)電廠的CFB常溫半干法煙氣脫硫試驗(yàn)裝置中的灰料，灰粒徑采用英國產(chǎn)Mastersizer2000型粒徑分析儀進(jìn)行分析，得到煤灰顆粒的平均粒徑為d=78.8um。
對于煤灰顆粒的臨界含濕量，采用熱重分析儀(TGA)對飛灰顆粒在30℃和40℃下的干燥烘干過程進(jìn)行分析，其結(jié)果見表1。
從表中可以看出煤灰顆粒的臨界含濕量在10%～13%之間，但是在氣流干燥烘干情況下，顆粒的臨界含濕量要相應(yīng)發(fā)生變化。
在實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備階段，將煤灰配成含濕量一定的均勻狀態(tài)后放入密閉的給料斗中，并取樣測定其含濕量。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，再測定收集到的顆粒含濕量，就可得到干燥烘干管入口和出口的顆粒含濕量差。
在實(shí)驗(yàn)過程中，空氣通過電加熱器的加熱達(dá)到預(yù)定溫度，再由加濕器加濕到預(yù)定的濕度后，由風(fēng)機(jī)鼓入干燥烘干管段內(nèi)。首先轉(zhuǎn)動蝶閥使Y形管道連接到布袋除塵裝置，等干燥烘干管內(nèi)空氣達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，再轉(zhuǎn)動蝶閥使管道連接到顆粒收集裝置，采集樣品顆粒。實(shí)驗(yàn)中不同高度試樣的獲得可以通過改變組成干燥烘干管所用管段的多少來實(shí)現(xiàn)。例如，要測量1.6 m高度上顆粒的含濕量，可以在氣流出口處安裝2個(gè)管段，在管段的末端連接Y形管，這樣收集到的顆粒即為1.6 m高度上的樣品。
2、數(shù)值模擬
文中相關(guān)參數(shù)所表示的意義及單位見表2。
基于氣流干燥烘干的特點(diǎn)，本文對含濕煤灰顆粒的氣流干燥烘干過程作了如下一些合理的假設(shè)：
(1)在實(shí)驗(yàn)條件下，干燥烘干管內(nèi)無返混現(xiàn)象；
(2)以煤灰顆粒的平均粒徑表征顆粒大小，并且顆粒都是球形的；
(3)忽略氣流和管壁之間以及顆粒和管壁之間的摩擦阻力；
(4)干燥烘干氣體為理想氣體；
(5)質(zhì)量、熱量和動量的交換只發(fā)生在氣固兩相中；
(6)顆粒是由連續(xù)的多孔介質(zhì)和水組成；
(7)只考慮氣流溫度和濕度在干燥烘干管高度方向上的變化；
(8)固體顆粒在干燥烘干管的橫截面上均勻分布。
在此基礎(chǔ)上，本文建立了如下煤灰顆粒氣流干燥烘干數(shù)學(xué)模型。
