焦煤微波干燥特性及动力学研究

为探索焦煤微波干燥技术的基本理论,通过河南平煤八矿-焦煤微波干燥实验,研究焦煤颗粒粒径、微波功率和初始含水量对焦煤干燥特性的影响,利用薄层干燥动力学模型对实验数据进行拟合,探讨适于描述焦煤微波干燥动力学的最佳模型。结果表明,当焦煤粒径小于1 mm时,随着焦煤粒径、微波功率或初始含水量的增加,相同时间内煤样失水量增加,干燥速率增大;而随着粒径或微波功率的增大,干燥达到平衡的时间减少,但初始水分对干燥达到平衡的时间没有显著影响;焦煤微波干燥过程有一个非常短暂的预热升速阶段和恒速干燥阶段和一个长时间的降速干燥阶段,粒径、微波功率和初始水分越大,恒速干燥阶段越短暂;在常用薄层干燥动力学模型中,Diffusion approach模型是适于描述河南平煤八矿-焦煤微波干燥动力学的最佳模型。     

微波吸收剂对褐煤微波提质的影响规律

褐煤微波辐照过程中,仅有煤中的水分和微量物组分对微波的吸收能力强,如果在微波辐照过程中添加吸收微波能力强的微波吸收剂,可以加强褐煤微波提质过程。以褐煤半焦和活性炭为微波吸收剂,运用微波干燥试验设备,对锡林郭勒褐煤进行了微波干燥脱水试验研究,分析了微波场中吸收剂对褐煤水分脱除的影响规律,探索了吸收剂对微波提质褐煤的理化特性的提升机理。结果表明:加入微波吸收剂后的微波提质过程依然遵循微波脱水提质的预热,升速和等速干燥;微波提质褐煤的煤质明显提高,含氧官能团数量降低,自燃情况得到抑制。与没添加吸收剂煤样相比,加入微波吸收剂后的提质煤样水分含量降低1.6%、脱水率提高了9.46%、脱水速率提高了0.013%/s;碳元素含量提高2%、氧含量降低0.8%;干燥无灰基低位发热量增加1 059.318 k J/kg和干燥无灰基高位发热量增加了1 059.99 k J/kg;燃点最高可提高23℃。     

干燥脱水对褐煤理化结构和加氢转化性能的影响

通过低温干燥法脱除一种褐煤中的水分,并采用低场核磁共振、傅里叶变换红外光谱、物理吸附和扫描电镜等方法对脱水过程中褐煤中水分的赋存状态、褐煤的化学组成、表面孔结构及微观形貌等特征进行了表征,结合脱水前后褐煤在煤/油加氢共炼过程中转化率的变化情况,深入了解褐煤中水分对褐煤理化结构和加氢转化性能的影响。研究结果表明,褐煤中水分的脱除分为2个阶段,第1个阶段为准稳态干燥阶段,水分基本脱除,且脱除速度较快;第2个阶段为降速干燥阶段,水分的脱除量较小。该褐煤中的水分存在不冻水、吸附水、颗粒间水和自由水4种赋存状态,其中吸附水与不冻水占绝大比例,在准稳态干燥阶段较易脱除,剩余水分更多地存在于褐煤的微孔中,且自由度不断降低。通过低温干燥,褐煤中水分质量分数降低,C/H原子增加,煤的高位发热量增加程度较大,表明脱水过程对褐煤具有明显的提质效果。脱水后褐煤的固定碳与挥发分质量比、表面官能团种类基本不变,表明脱水过程对褐煤分子结构影响较小。然而,随着脱水程度的提高,褐煤更易破碎,平均孔径逐渐减小,BET比表面积和孔容逐渐增加,均在低温干燥两个阶段的分界处达到极值。此外,水分的脱除可明显提高褐煤在煤/油加氢共炼反应中的转化率和油收率,与未脱水时的褐煤(水分质量分数为15.65%)相比,水分质量分数降低至0.52%时褐煤的转化率提高了12.82%,油收率提高了11.79%,在此过程中,吸附水与不冻水为主要脱除组分,颗粒间水和自由水质量分数以及褐煤分子结构基本不变,说明褐煤中的吸附水与不冻水是影响褐煤加氢转化的重要组分。     

褐煤干燥特性与动力学研究

褐煤粒径分布宽,成分多样,初始含水率多变,干燥特性复杂。考察了粒度、密度、初始含水率和温度对褐煤干燥特性的影响,得到了褐煤含水率随干燥时间的变化规律,建立了褐煤干燥动力学方程。结果表明：褐煤干燥经历快速干燥和慢速干燥两个阶段,干燥速率随密度和温度增大而增大,随粒度、初始含水率增大而减小|干燥动力学最佳模型为Page模型,模型常数与粒度、密度、初始含水率和温度有经验关系,方程能较好地预测干燥过程中褐煤的动态含水率。     

粒径对褐煤非薄层干燥及干燥褐煤自燃与复吸特性的影响

研究了非薄层状态下昭通褐煤粒径对其干燥及干燥褐煤自燃、复吸特性的影响。采用褐煤非薄层干燥实验装置,测定了不同粒度褐煤非薄层干燥残留水分含量变化,实验结果表明粒度较小的样品具有较高的干燥速率,当褐煤粒度降低至临界粒度(2～5 mm)时,进一步降低粒度不会促进褐煤干燥速率的提升;非薄层干燥过程中仅观察到了升速干燥阶段和降速干燥阶段,且最大干燥速率显著低于褐煤薄层干燥研究中的最大干燥速率;褐煤非薄层干燥中样品温度、残留水分为非均匀分布,通过数值模拟发现样品表层和中心区域温度、残留水分存在显著的梯度,温度、残留水分分布呈现分层现象,温度分布数值模拟结果在褐煤非薄层干燥中试实验中得到验证。采用交叉点温度法与绝热氧化速率法测定了干燥后褐煤的自燃特性,在交叉点温度测试过程中自然对流主导热质传递,小于临界粒度时进一步减小褐煤粒度其交叉点温度无明显变化;在绝热氧化速率测试过程中强制对流主导热质传递,绝热氧化速率随褐煤粒度减小持续降低。干燥后褐煤非薄层复吸时,粒度较小的样品具有较高的复吸速率,当褐煤粒度降低至临界粒度时,进一步降低粒度不会导致复吸速率的增加。非薄层状态下褐煤干燥及干燥褐煤自燃与复吸特性均与...     

维多利亚褐煤的机械热压脱水过程研究

研究了维多利亚褐煤在机械热压系统中,150℃,3~24MPa梯级压力作用下的脱水过程。结果表明,此条件下,最终得到干基水分0.31g/g干煤的样品,脱水率达到66.3%。热压过程分为主固结和次固结阶段,主固结阶段主要是褐煤颗粒间隙和孔隙中水分脱除,脱水速度快,是造成脱水的主要环节;次固结过程,褐煤骨架蠕变变形造成体积减少,脱水速率不断降低。随压力梯级增加,煤中大孔和中孔逐渐坍塌,脱水难度不断增大,主固结环节和次固结环节的脱水速率均逐步降低,但是直到24MPa,水分仍在降低,未达到150℃脱水终点。     

云南褐煤的脱水实验研究

采用热风干燥法和微波脱水法对小龙潭褐煤进行干燥脱水实验,并模拟南方空气湿度条件对干燥脱水后褐煤的水分回吸进行了实验研究.结果表明:温度和时间是影响热风干燥脱水效率的主要因素,干燥脱水效率随着干燥温度的升高和干燥时间的延长而提高,但当干燥温度大于等于160℃,干燥时间为25min时,继续延长干燥时间,干燥脱水效率提高不明显,微波有效输出功率和脱水时间是影响微波脱水效率的主要因素,褐煤粒径对热风干燥的影响比微波脱水大,褐煤干燥脱水的理想目标值为15%左右.     

微波干燥软锰矿机理研究

采用微波加热法对软锰矿进行了深度干燥,考察了微波功率、物料质量、物料原始含水率、物料粒径等对其干燥效果的影响。结果表明物料在微波干燥180 s时达到最大脱水速率,且采用微波干燥在800 s时间内可将物料脱水至3.83%;原料质量一定时,随着微波功率的增大,有利于提高物料的脱水速率;微波功率一定时,在一定范围内增大物料质量和含水率,脱水速率就越快,干燥效果越好;物料粒径并非越小越好,反而大一些粒径的物料有助于物料加速脱水过程。     

褐煤脱水动力学性能试验研究

为考察褐煤在不同湿含量和温度下的动态脱水特性,以含氧量约10.5%的烟气为脱水介质,采用流化床脱水装置系统对采自内蒙古东部的褐煤进行脱水试验。结果表明：褐煤的流化床脱水过程分为恒速脱水阶段和降速脱水阶段,平均脱水速率随脱水温度的升高而增加。当脱水温度高于220℃时,只需5 min即可达煤样的拐点干基湿含量值（5%）;在260℃脱水温度下平均脱水速率为4.33 kg/min。最后利用傅里叶变换红外光谱仪分析了流化床脱水煤样的结构变化,发现脱水后煤样中含氧官能团降幅较大,吸收强度仅为原煤的51.03%,煤样的主体结构未发生变化。     

微波干燥褐煤复吸特性研究

为了研究干燥后褐煤的水分复吸情况及其影响因素,对蒙东褐煤进行了微波干燥试验,在300W、600W、900W的微波功率下对不同粒级的褐煤分别进行干燥,继而研究褐煤粒度和微波功率对干燥后褐煤复吸水分情况的影响,并与热风干燥进行对比。结果表明:与热风干燥相比,微波干燥后褐煤的水分复吸更少,并且相对湿度越高这种优势越明显;在微波干燥中,干燥后褐煤的复吸能力与颗粒粒度大小以及微波功率成正相关。     

基于微波技术的褐煤脱水实验研究

 褐煤的脱水是褐煤利用的前提和基础,基于微波辐射的干燥原理,对内蒙古额吉褐煤进行微波干燥实验研究。考察了干燥时间、煤样粒径、微波功率、加热方式对褐煤脱水提质的影响,得到工艺条件为：干燥时间5min、微波功率720w、褐煤粒径3~6mm、加热方式为间歇加热,褐煤脱水率为64.10%。     

细粒褐煤干燥的影响因素研究

利用红外水分仪对3mm以下细粒褐煤进行干燥实验,主要研究了粒径、温度、灰分和重介质对干燥效果的影响,并使用有效水分扩散系数对干燥效果进行动力学分析,结果表明:温度和粒径对细粒褐煤干燥效果有重要影响,随着粒径的减小,干燥速率增大,有效水分扩散系数减小;随着温度的升高,干燥速率增大,有效水分扩散系数增大;灰分含量的提高,使干燥速率降低,有效水分扩散系数减小;添加重介质(磁铁矿粉和磁珠)后,干燥性能会变强,其中加磁珠时干燥效果最好,在磁珠含量占50%时可以达到最佳的干燥效果。     

褐煤微波脱水过程中水分的迁移规律和界面改性研究

针对褐煤脱水能耗高、易复吸的难题,运用自制微波脱水系统,对蒙东褐煤进行5种不同功率和4种不同粒度的脱水实验。建立了褐煤微波脱水的数学模型并采用有限差分法求解,实验结果与模型计算结果吻合良好。采用扫描电镜(SEM)和低温氮吸附仪测定脱水前后煤样的表面形态和孔隙结构。采用化学滴定法测定羧基和酚羟基官能团的变化。通过恒温恒湿复吸实验和热重分析确定煤样的复吸和自燃特性。发现微波脱水后褐煤复吸水分远低于热风干燥褐煤的19.87%,着火点也由原煤的275 ℃提高到295 ℃以上。说明微波脱水后褐煤的界面稳定性得到改善,不易复吸和自燃。     

云南昭通褐煤低温热干燥特性的研究

采用低温加热法,以云南昭通褐煤为研究对象,以温度、煤粉粒度为变量,研究其对褐煤干燥特性的影响。结果表明:随干燥温度的提高和煤粉粒径的减小,干燥速率增大,蒸发同样水分的时间缩短,结束干燥的时间提前;温度至少在100℃以上进行云南昭通褐煤的干燥较为适宜;根据实验数据分析计算,发现Hii等人的干燥模型最适合昭通褐煤的低温热干燥过程模拟。     

基于振动混流技术的褐煤干燥试验研究

以SZ-200 t/h型振动混流干燥系统为研究对象,在不同热风温度、褐煤粒径及给煤量工况条件下进行了神华金峰矿褐煤干燥特性的试验研究,探讨了煤样粒径、给煤量、入口风温等因素对褐煤干燥特性的影响规律。结果表明:在干燥温度一定的工况下,褐煤粒径对干燥速率影响高于给煤量的影响,而且粒径越小,褐煤气化的比表面就越大,从而大大加速了干燥过程,粒径是影响换热的主要因素;提高干燥热风温度,减小褐煤粒径及给煤量,褐煤干燥效果越好、品质越高,即去水率越大,发热量越高,同时干燥速率也越大。     

褐煤经微波改性后界面性质的变化对其成浆性的影响

在900 W功率下考察了不同微波辐照时间对褐煤界面性质的影响,同时考察了这些变化对褐煤成浆性的影响。利用化学滴定法、低温氮吸附法和扫描电镜,探讨了煤样的表面含氧官能团、孔隙结构、表面形貌及分形维数在微波辐照后的变化。试验结果表明:随着微波辐照时间的增加,褐煤的含水率及脱水速率逐渐降低;褐煤表面含氧官能团含量逐渐降低;煤样的比表面积先升高后逐渐降低,平均孔径和孔体积均先降低然后再逐渐升高;煤粒表面逐渐趋于平整光滑;煤样孔隙的分形维数逐渐减小。将这些煤样制浆后发现褐煤的定黏浓度由原煤的51.3%上升到微波辐照12 min时的54.58%。