胜利褐煤的微波干燥特性及水分复吸行为

发布时间：2018-06-09 16:56

  本文选题：褐煤 + 微波干燥　； 参考：《太原理工大学》2017年硕士论文

【摘要】：煤炭是我国重要的一次能源,随着高品质煤储量逐渐减少,对储量相对丰富的褐煤进行开采利用受到人们的日益重视。但褐煤含水量高和干燥后易复吸水分的特点严重限制了其大规模利用,因此对其进行干燥提质和抑制提质煤的水分复吸有着重要的现实意义。微波干燥技术作为一种新型干燥技术,干燥过程物料的温度梯度与湿度梯度方向一致,具有干燥效率高和选择性强等优点,得到了广泛的应用。利用微波对褐煤进行干燥提质并抑制提质煤复吸水分也成为研究的热点,但相关的报道中关于微波对水分作用的机理及其主要的影响因素没有系统而清晰地对其进行的阐述,为掌握褐煤大规模转化利用中有效、合理提质工艺的技术操作参数,有必要对其进行更加深入的研究。论文选取胜利褐煤为研究对象,首先考察了操作条件对褐煤微波干燥特性的影响;然后,对仅含分子水煤样(MWC)和含全水分煤样(RC)的微波干燥动力学进行了研究;最后,分析了微波干燥对褐煤物化结构的影响及其与提质褐煤水分复吸行为之间的关联。研究结果主要包括以下几个方面:(1)褐煤在微波场中的干燥速率随煤样粒径的增加而增大,随质量的增加而减小,随气体流量的增加先增大后减小;不同气氛下干燥速率的大小关系为:二氧化碳氮气空气。从干燥效率方面来说,对褐煤的微波干燥,建议选择小于“饱和功率”的微波功率、合适的粒径和质量,在含有二氧化碳的气氛中使用合适的气流量进行干燥。(2)一级反应动力学方程和Two-term Exponential模型可分别描述分子水煤样和全水分煤样的恒定功率微波干燥过程;褐煤微波干燥过程中,水分有效扩散系数和干燥速率常数均随煤样粒径的增加而增大,随煤样质量的增加而减小;对全水分煤样的微波干燥,建议先选择大于550 W的微波功率脱除自由水和毛细凝聚水,然后转换为500~550 W之间的功率脱分子水,这有利于降低整个干燥过程的能耗。(3)微波干燥脱除分子水的活化能和脱除全水分的平均活化能分别为28.59 kJ·mol~(-1)和24.25 kJ·mol~(-1)。与常规热气干燥相比,微波干燥脱除全水分的平均活化能较小,这可能是微波的非热效应造成的。(4)微波干燥能够显著降低提质褐煤的比表面积、孔体积和极性含氧官能团含量,并有效抑制其复吸水分的能力。提质煤样的孔体积随微波功率和干燥时间的增加整体呈现先减小后增加的趋势,其中微波功率600 W干燥15 min的提质煤样的孔体积和比表面积最小。低相对湿度下,含氧官能团含量和比表面积是决定平衡含水量的主要因素,高相对湿度下,孔体积是决定平衡含水量的主要因素。
[Abstract]:Coal is an important primary energy in China. With the decrease of high quality coal reserves, people pay more and more attention to the exploitation and utilization of lignite, which is relatively rich in reserves. However, the characteristics of high moisture content of lignite and easy reabsorption of moisture after drying seriously limit its large-scale utilization. Therefore, it is of great practical significance to dry and improve the quality of lignite and inhibit the moisture re-absorption of coal. Microwave drying is a new drying technology. The temperature gradient of drying process is consistent with that of humidity gradient, which has the advantages of high drying efficiency and high selectivity, and has been widely used. Microwave drying and upgrading of lignite and inhibition of reabsorption of moisture from lignite have also become the focus of research, but the mechanism of microwave on moisture and its main influencing factors have not been explained systematically and clearly in related reports. In order to master the technical parameters of the mass conversion and utilization of lignite, it is necessary to study it more deeply. In this paper, Shengli lignite is chosen as the research object. The effects of operating conditions on microwave drying characteristics of lignite are investigated. The effect of microwave drying on the physicochemical structure of lignite and the relationship between microwave drying and moisture reabsorption behavior of lignite were analyzed. The results are as follows: (1) the drying rate of lignite in microwave field increases with the increase of coal particle size, decreases with the increase of mass, and increases first and then decreases with the increase of gas flow rate. The relation of drying rate in different atmosphere is: carbon dioxide nitrogen air. In terms of drying efficiency, it is suggested that microwave power less than "saturation power", appropriate particle size and mass should be chosen for microwave drying of lignite. The first order reaction kinetics equation and Two-term exponential model can describe the constant power microwave drying process of the molecular water coal sample and the all moisture coal sample in the atmosphere containing carbon dioxide, while in the lignite microwave drying process, the first order reaction kinetics equation and the Two-term exponential model can be used to describe the process of microwave drying of lignite. The moisture effective diffusion coefficient and drying rate constant increased with the increase of coal particle size and decreased with the increase of coal sample mass. It is suggested that the free water and capillary condensate water should be removed by microwave power greater than 550 W, and then converted to the power demolecular water between 500 W and 550 W. This can reduce the energy consumption of the whole drying process. 3) the activation energy of the molecular water and the average activation energy of the removal of total water are 28.59 kJ / mol ~ (-1) and 24.25 kJ / mol ~ (-1) ~ (-1), respectively. Compared with conventional hot gas drying, the average activation energy of total moisture removal by microwave drying is smaller, which may be due to the non-thermal effect of microwave. (4) Microwave drying can significantly reduce the specific surface area, pore volume and the content of polar oxygen-containing functional groups of lignite. And effectively inhibit its ability to reabsorb water. With the increase of microwave power and drying time, the pore volume and specific surface area of extracted coal samples decreased firstly and then increased, and the pore volume and specific surface area of coal samples dried with microwave power 600W for 15 min were the smallest. At low relative humidity, the content of oxygen functional groups and specific surface area are the main factors to determine the equilibrium water content, and the pore volume is the main factor to determine the equilibrium water content at high relative humidity.
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TD849.2

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本文编号：2000448