焦煤流化床及微波干燥动力学研究

摘要

焦煤的干燥是提高我国焦煤利用和转化效率的有效手段之一。流化床干燥作为一种结构简单、操作方便、传热传质速率高、热效率高的干燥技术，已广泛应用于煤干燥领域；而微波干燥作为一种新兴的高效环保干燥技术，因其具有选择性加热、加热速率快、加热均匀、热效率高等优点，正在逐渐为煤干燥工业所接受。因此，本文将通过对河南平煤八矿-焦煤的流化床和微波干燥动力学的研究，为焦煤乃至炼焦煤的干燥技术发展提供理论支持和基础数据，也为我国焦炉用煤水分偏高的问题提供一种有效的解决手段。
　　本文首先对河南平煤八矿-焦煤的基础物性参数进行了测试，测试发现河南平煤八矿-焦煤是一种低灰、低硫、中等挥发分含量的优质炼焦煤；其堆积密度为0.754g/cm3，真密度为1.334 g/cm3；煤样的哈氏可磨性指数为104.06；粒径为以大颗粒（>3.3mm）的焦煤煤样最多，占56.86％；所研究煤样为小孔径煤，具有较大的传质阻力，与常见的多孔介质一样，焦煤水分的传递遵循多孔介质的水分传递规律。
　　为研究河南平煤八矿-焦煤的流化床干燥动力学，设计并建立了实验室规模的流化床干燥实验系统（5kg/h）。通过实验研究可知，随着热风温度、热风速度和初始水分的增加，和煤样粒径、床层高度的减小，焦煤流化床干燥加快，干燥速率增大；对流化床干燥动力学的分析可知，除Wang and Singh模型外，其余模型均可很好的预测河南平煤八矿-焦煤的流化床干燥动力学行为，而Page模型MR=exp(?ktn)是适于描述本文所研究的河南平煤八矿-焦煤流化床干燥动力学的最佳模型。
　　通过对河南平煤八矿-焦煤的微波干燥特性实验研究发现，当焦煤粒径小于1mm时，随着焦煤粒径、微波功率和初始含水量的增加，相同时间内煤样失水量增加，干燥速率增大，而随着粒径和微波功率的增大，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；对微波干燥动力学的分析可知，Diffusion approach模型MR=aexp(-kt)+(1-a)exp(-kbt)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。
　　对流化床和微波干燥前后的河南平煤八矿-焦煤进行了FTIR分析，分析可知，流化床热风干燥焦煤时，焦煤有轻微的氧化发生，且氧化主要发生在环烷碳和脂肪碳上，温度越高氧化程度也越高，而流化床热风干燥对河南平煤八矿-焦煤其他官能团无明显影响；微波干燥不会对河南平煤八矿-焦煤的有机官能团造成明显影响，但微波干燥减弱了河南平煤八矿-焦煤中含硫官能团的吸收峰，微波干燥有助于焦煤的脱硫。

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1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 干燥动力学理论

1.3 煤干燥技术研究现状

1.4 煤干燥动力学研究现状

1.5 本文研究内容

2 焦煤基本物性参数测试

2.1 工业分析

2.2 元素分析

2.3 密度测试

2.4 可磨性测试

2.5 粒径分布

2.6 比表面积及孔径分布

2.7 本章小结

3 焦煤流化床干燥动力学研究

3.1 流化床干燥器实验台架系统设计

3.2 焦煤流化床干燥特性实验

3.3 焦煤流化床干燥特性分析

3.4 焦煤流化床干燥动力学分析

3.5 本章小结

4 焦煤微波干燥动力学研究

4.1 焦煤微波干燥特性实验

4.2 焦煤微波干燥特性分析

4.3 焦煤微波干燥动力学分析

4.4 本章小结

5 焦煤干燥过程化学结构变化研究

5.1 实验方案及过程

5.2 流化床干燥煤样FITR分析结果

5.3 微波干燥煤样FITR分析结果

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文及参与项目