微波辐射对褐煤干燥及脱水煤水分复吸的影响

摘要

随着社会经济的发展，能源的不断消耗，优质煤资源储量已显现出不足的态势，年轻褐煤的有效开发利用成为了现阶段的热门问题。但褐煤因具有含水量高，和热值较低的缺点，导致其进一步利用受到很大的限制。而干燥提质后的褐煤又因内部孔隙结构发达，表面亲水性含氧官能团极其丰富，而导致其易于复吸环境中的水分。因此，若想大规模地对褐煤资源进行开发和利用，对褐煤进行合理的干燥脱水，同时尽可能减少其水分复吸能力的必要性就不言而喻，本文拟将基于此通过合适的干燥方式及其脱水机理的掌握，探讨影响提质褐煤产生复吸行为的主要原因。微波干燥作为一种新型的干燥技术，目前已广泛应用在食品、木材、医药等多个领域，在褐煤的提质中也有一些研究，但纯微波辐射对褐煤提质过程的影响及其在影响提质褐煤复吸水分行为中的作用还有待分析研究。本文首先进行了可原位检测煤样质量变化并在微波存在与否两种方式下操作的多功能微波热重干燥系统的构建，然后在不同条件下对胜利褐煤进行了微波干燥和相同温度轨迹的热气干燥实验研究。
　　本研究主要内容包括：⑴微波干燥褐煤时，240W低功率微波对褐煤的干燥无明显作用，其质量基本保持不变;随着微波功率的增大，褐煤的脱水效率和干燥速率都显著提升，但存在微波利用率的最佳值，本研究中560 W的使用功率显示了最大的微波利用效率。⑵微波干燥过程中褐煤表面温度的变化也分为三个阶段。第一个阶段温度持续升高，第二阶段温度会保持在100℃附近，此时温度达到了水的沸点，大量自由水在此阶段脱除;待自由水基本脱除完全后，进入第三个阶段，温度再次持续升高。⑶与褐煤表面温度的变化类似，褐煤在微波条件下的干燥过程也大致分为预热阶段，恒速干燥段和降速干燥段三个过程。表面自由水主要在前两个阶段被脱除，而降速干燥段则主要脱除的是褐煤内部的结构水。⑷随微波辐照时间的持续增加，微波能的利用率呈现先升高后降低的态势，在辐照时间为3min时微波能利用率达到最大值。相对于常规热气干燥，微波改性后褐煤复吸水分的能力得到了很好的抑制。⑸将褐煤微波脱除水分的过程看作是温度引起的热效应以及微波辐射引起的非热效应的综合作用。单就微波辐射的作用而言，它对褐煤脱水效率的提升起到明显的促进作用。在功率为560W的条件下该促进作用最为显著。⑹随着微波功率的提升，微波提质褐煤复吸水分的量逐渐增大，这主要是与干燥过程中褐煤孔结构的变化有关。但相对于热气干燥煤样，在水分完全脱除的前提下，微波辐射提质褐煤的水分吸附量明显减少，显示了微波辐射对复吸水分的行为的抑制作用。⑺不同方式干燥煤样的孔隙结构变化存在较大差异。随微波功率升高，干燥后煤样的比表面积逐渐增大，但都小于与对应功率下相同温度轨迹热气干燥后褐煤的比表面积。这一结论与提质煤水分复吸的结果相吻合。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 煤炭能源的利用形势

1．2 褐煤的特质及利用状况

1．2．1 褐煤的特质及提质的必要性

1．2．2 褐煤的利用状况

1．3 褐煤干燥技术发展现状

1．3．1 蒸发干燥技术

1．3．2 非蒸发干燥技术

1．4 微波干燥技术的应用状况

1．4．1 微波干燥原理及机理分析

1．4．2 微波干燥技术的特点

1．4．3 微波干燥技术的发展状况

1．5 褐煤中水分赋存形式及提质过程中的结构变化

1．5．1 褐煤中水分的赋存形式

1．5．2 褐煤提质过程中物理化学结构的变化

1．6 褐煤提质后复吸水分的特性

1．7 论文选题依据和研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验用煤样

2．2 实验仪器

2．3 煤样的干燥与水分复吸实验

2．3．1 煤样的干燥

2．3．2 干燥褐煤的水分复吸实验

2．4 样品表征

2．4．1 煤样全水分的测定

2．4．2 样品的孔结构表征

2．4．3 煤样表面含氧官能团的测定

第三章 微波干燥褐煤的过程

3．1 微波输出功率对褐煤水分脱除效率的影响

3．2 微波干燥时褐煤表面温度的变化

3．3 微波干燥褐煤的能耗分析

3．3．1 辐照时间对微波利用率的影响

3．3．2 微波功率和脱水率对微波利用率的影响

3．4 微波改性对褐煤水分复吸的影响

3．5 本章小结

第四章 纯微波辐射对褐煤干燥和复吸的影响

4．1 微波辐射对褐煤干燥的影响

4．2 微波辐射对褐煤复吸的影响

4．3 微波辐射对褐煤物理化学结构变化的影响

4．3．1 物理结构的影响

4．3．2 含氧官能团的影响

4．4 本章小结

第五章 结论与建议

5．1 结论

5．1．1 微波条件下褐煤的干燥行为

5．1．2 微波干燥过程中非热效应的影响

5．2 建议

参考文献

致谢

硕士期间论文发表情况