电厂燃煤低温干燥机理研究

摘要

在任何煤炭利用的过程中，干燥都是其必不可少的环节之一。煤炭干燥是一个高能耗的过程，因此进行煤干燥处理时必须要考虑燃煤干燥所带来的附加经济价值能否大于其干燥成本。对于燃煤火电厂，利用其温度低，能量品质较差的废热来解决煤炭干燥中的能源消耗，这对于提高电站热经济性、解决煤干燥的巨大能耗具有重要意义。因此要充分高效的利用这些废热，则需要探寻原煤与水分的相互作用以及在低温条件下表现的干燥特性。
　　通过理论分析和实验相结合的方法对原煤与水分的相互作用以及在低温条件下表现的干燥特性进行了研究。采用量子化学方法建立四种不同煤阶的煤表面分子片段模型，应用在B3LYP/6-311G++(d,p)下由Gaussian09软件程序包计算其表面静电势、煤吸附水的能量最小化几何构型以及其相互作用能，进一步地应用约化密度梯度函数（RDG）分析法图形化呈现不同煤阶的煤分子表面模型与水分子的弱相互作用的强度、类型和位置；采用热重-质谱联用对四种不同煤样进行了低温条件下的干燥特性研究，采用热重分析法与薄层干燥模型分别对非等温、等温干燥过程的表观动力学参数进行了计算与分析。
　　理论分析的结果表明：在表面静电势分析中，模型中含氧官能团附近区域具有很高的化学活性。水分子在不同煤阶的煤表面分子模型的吸附属于物理吸附，大部分是以氢键作用形式与煤分子模型产生相互作用，剩下的则是范德华弱相互作用。H2O吸附点更多的位于煤表面分子模型中的侧链，且更加稳定。实验分析结果表明：三维扩散模型最适合描述四种煤样的非等温干燥过程，其表观活化能E随着煤样中水分增加、升温速率的增大而增大。试验中的等温干燥速率曲线趋势都经历升速干燥阶段、恒速干燥阶段和降速干燥阶段。随着煤样中水分增加、温度升高，恒速干燥阶段有缩小的趋势。在恒定的低温度范围内样品干燥过程结束后仍会存在一定质量的水分无法在此温度条件下蒸发出去。Yagcioglu等提出的薄层干燥模型适用于描述等温干燥过程，干燥速率常数k随着煤样含水量增加而减少，随着温度升高而增加。

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第1章 绪论

1.1 选题的背景及意义

1.2 煤干燥机理研究

1.3煤干燥技术仿真与运行

1.4煤干燥新技术探索

1.5本文研究内容

第2章 量子化学与干燥动力学理论

2.1 量子化学计算方法

2.2 干燥动力学理论

2.3 本章小结

第3章 煤与水的相互作用的分子模拟

3.1 模型构建

3.2 煤与水吸附几何构型和相互作用能

3.3 RDG图形化煤分子与水体系间的弱相互作用

3.4 本章小结

第4章 煤的脱水热重分析

4.1实验部分

4.2 燃煤干燥脱水的非等温热重分析

4.3 燃煤干燥脱水的等温热重分析

4.4 本章小结

第5章 全文总结及展望

5.1全文总结

5.2下一步工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果

致谢