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直管式气流干燥器干燥褐煤的试验研究_图文

第3期 20lO年6月
COAL








TECHNOLOGY

No.3 Jun.2010

PREPARATION

文章编号:‘to()l一3571(2010 J

03一0016一04

直管式气流干燥器干燥褐煤的试验研究
田忠坤 (煤炭科学研究总院唐山研究院,河北唐山063012)

摘要:阐述了褐煤干燥加工的意义及对洁净煤技术发展的影响,分析了褐煤水分的赋存状态及脱
除特性,并根据气流干燥的原理,开发设计了直管式气流干燥器试验装置。通过分析系统运行温 度数据,认为:整个干燥过程分为加速干燥阶段和等速干燥阶段,加速阶段的距离占整个干燥器

总长度的20%,传热量占整个干燥过程传热量的70%;等速阶段的距离占整个干燥器总长度的 80%,传热量占整个干燥过程传热量的30%。根据试验结论,提出了直管式气流干燥器长度两 段计算法,同时结合系统运行工况,建立了试验线数值模型,并对试验结果进行了预测。 关键词:直管式气流干燥器;褐煤;水分;加速干燥;等速干燥
中图书分类号:TD946.2+3 文献标识码:A



褐煤气流干燥的意义 我国褐煤资源丰富,其中已探明的褐煤保有量

2 2.1

褐煤水分特性及试验设备
褐煤水分赋存状态及脱除性

达l 303亿t,约占全圜煤炭储量的13%。但是,

水分高是褐煤的重要特征之一,其水分主要由 外在水分、内在水分和结晶水组成。一般来说,脱 除褐煤的外在水分比较容易,但要脱除褐煤的内在 水分和矿物质结晶水分则困难得多。褐煤内在水分 的脱除性取决于其孑L结构的发育程度和状态。如果 将褐煤视为由凝固的胶体网状组织和微孔系统所组 成,其空间可能充满着含水介质,可以认为:构成 网状组织的大孔和较大孔中的游离水或微弱结合的 水比较容易脱除;存于微孔系统中被紧紧吸着的水 在适当增高压力和温度下才能脱除;与煤结构中含 氧官能团呈化学吸附状态的水分只有在较高温度和 压力下才能释放出来,且过程中可能伴随产生一些 热分解反应。煤中矿物质(如粘土和硫酸钙等) 结晶水脱除亦在这种较高温度条件下才会产生【21。 试验表明,褐煤的外在水分约占全水分的 60%,内在水分约占全水分的30%,结晶水约占 全水分的10%。气流闪蒸干燥可以脱除褐煤大部 分的外在水分和极少部分的内在水分,但结晶水几 乎不能被脱除。把水分>30%的褐煤干燥到水分< 10%,呵使褐煤的热值从15MJ/kg提高到24MJ/kg
以上。 2.2气流干燥器干燥原理

由于褐煤水分高、热值低、易风化和自燃,难以洗 选和储存,单位能量的运输成本较高,长距离输送 经济性差等原因,使得褐煤的开采和利用受到很大 限制。目前,褐煤一般被作为低级燃料,在其产地 附近燃烧发电。然而,高水分的褐煤直接燃烧的热 效率较低,经济性较差,而且温室气体的排放量也 很大。在当今的世界能源形势下,褐煤的高效利用 重新得到了国际能源界的重视。如何降低褐煤水 分、提高其能量密度成为褐煤加工利用的关键问题 之一。研究表明:将水分高、热值低的褐煤脱水提 质处理后。可以显著降低煤炭水分,提高发热量, 增加产品能量密度,防止其自燃。 在众多干燥设备中,气流干燥器具有干燥强度 大、干燥时间短、热效率高、生产能力大、设备简 单、应用范围广等优点一1。而直管式气流于燥器 除具有一般气流干燥器所具有的优点外,其结构更 加简单,易于安装调试。因此,本研究选用直管式 气流干燥器对褐煤进行干燥试验研究。通过建立试 验线对褐煤进行干燥处理,研究了直管式气流干燥 器干燥褐煤的过程,并建立了数值模型,以为工业 线建设奠定理论基础。
修改稿收稿日期:2010—03—24 作者简介:田忠坤(1981一).男,山东省鱼台县人,博士,现就 职于煤炭科学研究总院唐山研究院,主爱从事矿物加1=工艺及设备 的研究与开发工作,E—mail:sdtiankun@126.COrn。联系电话:
(0315)775942I。 16

直管式气流干燥器干燥原理属对流干燥的一 种,湿物料的干燥是由传热和传质两个过程所组 成。当湿物料与热空气相接触时,干燥介质(热 空气)将热能传递至湿物料表面,由表面传递至

万方数据

第3期

田忠坤:直管式气流干爆器干燥褐煤的试验研究

2010年6月25 El

物料内部,这是一个热量传递过程;与此同时。湿 物料中的水分从物料表面通过气膜扩散到热空气 中,这是一个传质过程…。 干燥过程的本质是将除去的水分从固相转移到气 相中,固相为被干燥物料,气相为干燥介质。干燥过 程得以进行的必要条件有两个:一是湿物料表面水汽 压力大于干燥介质水汽分压,二是干燥介质将气化的 水汽及时带走。只有满足以上两个条件,褐煤表面的 水分才能气化,随着表面水分的不断气化,褐煤内部 的水分才能继续向褐煤表面移动。水分气化需要的热 量传递是由褐煤内外温度差引起的。…
2.3

3结果分析与讨论 采用直管式气流干燥器对褐煤进行了若干次干 燥试验,试验煤样采用BR褐煤(为老年褐煤),
运行效果良好。

本文选取了具有代表性的试验进行分析,通过 分析,找出了直管式气流干燥器运行参数之间的关 系,并建立了直管式气流干燥器数值模型。 在对系统进行分析时,作了如下简化: (1)试验线中直管式气流干燥器工作压力为 负压,其值较小,对褐煤的干燥作用几乎没有影 响,因此本文在传热分析中不予考虑。 (2)把整个直管式气流干燥器试验系统看作 一个绝热系统,只是在系统内部进行传热、传质作
用。
3.1

直管式气流干燥器试验系统 试验系统如图1所示。图l中的l、2、3、4、

5、6、7、8、9、10为气流干燥器不同位置的热电 偶,目的是实时检测系统不同位置的烟气温度,计 算并分析各个位置处高温烟气与褐煤的传热、传质
变化。

直管式气流干燥器运行温度分析 由表l、图2可知,直管式气流干燥器运行温度

曲线分为明显的两部分:温度t。为一簇,温度t:、t,、 t4、t5、t6、t7、ts、t9、tlo为一簇(这里tI—tlo分别为图1


中热电偶1—10记录的温度)。两簇曲线之间有较

大的间隔,第二簇曲线之间的间隔很小。系统入口t。
温度波动范围:500℃一700℃,系统出口t,。的温度 范围:loo一200℃。

直管式气流干燥器运行温度曲线分成两部分主 要是因为干燥器干燥分成两个阶段,加速干燥阶段 和等速干燥阶段。温度曲线之间的间隔大小反映了
干燥器不同位置传热量的大小。温度t。到温度t:之

间的间隔反映了直管式干燥器加速干燥阶段的传 热,温度t2、t3、t4、t5、t6、t7、t8、t9、tIo之间的间隔反映 了直管式气流干燥器等速干燥阶段的传热。由图2 可知,直管式气流干燥器加速干燥阶段的传热量远 大于等速干燥阶段。
3.2

直管式气流干燥器传热比例数据分析

+高温烟气入口
图1 童管式气流干燥器系统图

直管式气流干燥器加速干燥阶段传热比例百分
数gl为:

试验系统工作时,高温烟气从直管式气流干燥 器的下端进入,与褐煤煤粉发生剧烈的掺混后, 气、固二相流沿着干燥管运行,发生传热、传质作 用,把褐煤中的大部分水分脱除,从而实现干燥的 目的。随着气、固两相传热、传质的进行,高温气 体的温度不断降低。

吼2糍×10 %t

l一

t,


等速干燥阶段传热比例百分数艿:为:

由于对系统进行了简化,直管式气流干燥器传 热只与烟气温度的变化有关。

占,=一×o
‘tt—tto

占::生玉×100%U。


17

万方数据

第3期









2010年6月2.5日

圈2置罾式气流干燥器运行温度关系图

由表2、图3可知。在直管式气流干燥器运行 系统中,不同阶段传热量比例变化较大。加速干燥 阶段的传热量占70%左右,等速干燥阶段的传热 量占30%左右,这种比例在系统整个运行过程中 变化不大。
裘2直管式气流干燥器传热比例分析数据 试验
II—t2/t2一rio/ ℃ 192.4 329.5 385.9 418.2 407.5 371.1 408.0 445.8 3"/9.0 273.0 ℃ 198.5 81.8 141.4 100.1 115.1 140.4 122.3 89.2 146.6 239.6

图3直臂式气流干燥器传热比例分析图 3.3直管式气流干燥器两段法计算的提出 由图l、图2、图3可知,热电偶1—2之间为

直管式气流干燥器加速干燥阶段,热电偶2一lO之 间为直管式气流干燥器等速干燥阶段,物料在直管 式气流干燥器中传热量的变化是很不均匀的。加速 阶段的距离占整个干燥器总长度的20%,传热量 占整个干燥过程传热量的70%;等速阶段的距离 占整个干燥器总长度的80%,传热占整个干燥过 程传热量的30%。 因此,在对直管式气流干燥器长度进行计算 时,可以分成两个部分:加速段和等速段。当物料 进入干燥器时,物料颗粒与高速流动的高温烟气进 行混合,发生剧烈的传热、传质作用,在沿干燥器
运动方向被加速,整个加速段持续时间很短。大约 在0.1 s的时间内完成,主要的传热作用都在该段

试验 记录 记录ll 记录12 记录13

ll—t2/t2一rio/

记录
记录l 记录2 记录3


446.5 395.2 374.1 396.9 346.8 401.8 431.2 490.5 422.3 410.3

℃ 89.2 130.8 164.1 167.1 162.7 148,0 116.9 92.2 136.3 148.8

记录4
记录5 记录6 记录7 记录8 记录9 记录10

记录14
记录15 记录16 记录17

记录18
记录19 记录20

完成。大量的试验结果表明,加速段的距离不应超

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第3期

田忠坤:直管式气流干燥器干燥褐煤的试验研究

过3m¨3。加速段结束后,物料颗粒进入等速阶 段,该阶段物料颗粒的速度基本不变,与气流速度 的差值基本恒定,该阶段的传热、传质作用相对比
较缓和。大量试验表明,等速段的距离约为加速段

本文根据典型试验数据来建立直管式气流干燥器试
验线数值模型。

根据表3直管式气流干燥器运行试验数据,利 用Origin数值分析软件,建立了直管式气流二于二燥器 试验线数值模型,为:
M2=37.33l 48+0.003 25t J一0.063 02tlo一 0.005 78q+0.015 73G一0.215 37Ml,

距离的3—5倍。 直管式气流-F燥器两段法汁算比较简单,可以 很好地对采用传统计算方法计算出来的长度进行校 核,也可直接应用于简单的直管式气流于燥器试验 设备的计算。
3.4直管式气流干燥器试验线数值模型的建立

式中:肘:为提质煤粉水分,有效范围为5%一15%; t:为系统入口烟气温度,有效范围为500—700℃; f.。为气流干燥器出口烟气温度,有效范围为100— 200℃;Q为系统引风量,有效范围为750—900 m3/h;G为系统处理的原煤量,有效范围为100—
200

直管式气流千燥器运行影响因素为:系统入口 烟气温度t,、系统出口烟气温度f…系统引风量Q、 系统给料量G、原褐煤水分肘。、干燥后煤粉水分肘:。
裹3

kg/h;肘.为原煤水分,有效范围≤30%左右。

直管式气流干燥器运行工况试验数据

该数值模型可以根据试验煤样水分和直管式气 流干燥器运行工况进行干燥后煤样水分的预测,以

着今后洁净能源的发展方向。因此,直管式气流干

燥器干燥褐煤试验研究具有十分重要的理论意义和 实际价值。通过本次试验研究,可得出以下主要结
论:

便更好地指导试验。由于该数值模型是基于该试验 设备和BR褐煤得出的,因此不能简单的应用于工 业线的设计计算。但是,该数值模型可为与BR褐 煤煤质基本一致的褐煤煤样的预测提供一个有益的
参考。


(1)直管式气流干燥器的干燥过程可分为加 速干燥阶段和等速干燥阶段。加速阶段的距离占整 个干燥器总长度的20%,传热量占整个干燥过程 传热量的70%;等速阶段的距离占整个干燥器总 长度的80%,传热占整个干燥过程传热量的30%。 (2)直管式气流干燥器两段法计算比较简单, 可以很好地对采用传统计算方法计算出来的长度进
19

结论
褐煤资源丰富,面对日益紧张的能源压力,褐

煤于燥加工利用技术具有广阔的发展空间,也代表

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第3期 2010年6月
COAL








TECHNOLOGY

No.3 Jun.2010

PREPARAT!ON

文章编号:1001—3571

12010)03一0020一04

影响干扰床分选机分选效果的因素研究

涵‘,邹山宏1,惠 兵2
450007;

(1.煤炭工业郑州设计研究院有限公司选煤所,河南郑州

2.河南理工大学材料科学与工程学院,河南焦作454001) 摘要:简要介绍了新型干扰床分选机的结构,通过正交试验研究.找出了分选效率与脉动振幅、 脉动频率、上升水流量之间的最优化公式,指出上升水流量是影响分选效率的显著因素,并对分 选机的分选效果进行了评价。 关键词:干扰床分选机;振幅;频率;分选效率
中图分类号:TD942 文献标识码:A

近年来,液固流化床分选机已广泛应用于细粒 煤的分选,虽然取得了一定的效果,但也暴露出不 少弊病,如:人料粒度范围窄,可控、可调参数少 等¨矗1。针对这些弊端和不足,笔者借助于Auto- CAD、Pro/E等制图软件,并结合FLUENT流场模 拟,自行研制了新型干扰床分选机。文章对影响该 干扰床分选机分选效果的因素进行了试验研究。
1 1.1

新型干扰床分选机
结构与工作原理

新型干扰床分选机主要由分选机主体、脱水 室、给排料系统、脉动装置组成。与传统干扰床分 选机相比,其独特之处在于引入了脉动水流,并能 够通过调节脉动振幅和频率来实现高效率、高精度 的分选。其结构简图如图1所示。 其工作原理为:物料在上升水流的作用下流态 化,因密度和粒度不同形成干扰床层(政称沸嘴 床层);当床层达到稳定状态时,人料中那些密I芝 低于干扰床层平均密度的颗粒将浮起,进入溢流. 而那些比干扰床层平均密度大的颗粒就穿透床层进
入底流,从而实现分选。
修改稿收稿日期:2010—03—05 作者简介:孛 涵(1981一),女,河南平顶山人,助理工程师, 2005年毕业于河南理工大学矿物加工工程专业,现任煤炭工业邦 州设计研究院有限公司选煤所主任.主要从事选煤厂的没计工作- E—mail:Lihan—115@126.coin.联系电话:15036038096。 圈1 新型干扰床分选机结构衙圈

1.2技术特点

与传统干扰床分选机相比,该新型干扰床分选 机引入了脉动水流,并采取单边入料方式,优点在
于:

(1)由隔膜产生的脉动水流能有效地使床层 松散,从而使颗粒分层分离,同时也使得不同密度 的颗粒获得加速、减速效应,强化密度对分选效果 的主导作用,从而显著提高了分选效果。 (2)单边入料增大了设备的处理量,挡板防 止了细小的重颗粒混入精煤影响精煤质量。 该新型干扰床分选机将干扰沉降分选和跳汰分 选有机地结合起来,提高了设备的分选效果与分选 精度,从而弥补了传统分选机的不足。

行校核,也可直接应用于简单的直管式气流干燥器 试验设备的计算。 (3)建立直管式气流干燥器试验线数值模型, 可以对试验结果进行预测,以便更好地指导褐煤干
燥试验。
20

参考文献:

[1]

潘永康.王喜忠.现代干燥技术[M].北京:化
学工业出版社?1998?346 H424?

[2]

戴和武,谢可玉-褐煤利用技术[M]?北京:煤
炭工业出版社,1998.122-136?

万方数据

直管式气流干燥器干燥褐煤的试验研究
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 田忠坤, Tian Zhongkun 煤炭科学研究总院,唐山研究院,河北,唐山,063012 选煤技术 GOAL PREPARATION TECHNOLOGY 2010(3)

参考文献(2条) 1.戴和武;谢可玉 褐煤利用技术 1998 2.潘永康;王喜忠 现代干燥技术 1998

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_xmjs201003005.aspx


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