本文關(guān)鍵詞：流化床褐煤干燥的微波強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)機(jī)制

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【摘要】：中國(guó)已探明的褐煤保有儲(chǔ)量約占全國(guó)煤炭總儲(chǔ)量的13%左右。因?yàn)楹置壕哂懈吆�、低熱值和易自燃等缺點(diǎn),限制了褐煤的資源化應(yīng)用。通過干燥脫水后的褐煤,有利于貯存和長(zhǎng)距離運(yùn)輸,同時(shí)也有利于褐煤其他方面的應(yīng)用,如制備水煤漿、氣化、液化和燃燒等。本論文利用我國(guó)蒙東地區(qū)豐富的褐煤資源,研究褐煤在流化床微波強(qiáng)化干燥過程中的流動(dòng)特性、干燥特性、干燥傳熱傳質(zhì)機(jī)理和工藝路線,符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和節(jié)能減排要求。流化床微波強(qiáng)化干燥褐煤技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)褐煤的大規(guī)模提質(zhì)利用,具有較好的市場(chǎng)前景和應(yīng)用價(jià)值。通過表觀氣速和床層壓降的關(guān)系可以確定流化床褐煤的最小流化速度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:煤樣裝填量和顆粒粒度對(duì)床層壓降影響較大。褐煤的最小流化速度隨氣體溫度的升高有所減小,而隨顆粒粒度的增大而增大,與床層高度關(guān)系不大。采用歐拉-歐拉雙流體模型對(duì)冷態(tài)流化床褐煤的流動(dòng)特性進(jìn)行數(shù)值模擬,采用Syamlal-O’Brien曳力模型和有限體積法控制方程的離散,床層壓降和最小流化床速度模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好。流化床微波強(qiáng)化干燥實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:隨著微波功率和氣體溫度的增大,褐煤脫水率增大,干燥效果較好;干燥初期褐煤脫水率隨著氣體速度的增大而增大;粒度對(duì)褐煤微波流化干燥效果的影響較小。對(duì)不同干燥條件下的褐煤干燥特性進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)相對(duì)于熱風(fēng)流化干燥和微波干燥,褐煤流化床微波強(qiáng)化干燥過程的干燥時(shí)間最短,干燥速率最快。褐煤流化床微波強(qiáng)化干燥過程恒速干燥階段不太明顯,干燥過程主要發(fā)生在預(yù)熱階段和降速階段。采用多元線性回歸法和最小二乘法得到褐煤流化床微波強(qiáng)化干燥過程的模型方程,模型方程中主要包括顆粒粒度、微波功率、微波時(shí)間、氣體溫度和氣體速度等參數(shù)。采用不同多孔物料平衡水分經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?對(duì)褐煤平衡水分曲線進(jìn)行非線性擬合,將參數(shù)帶入改進(jìn)的GAB模型,得到褐煤平衡水分計(jì)算模型公式。基于Fick擴(kuò)散第二定律,得到不同粒徑下的褐煤流化床微波強(qiáng)化干燥過程中有效水分?jǐn)U散系數(shù)與溫度之間的關(guān)系。采用儀器分析法表征褐煤的含氧官能團(tuán)和孔隙結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)流化床微波強(qiáng)化干燥前后褐煤的大分子骨架結(jié)構(gòu)基本不變,干燥后褐煤官能團(tuán)的吸收峰強(qiáng)度發(fā)生了一定的變化。流化床微波強(qiáng)化干燥后褐煤的碳碳鍵或碳?xì)滏I摩爾比例與原煤相比有所增加,但是碳氧單鍵類(包括酚碳或醚碳)、羰基基團(tuán)和羧基基團(tuán)等三種官能團(tuán)的摩爾比例均有所降低。隨著氣體溫度和氣體速度的增大,水分脫除速度有所加快,同時(shí)褐煤的裂紋和破碎也有所增加。比表面積隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)和微波功率的增大先減小后增大,隨氣體溫度和氣體速度的增大而減小�？偪兹莺推骄讖诫S著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)和微波功率的增大先增大后減小,隨氣體溫度和氣體速度的增大而減小。利用流體力學(xué)模擬軟件對(duì)褐煤流化床干燥過程的模擬,得到了褐煤流化床干燥特性曲線,并將數(shù)值模擬值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的正確性。通過對(duì)微波干燥褐煤傳熱傳質(zhì)方程進(jìn)行離散,發(fā)現(xiàn)微波功率越大褐煤的干燥速率越大,褐煤微波干燥實(shí)驗(yàn)值與模型預(yù)測(cè)值吻合較好。在褐煤流化床干燥傳熱傳質(zhì)數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上,利用流體力學(xué)模擬軟件模擬流化床微波強(qiáng)化干燥褐煤傳熱傳質(zhì)。發(fā)現(xiàn)不同條件下流化床微波強(qiáng)化干燥褐煤的傳熱系數(shù)與顆粒體積分?jǐn)?shù)和努塞爾數(shù)分布相似,分析了微波功率、氣體溫度和氣體速度對(duì)流化床微波強(qiáng)化干燥褐煤傳熱系數(shù)的影響。結(jié)果表明:隨著微波功率、氣體速度和氣體溫度的增大,流化床微波強(qiáng)化干燥的氣固相間傳熱系數(shù)增大;隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng),氣固相間的傳熱系數(shù)逐漸減小�？疾炝烁稍飼r(shí)間、微波功率、氣體溫度和氣體速度等參數(shù)對(duì)褐煤干燥后的粒度分布和破碎率的影響。結(jié)果表明,隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng),褐煤的顆粒分布越來(lái)越寬,褐煤的破碎率也增大。微波功率、氣體溫度和氣體速度增大,褐煤水分脫除速率加快,其褐煤內(nèi)部產(chǎn)生的濕應(yīng)力增大。由于干燥后期水分的減小,褐煤內(nèi)部產(chǎn)生的熱應(yīng)力也逐漸增大,因此在流化干燥過程中因顆粒碰撞導(dǎo)致的細(xì)顆粒也越來(lái)越多。流化床干燥技術(shù)和微波干燥技術(shù)能耗較高,其中單一微波干燥能耗最高,大約是流化床微波強(qiáng)化干燥的1.7倍,因此采用多能量場(chǎng)耦合的技術(shù)可以降低褐煤干燥過程的能耗。
【關(guān)鍵詞】：褐煤 流化床干燥 微波干燥 流動(dòng)特性 微觀結(jié)構(gòu) 傳熱傳質(zhì) 數(shù)值模擬 干燥應(yīng)力
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD849.2
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-10
• Extended Abstract10-27
• 1 緒論27-49
• 1.1 背景和意義27-28
• 1.2 褐煤干燥技術(shù)概述28-38
• 1.3 流化床干燥模型與數(shù)值模擬38-46
• 1.4 本文的研究?jī)?nèi)容46-49
• 2 流化床褐煤的流動(dòng)特性與數(shù)值模擬49-67
• 2.1 實(shí)驗(yàn)部分49-50
• 2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論50-53
• 2.3 流化床褐煤流動(dòng)特性數(shù)值模擬53-65
• 2.4 本章小結(jié)65-67
• 3 褐煤流化床微波強(qiáng)化干燥特性及其模型67-89
• 3.1 實(shí)驗(yàn)部分67-69
• 3.2 流化床微波強(qiáng)化干燥褐煤實(shí)驗(yàn)69-74
• 3.3 流化床微波強(qiáng)化干燥褐煤模型74-86
• 3.4 本章小結(jié)86-89
• 4 流化床微波強(qiáng)化干燥后褐煤的微觀結(jié)構(gòu)分析89-111
• 4.1 褐煤的煤質(zhì)分析89-90
• 4.2 褐煤的含氧官能團(tuán)分析90-102
• 4.3 褐煤的孔隙結(jié)構(gòu)分析102-110
• 4.4 本章小結(jié)110-111
• 5 褐煤流化床微波強(qiáng)化干燥傳熱傳質(zhì)數(shù)值模擬111-136
• 5.1 干燥過程傳熱傳質(zhì)數(shù)學(xué)模型111-114
• 5.2 流化床干燥傳熱傳質(zhì)數(shù)值模擬114-120
• 5.3 微波干燥傳熱傳質(zhì)數(shù)值模擬120-123
• 5.4 流化床微波強(qiáng)化干燥傳熱傳質(zhì)模型的建立123-125
• 5.5 流化床微波強(qiáng)化干燥傳熱傳質(zhì)數(shù)值模擬125-135
• 5.6 本章小結(jié)135-136
• 6 褐煤流化床微波強(qiáng)化干燥應(yīng)力及能耗分析136-146
• 6.1 褐煤干燥裂紋生成機(jī)理136-142
• 6.2 褐煤干燥能耗分析142-145
• 6.3 本章小結(jié)145-146
• 7 結(jié)論與展望146-150
• 7.1 結(jié)論146-148
• 7.2 展望148-150
• 參考文獻(xiàn)150-162
• 附錄1162-168
• 作者簡(jiǎn)歷168-171
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集171

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：899523