【摘要】：近年來中國對于褐煤的開采逐漸增加,成為部分區(qū)域的主要能源來源,但是過高的水分含量高影響了褐煤大規(guī)模應(yīng)用,褐煤高效脫水是實(shí)現(xiàn)褐煤大規(guī)模利用的必要前提。本文提出了褐煤振動熱壓脫水工藝,將振動力場引入熱壓脫水工藝,加速了熱壓脫水過程,獲得了更高的脫水效率,并且在較溫和的工藝條件下同時完成褐煤脫水和成型過程,避免了脫水后褐煤粉化、復(fù)吸和自燃等問題。研究了不同溫度、機(jī)械壓力與振動條件下振動熱壓與熱壓過程對昭通褐煤、小龍?zhí)逗置号c蒙東褐煤中水分的脫除的影響,分析了脫水后煤樣的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)變化。振動力場作用能夠提升褐煤熱壓脫水的脫水率,并能夠促進(jìn)熱壓脫水過程的進(jìn)行,提高脫水速率,降低脫水過程耗時。在溫度為200oC、機(jī)械壓力為10MPa、振動強(qiáng)度為3.14MPa、振動頻率為50Hz的情況下,昭通褐煤中80.0%的水分被脫除,比熱壓脫水工藝高出10%左右。隨著脫水進(jìn)行,褐煤孔隙率持續(xù)降低,褐煤孔徑分布發(fā)生顯著改變,顆粒間孔與大孔明顯降低,中孔有所增加;煤樣平均孔徑隨水分含量的降低而減小,但是比表面積沒有明顯的趨勢性變化。探討了溫度場、機(jī)械力場與振動力場對脫水過程的作用機(jī)理。溫度升高使褐煤中更多的水分處于活化狀態(tài),在單位時間內(nèi)更多的水分流動單元能夠越過能量勢壘,提高了流動單元定向移動的速率,促進(jìn)了水分的脫除。機(jī)械壓力升高提升了煤樣中液相的分壓力,在水分出口壓力不變的情況下,提升了褐煤中水分滲流壓降,獲得更高的體積流速。機(jī)械壓力升高也提高了褐煤中固相的分壓力,較高的壓力能夠降低煤樣的孔隙率,減少水分賦存空間。振動強(qiáng)度的提升有助于降低褐煤中的水分含量,振動強(qiáng)度在1.13MPa至3.40MPa的范圍內(nèi)變化能夠?qū)置赫駝訜釅好撍a(chǎn)生較為明顯的影響。當(dāng)振動頻率與煤樣的固有頻率較為接近時脫水效果最好,過高或者過低的振動頻率會對振動力對脫水的促進(jìn)作用產(chǎn)生負(fù)面影響。振動熱壓脫水過程將水分脫除到某一定值所需時間明顯低于熱壓脫水過程,具有更高的脫水效率。在初始煤樣質(zhì)量較大時,振動力對熱壓脫水過程的促進(jìn)更加明顯,完成同樣的脫水過程振動熱壓脫水所需的時間遠(yuǎn)低于熱壓脫水,使脫水效率得到大幅度的提升。證實(shí)了褐煤振動熱壓脫水成型一體化的可行性,在實(shí)驗條件范圍內(nèi),昭通褐煤和小龍?zhí)逗置航?jīng)振動熱壓脫水過程處理后其型煤強(qiáng)度可達(dá)到935.3k Pa和514k Pa,能夠滿足運(yùn)輸、存儲的要求。工藝條件與煤質(zhì)特性對熱壓與振動熱壓脫水過程中褐煤無粘結(jié)劑成型特性具有重要影響。溫度升高能夠使煤中焦油瀝青等粘結(jié)性物質(zhì)發(fā)生軟化,增加粘結(jié)性,提高脫水后型煤的抗壓強(qiáng)度;機(jī)械壓力升高能夠縮小褐煤顆粒間的間隙,使得褐煤顆粒間的排列更加密實(shí),增加顆粒間的接觸面積,提升型煤產(chǎn)品的抗壓強(qiáng)度;振動強(qiáng)度增加能夠促進(jìn)振動熱壓脫水過程中褐煤中水分的脫除,并且能夠促使褐煤顆粒排列的更加緊密,從而提升了型煤產(chǎn)品的抗壓強(qiáng)度。但是振動強(qiáng)度過高會破壞褐煤顆粒的結(jié)構(gòu),不利于褐煤顆粒間形成穩(wěn)固的作用力,降低型煤產(chǎn)品的抗壓強(qiáng)度;振動頻率在褐煤固有頻率附近時容易產(chǎn)生共振現(xiàn)象,可取得最好的成型效果,過高或者過低的振動頻率均不利于成型。脫水后型煤產(chǎn)品中較低的水分含量有利于強(qiáng)化褐煤顆粒表面見的吸引力,提高型煤的抗壓強(qiáng)度;腐殖酸以及羧基(-COOH)、羥基(-OH)等官能團(tuán)能夠促進(jìn)褐煤顆粒表面間氫鍵的形成,增強(qiáng)顆粒界面間的吸引力,提升型煤產(chǎn)品的抗壓強(qiáng)度。測定了煤炭脫水過程中的能量消耗,基于脫水過程能量消耗將脫水過程劃分為3個階段:第1階段,脫水能耗不高于2300 k J/kg,主要脫除存在于褐煤顆粒間孔與大孔中的水分;第2階段,脫水能耗為2300~3500 k J/kg,脫除的水分主要為存在于尺寸較小的孔隙和毛細(xì)管中的水分以及官能團(tuán)周圍的水簇;第3階段,脫水能耗不低于3500 k J/kg,脫除的水分主要為直接受到官能團(tuán)的作用而吸附與煤表面的水分。煤中羧基官能團(tuán)對脫水過程的影響起到主導(dǎo)作用,煤中水分含量隨著羧基官能團(tuán)含量的增加近似于線性增加,在各個脫水階段中脫除的水分含量與煤樣中羧基官能團(tuán)濃度呈線性關(guān)系;從脫水的第2階段開始,在煤樣中水分含量相同時,脫除水分所需要的能量隨羧基官能團(tuán)含量增加近似線性增加�；趯�(shí)驗分析結(jié)果獲得了基于褐煤表面羧基官能團(tuán)濃度影響下的脫水過程能量消耗的數(shù)值計算方法,為褐煤振動熱壓脫水過程模擬奠定基礎(chǔ)�；跍囟葘γ簶又兴值幕罨饔门c脫水過程能耗計算了振動熱壓與熱壓脫水過程中煤樣中活化水分含量;提出了煤中活化水分所占據(jù)的空間為脫水過程中水分遷移的有效通道,定義了有效孔隙率;使用有效孔隙率替代常用的孔隙率概念,并應(yīng)用與褐煤振動熱壓脫水過程模擬;獲得了振動熱壓脫水過程中煤中固相與液相分壓的數(shù)值關(guān)系;建立了褐煤振動熱壓脫水過程數(shù)學(xué)模型,模擬結(jié)果與實(shí)驗結(jié)果基本吻合,較為準(zhǔn)確的描述了褐煤振動熱壓脫水過程機(jī)理。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ536
【圖文】：

圖 1-1 煤炭脫水方法分類Figure 1-1 Technologies of Coal Dewatering脫水燥[3, 55]干燥器可分為直接加熱轉(zhuǎn)筒干燥器、間接加熱轉(zhuǎn)筒干燥器熱轉(zhuǎn)筒干燥器示意圖如圖 1-2(a)所示。其基本流程是：煤輸送進(jìn)轉(zhuǎn)筒干燥器，在干燥器內(nèi)與熱煙氣直接接觸加熱褐煤，褐煤內(nèi)水分受熱蒸發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)褐煤的干燥。熱煙氣同相移動，即并流操作。并流操作時干燥器出口端小，有助于減輕顆粒的粉化現(xiàn)象。由于轉(zhuǎn)筒干燥操作過量較高，需嚴(yán)格控制熱煙氣中的氧含量以避免發(fā)生著干燥器(圖 1-2(b))圓筒內(nèi)以同心圓方式排列 1~3 圈加熱

b 間接加熱圖 1-2 轉(zhuǎn)筒干燥器示意圖[55]Figure 1-2 The schematic diagram of a rotary-drum drying system式回轉(zhuǎn)干燥器改進(jìn)自間接加熱轉(zhuǎn)筒干燥器，不同之處在于管式回轉(zhuǎn)料走管層，熱載體走殼層。管式回轉(zhuǎn)干燥器示意圖如圖 1-3 所示，褐煤原煤通過布料裝置進(jìn)入筒內(nèi)的眾多干燥管中，煤通過重力和干片的導(dǎo)流作用在干燥管內(nèi)運(yùn)動，在圓筒內(nèi)干燥管外部通入熱載體，換加熱干燥管內(nèi)的褐煤原煤，使煤中所含的水分蒸發(fā)逸出，從而達(dá)。與轉(zhuǎn)筒干燥器相比，管式回轉(zhuǎn)干燥器所需熱載體的溫度較低，一可降低褐煤自燃的風(fēng)險；但是管式回轉(zhuǎn)干燥器能處理的煤料粒度低于 6.3mm，限制了其應(yīng)用范圍。

圖 1-3 管式回轉(zhuǎn)干燥器示意圖[19]igure 1-3 The schematic diagram of a rotary tubular drying干燥工藝燥工藝示意圖如圖 1-4，螺旋傳送器置于殼體內(nèi)脫除其中水分[56, 57]。加熱介質(zhì)可以是熱水、蒸汽油類、熔鹽。設(shè)備的外殼和軸可以設(shè)計成中空結(jié)用最小的設(shè)備體積獲得更大的換熱面積。螺旋傳螺旋傳送干燥器可廣泛應(yīng)用于干燥各種形態(tài)固體性的物體和纖維狀物體皆可使用此裝置進(jìn)行干燥點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)間接換熱，可實(shí)現(xiàn)真空操作，換熱效于其它干燥裝置；由于使用間接加熱的方式，降如果使用過熱蒸汽、氮?dú)獬錆M殼內(nèi)空間，或者使，螺旋傳送干燥工藝可完全避免著火事故的發(fā)生多級干燥的一部分使用，使用兩級螺旋傳功干燥和其它干燥方式(例如，振動床干燥)合理組合，

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 行登愷;高粘稠油脫水工藝新流程[J];油氣田地面工程;1998年02期

2 蘇紹文,胡攸波,潘友強(qiáng),劉勇;百口泉油田常溫脫水工藝技術(shù)[J];油氣田地面工程;2004年10期

3 底國彬,李少平,王曉勇,趙建興;冀中南部油田脫水工藝優(yōu)化研究[J];石油規(guī)劃設(shè)計;2005年06期

4 申龍涉;王為民;王戩麗;;轉(zhuǎn)相點(diǎn)對稠油預(yù)脫水工藝的影響[J];油氣田地面工程;2006年02期

5 張全文;王紅全;;熱化學(xué)脫水工藝的應(yīng)用前景[J];油氣田地面工程;2006年02期

6 姚婷;單士明;張洪歧;韓義強(qiáng);牛雁;劉強(qiáng);;稠油脫水工藝方法研究[J];油氣田地面工程;2007年02期

7 黃胡偉;;含硫天然氣脫水工藝技術(shù)研討[J];中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量;2013年04期

8 張a\;王成芝;李春麗;于錫宏;;茄子脫水工藝及模型研究[J];東北農(nóng)學(xué)院學(xué)報;1993年04期

9 行登愷;超稠油脫水工藝取得新進(jìn)展[J];油田地面工程;1997年05期

10 鄧裕明,羅永清;高含水稠油脫水工藝的經(jīng)濟(jì)分析[J];油氣田地面工程;1999年03期

相關(guān)會議論文 前8條

1 田素霞;;提高過濾脫水工藝效率的實(shí)踐[A];第四屆全國礦山采選技術(shù)進(jìn)展報告會論文集[C];2001年

2 施艷梅;劉洪波;劉殿峰;;新木脫水工藝優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)研究與應(yīng)用[A];科技創(chuàng)新與節(jié)能減排——吉林省第五屆科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)年會論文集（上冊）[C];2008年

3 王清;李廣庭;;草橋稠油脫水工藝研究[A];山東石油學(xué)會油氣儲運(yùn)系統(tǒng)節(jié)能降耗技術(shù)交流會論文集[C];2008年

4 陳魯;楊海濱;王寶生;;義和聯(lián)合站稠油脫水工藝優(yōu)化改造技術(shù)應(yīng)用[A];山東石油學(xué)會稠油特稠油地面集輸與處理技術(shù)研討會論文集[C];2009年

5 艾志久;魏學(xué)華;馬海峰;胡文禮;;非常規(guī)天然氣超音速脫水工藝與設(shè)備發(fā)展研究[A];非常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)裝備及應(yīng)用技術(shù)研討會論文集[C];2011年

6 靳古功;;硫酸在鋁土礦正浮選精礦脫水工藝中應(yīng)用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果[A];鋁冶煉節(jié)能新技術(shù)研討會論文集[C];2011年

7 丁忠浩;張惠靈;趙素芬;盧壽慈;;谷氨酸晶體脫水工藝與設(shè)備研究[A];2001年海南全國粉體技術(shù)研討會論文集[C];2001年

8 韓西鵬;;濕式預(yù)選尾礦脫水工藝的改進(jìn)[A];晉瓊粵川魯冀遼七省金屬（冶金）學(xué)會第二十一屆礦業(yè)學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2014年

相關(guān)重要報紙文章 前2條

1 通訊員 趙玉星;曙采超稠油大罐預(yù)脫水工藝喜獲成功[N];中國石油報;2008年

2 付浩;無水氯化鎂脫水工藝通過驗收[N];中國化工報;2006年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 張一昕;褐煤振動熱壓脫水工藝與機(jī)理研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 張兵強(qiáng);中原油田毛8區(qū)塊稠油乳化特性及脫水工藝研究[D];西南石油大學(xué);2013年

2 毛莉君;天然氣站場100×10～4m～3/d裝置脫水工藝設(shè)計及分析[D];西南石油大學(xué);2007年

本文編號：2760244