我國褐煤儲量豐富,但由于煤化程度低,水分含量高,開發(fā)利用程度低。褐煤的干燥是復(fù)雜的熱質(zhì)耦合傳遞過程,包含物理及化學(xué)變化,對其進(jìn)行三維模型化研究極其重要。研究褐煤的物理模型及水分遷移,對提高脫水效率及脫水過程能量優(yōu)化具有十分重要的意義。本文首先對三種褐煤樣品進(jìn)行了紅外光譜分析、熱重分析和真空干燥曲線分析,對其基礎(chǔ)理化性質(zhì)進(jìn)行了探究。然后分別利用低溫氮氣吸附法、CO2吸附法、壓汞法和SEM表面及切面掃描等方式對勝利、昭通、小龍?zhí)逗置旱目捉Y(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)進(jìn)行了分析,結(jié)果表明,勝利褐煤表面和內(nèi)部都含有豐富的孔和裂隙,連通性較好,0.5-0.6nm、0.8-0.9nm、0-100nm、10-370μm的孔結(jié)構(gòu)及裂隙數(shù)量較多,中孔大孔區(qū)含有較多狹縫狀孔,微孔區(qū)含有較多墨水瓶型孔和盲孔,在超微孔中則含有較多的狹縫孔結(jié)構(gòu)。昭通褐煤表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)較勝利褐煤密實,顆粒層狀結(jié)構(gòu)明顯,孔結(jié)構(gòu)及裂隙主要存在于0.8-1nm、0-200nm、50-300μm,大孔、中孔、微孔區(qū)含較多狹縫狀孔結(jié)構(gòu),超微孔中含有較多的墨水瓶型孔結(jié)構(gòu)。小龍?zhí)逗置罕砻婧蛢?nèi)部孔結(jié)構(gòu)較密實,孔和裂隙分布在0.6nm-0.9nm、0-100nm、100-300μm,大孔、中孔部分狹縫型孔含量較高,微孔部分墨水瓶型孔結(jié)構(gòu)和盲孔較多,超微孔中含有較多的墨水瓶型孔結(jié)構(gòu)。本文分別選用CO2吸附法、氮氣吸附法和壓汞法數(shù)據(jù)中的微孔、中孔和大孔部分孔結(jié)構(gòu)參數(shù),基于一定的假設(shè)和進(jìn)一步參數(shù)的計算,通過Visual Basic編程和Matlab完成了對褐煤二維平面物理模型單元、三維模型單元及顆粒整體三維物理模型的建立,所得褐煤顆粒三維物理模型可表征內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)坐標(biāo)、空間狀態(tài)及連通情況。基于孔道參數(shù)及空間位置狀態(tài),完成了對褐煤顆粒內(nèi)部水分遷移過程的模擬,得到褐煤顆粒內(nèi)部任意一點水分遷移路徑軌跡、長度和曲迂度等數(shù)據(jù),結(jié)果表明,三種褐煤等位置水分遷移路徑長度較為相似,昭通褐煤的路徑曲迂度普遍較勝利和小龍?zhí)缎?表明其水分遷移較快。并通過干燥實驗和相關(guān)性分析,得到三維模型水分遷移模擬結(jié)果與實驗結(jié)果具有很強(qiáng)的相關(guān)性。搭建了褐煤顆粒干燥實驗平臺,完成了不同條件下的褐煤干燥實驗。實驗結(jié)果表明,溫度對脫水速率提升效果明顯,在相同氮氣流速(1.2L/min)條件下,勝利褐煤在300℃,2-3min干燥速率達(dá)到最大值且在5min以內(nèi)干燥速率較高,脫水率達(dá)到30%以上;昭通褐煤在300℃,3min左右干燥速率達(dá)到最大值且在4min以內(nèi)干燥速率較高,脫水率達(dá)到60%以上;小龍?zhí)逗置涸?50-300℃,2min左右干燥速率達(dá)到最大值,且在5min內(nèi)干燥速率較高,脫水率可達(dá)到30%以上。氮氣流速對脫水速率提升相對較弱,在相同干燥溫度(200℃)條件下,勝利褐煤在1.4-1.6L/min,2-3min干燥速率達(dá)到最大值,并且在5min內(nèi)保持較高脫水速率,脫水率可達(dá)到30%以上;昭通褐煤在1.4-1.6L/min,3min左右干燥速率達(dá)到最大值,且在10min內(nèi)保持較高脫水速率,脫水率可達(dá)到55%;小龍?zhí)逗置涸?.2-1.6L/min,4min左右干燥速率達(dá)到最大值,且在7min內(nèi)保持較高脫水速率,脫水率可達(dá)到30%以上。最終本文結(jié)合褐煤內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)性質(zhì),制作與褐煤孔性質(zhì)類似的不同連通狀態(tài)、不同孔徑的毛細(xì)管,對褐煤內(nèi)部水分遷移進(jìn)行實驗?zāi)M,結(jié)果表明,褐煤干燥的汽化過程只發(fā)生在孔道內(nèi)含有氣液界面的位置。對于半封閉與連通型裂隙結(jié)構(gòu)的干燥,與外界連通的裂隙開口端水分汽化,液面向內(nèi)部移動,內(nèi)部氣液界面同時汽化并向外推動,在內(nèi)外兩液面協(xié)同作用下,水柱在移動過程中減小直到消失。當(dāng)受熱不均勻時,出現(xiàn)液柱流動至表面富集現(xiàn)象。對于較裂隙尺寸小的大孔結(jié)構(gòu),干燥過程中只有液面隨干燥內(nèi)移的過程,液柱流動性差,干燥效率低,推測出現(xiàn)局部低溫,傳熱效率低,影響干燥效率。
【學(xué)位單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TQ536
【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 文獻(xiàn)綜述
    1.1 引言
    1.2 褐煤干燥技術(shù)研究現(xiàn)狀
    1.3 褐煤干燥水分遷移研究現(xiàn)狀
    1.4 多孔介質(zhì)水分遷移研究現(xiàn)狀
2 緒論
    2.1 研究背景與意義
    2.2 研究內(nèi)容與計劃
    2.3 技術(shù)路線圖
    2.4 課題來源
3 褐煤基礎(chǔ)理化性質(zhì)分析
    3.1 實驗設(shè)備與儀器
    3.2 煤質(zhì)分析
    3.3 褐煤紅外光譜分析
    3.4 褐煤TG曲線分析
    3.5 褐煤真空干燥曲線分析
    3.6 本章小結(jié)
4 褐煤孔隙特性分析
    4.1 比表面與孔結(jié)構(gòu)常用表征方法
    4.2 褐煤的比表面積與孔體積分析
    4.3 褐煤的SEM分析
    4.4 褐煤的孔結(jié)構(gòu)分布特征分析
    4.5 褐煤的孔型特征分析
    4.6 本章小結(jié)
5 褐煤顆粒三維空間物理模型建立及水分遷移模擬
    5.1 建模路線與基本參數(shù)計算
    5.2 二維平面模型建立
    5.3 三維模型單元建立
    5.4 褐煤顆粒三維模型建立
    5.5 褐煤顆粒內(nèi)水分遷移過程模擬
    5.6 本章小結(jié)
6 褐煤顆粒干燥及毛細(xì)管內(nèi)水分遷移實驗探究
    6.1 褐煤顆粒熱風(fēng)干燥實驗研究
    6.2 水分遷移模擬與干燥實驗相關(guān)性分析
    6.3 毛細(xì)管水分遷移實驗研究
    6.4 干燥過程中褐煤顆粒內(nèi)部水分遷移規(guī)律探究
    6.5 本章小結(jié)
7 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 創(chuàng)新點
    7.3 展望
附錄Ⅰ 褐煤顆粒水分遷移過程模擬程序
參考文獻(xiàn)
作者簡歷
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集

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本文編號：2883191