褐煤等温干燥过程及动力学研究

为研究褐煤干燥过程,利用煤质水分分析仪和微分热重分析方法,对不同粒级的褐煤在不同干燥温度下进行等温干燥试验,得到了样品含水率与干燥时间、干燥速率与含水率的关系曲线。通过粒级分布系数对褐煤进行含水率折算,并用不同干燥模型对试验数据进行拟合,得到了在介质温度140℃下3个干燥阶段的干燥方程及干燥动力学参数。结果表明,引入粒级分布系数得到的干燥速率特征常数k值,与不同粒级的干燥速率特征常数k的均值相近。根据褐煤的干燥速率和水分的存在形式,将褐煤干燥过程分为3个干燥阶段,分析得出干燥方程模型分别用线性干燥模型、Wang经验模型、Page模型较为合理。根据Arrhenius经验公式建立了ln k与1/T的关系,得到褐煤干燥的界面蒸发活化能Ea=17.088 k J/mol,指前因子A=12.47 min~(-1)。     

褐煤干燥技术综述

褐煤在我国储量巨大,但由于褐煤含水量大,一直阻碍着褐煤的高效利用。本文介绍了褐煤干燥技术的概况,同时,重点介绍了适用于高含水褐煤的干燥技术。褐煤干燥技术对于我国清洁煤的利用是一个重要的研究领域,合适的褐煤干燥在煤化工行业有很好的前景。     

内蒙古某褐煤干燥特性的实验研究

利用热风干燥实验装置对内蒙古某褐煤进行不同温度、不同风速、不同粒度的干燥特性研究。结果表明：降低褐煤的粒度可有效缩短干燥时间;热风风速对褐煤的干燥速率影响很小,干燥适宜温度为150~165℃,在此温度区间内干燥时间较理想,进一步提高风温虽然有助于提高干燥效率,但有发生自燃的危险。     

单颗粒褐煤高温烟气干燥过程研究

以褐煤颗粒中水分蒸发界面为基础,将褐煤颗粒分为干区和湿区,干区考虑传热传质,湿区只考虑传热,并采用有限体积法,建立了一维球坐标系下单颗粒褐煤干燥脱水过程模型.利用Crank-Nicolson六点差分格式对其离散,模拟得到不同工况(初始烟温、停留时间和颗粒粒径等)下的单颗粒褐煤含湿量及其内部温度分布的动态变化.实验结果与模型模拟结果对比表明二者吻合度较好,所建干燥模型可以较好地反映褐煤干燥的实际过程.研究发现,初始烟温越高、停留时间越长以及颗粒粒径越小,干燥效果越好.当粒径为20mm的褐煤颗粒在初始温度为873K的热气流下停留131s时,其含水量即可从25.3%降到12%以下,此时颗粒表面的温度为537K,略高于挥发分初析温度(520K),此工况可以作为褐煤实际干燥过程中的最佳工况参照.     

褐煤干燥特性研究

流化床干燥褐煤具有快速干燥脱水特性,对于内蒙古褐煤煤样,当干燥温度小于200℃时,去除煤样外在水分达到煤样临界干基湿含量所用的最短时间为8min。而当干燥介质温度大于220℃时,干燥速度加快,达到煤样临界干基湿含量的时间缩短到5min。干燥脱水特性方程,符合单项扩散模型,其干燥规律与干燥介质温度和风速有密切关系。     

单颗粒褐煤高温烟气干燥过程数值模拟

褐煤干燥对于提高其品质具有重要意义。为了模拟高温烟气干燥这一高温差、变温差非稳态传热传质过程中褐煤内水分蒸发过程,采用有限体积法建立了一维球坐标系下蒸发界面向内迁移的单颗粒褐煤干燥数学模型,并利用该模型分析了初始烟气温度和颗粒粒径对单个褐煤颗粒干燥特性的影响。模型模拟结果与实验结果对比表明二者变化趋势一致,所建模型能较好地反映出高温烟气干燥过程中褐煤内水分蒸发过程。结果表明,初始烟气温度越高,颗粒粒径越小,蒸发界面向内迁移速度越快,水分脱除越快,干燥时间越短;蒸发界面平均迁移速度均与初始烟气温度和颗粒粒径呈线性关系;在初始烟气温度700℃下,较短的停留时间使得颗粒表面温度未达到挥发分析出温度,本研究中不同粒径褐煤颗粒在干燥过程中基本没有挥发分的析出。     

褐煤深度脱水的实验研究

针对褐煤低温烟气干燥技术脱水幅度难以提高,发热量增加不多等问题,提出了低温干燥与深度脱水的联合工艺。研究了不同干燥温度、干燥时间和煤样粒度对褐煤深度脱水效果的影响,结果表明:褐煤深度脱水适宜的干燥温度为500～800℃,较为适宜的干燥时间为80 s左右,当粒度小于50 mm时,干燥产物发热量随粒度变化不大。最后提出了褐煤深度脱水最佳工艺条件和参数,即当预干燥煤的Mar约为18%,煤样粒度为-50 mm,干燥温度为700℃,干燥时间为80 s时,深度脱水产物的Mar为8%,Vdaf在46%左右,折算Qnet,ar约为21 kJ/g。褐煤深度脱水促进了褐煤发热量的进一步提高,实现了褐煤资源的增值,研究结果为褐煤低温干燥与深度脱水联合工艺技术方案的确定奠定了基础。     

宝日希勒褐煤干燥特性试验研究

为确定褐煤干燥工艺参数,选用宝日希勒褐煤在160～200℃条件下进行了不同粒级煤样的恒温干燥试验。将试验结果与6种薄层干燥模型进行拟合,利用相关系数对模型进行评价。结果表明：在160～200℃温度范围内,不同粒度宝日希勒褐煤的干燥速率曲线均呈现升速和降速两个阶段,干燥速率随干燥温度的升高而增大,1～13 mm的粒度范围内,煤样质量相同时,平均干燥速率随粒度的增大而增大。Page1模型作为宝日希勒褐煤的干燥动力学方程,拟合效果最好。     

流化床干燥过程中分粒级褐煤的自燃特性研究

以氧含量为10.5%的模拟烟气作为干燥气体在流化床干燥器中对通辽分粒级褐煤的自然特性进行了研究,考察了粒度为0.5～1.25mm、1.25～2.0mm、2.0～3.0mm三个粒级煤样的自然特性.实验结果表明:干燥过程中发生自燃的危险性随着干燥温度和干燥时间的增加而增加;煤样粒级增加,发生自燃的危险性增大;控制干燥时间不超过8min,可在200℃～240℃下安全的完成干燥过程,不发生自燃.     

基于薄层干燥模型的褐煤干燥动力学研究

在不同颗粒直径和不同的干燥介质温度下,对褐煤进行干燥动力学实验研究。得到了褐煤的干燥曲线和干燥速率曲线,采用薄层干燥模型对实验数据进行模拟,得到了褐煤的干燥方程和干燥速率方程。提出了褐煤干燥速率常数的经验公式k=A exp[（-E_v（1+C_dlnd））/（RT）],其中指前因子A=5.819min^-1,界面蒸发活化能E_v=21347.5KJ/mol,经验常数C_d=0.0409m^-1,干燥时间指数n=1.516。     

Effects of brown coal quality and process parameters on the hydroliquefaction of brown coal

During the development of the HVB process the influence of different parameters on the process have been investigated. In this Paper the influence of the properties of the brown coal on the process is reported. It is shown that: (1) the petrographical composition of Rhenish brown coal has virtually no effect on the HVB process; (2) the problems of sedimentation caused by the ash composition of the brown coal can be overcome by a particular thermal pretreatment of the coal; and (3) the moisture content of the brown coal is of minor importance for the technical realization of the HVB process.     

粉煤气化中煤粉的适应性改造

简述了田坝煤在中试试烧过程中由于煤粉性质和粒径分布引起的一些问题,分析原因,介绍了改造方法和效果。     

府谷半焦干燥特性研究

针对炼焦工艺及熄焦方式不同导致焦炭含水率波动较大问题,以府谷半焦为原料,进行半焦干燥实验研究,考察了粒径、干燥温度、有无鼓风、堆积厚度等因素对半焦干燥速率的影响。结果表明,在恒定的干燥条件下,粒径越小,干燥速率越快。若将半焦粒径从50 mm减小到10 mm,则焦炭含水率干燥至1%所需干燥时间由57 min降至31 min;干燥温度降低,干燥初始阶段的调整期延长,干燥速率迅速下降,水脱除量急剧减少。因此,为保证较快的干燥速率,干燥温度应控制在200℃以上为宜;增加鼓风,降低堆积厚度有助于提高干燥速率,通过鼓风方式干燥可将脱水率提高23%。     

煤粉粒径对骨料烘干煤粉燃烧器排放特性的影响

构建骨料烘干煤粉燃烧器内煤粉燃烧行为的控制模型,以污染物含量为评价标准,研究了骨料烘干煤粉燃烧过程中煤粉粒径对排放特性的影响规律. 结果表明,随煤粉粒径增大,煤粉在燃烧器内燃烧不充分,CO排放量增加,CO2排放量逐渐减少,SO2排放量增加,NO排放量在煤粉粒径为100 um时最小.     

Attrition of Victorian brown coal during drying in a fluidized bed

Analyzing the attrition of Victorian brown coal during air and steam fluidized bed drying, the change in particle size distribution over a range of initial moisture contents (60% to 0%) and residence times (0 to 60 minutes) was determined. Dried at a temperature of 130°C with a fluidization velocity 0.55 m/s and an initial particle size of 0.5–1.2 mm, both fluidization mediums show a shift in the particle size distribution between three and four minutes of fluidization, with a decrease in mean particle size from 665 µm to around 560 µm. Using differential scanning calorimetry (DSC), the change in particle size has been attributed to the transition between bulk and non-freezable water (approximately 55% moisture loss) and can be linked to the removal of adhesion water, but not to fluidization effects. This is proved through the comparison of air fluidized bed drying, steam fluidized bed drying, and fixed bed drying—the fixed bed drying is being used to determine the particle size distribution as a function of drying. The results show the three drying methods produce similar particle size distributions, indicating that both fluidization and fluidization medium have no impact upon the particle size distribution at short residence times around ten minutes. The cumulative particle size distribution for air and steam fluidized bed dried coal has been modeled using the equation P_d = A₂ + (A₁ ? A₂)/(1 + (d/x₀)^p), with the resultant equations predicting the effects of moisture content on the particle size distribution. Analyzing the effect of longer residence times of 30 and 60 minutes, the particle size distribution for steam fluidized bed dried coal remains the same, while air fluidized bed dried coal has a greater proportion of smaller particles.     

褐煤氧化氨解反应工艺条件研究

以褐煤为原料,在较温和的反应温度(≤110℃)和氧压(≤0.5 MPa)条件下,考察了反应温度、氨水质量分数、氧压、含固体积分数及搅拌速率对褐煤氧化氨解反应产物中总氮及氨态氮质量分数的影响。结果表明,外部传递过程对氧化氨解过程影响显著,反应过程应保持足够高的搅拌强度;在一定反应时间内,反应温度和氨水质量分数的升高有利于总氮质量分数的提高,但对氨态氮质量分数影响不大;氧压升高,总氮质量分数和氨态氮质量分数均有所升高,但影响都不明显;含固体积分数对总氮质量分数和氨态氮质量分数基本无影响。实验得到了褐煤氧化氨解反应较合适的工艺条件。     

煤粉着火燃烧过程光学诊断研究发展

煤炭储量丰富,尽管新能源和可再生能源快速发展,煤炭资源在未来几十年仍将作为我国一次能源重要组成部分。同时煤炭利用带来很多环境污染问题,因此未来煤炭资源的利用逐渐向高效、低碳、低污染物排放利用方式转变。随着光学技术的不断发展,涌现出多种适用于煤粉燃烧诊断的原位非接触式光学诊断技术,极大地促进了燃烧学的发展,为煤炭清洁高效利用提供了更多试验手段。介绍了国内外煤粉着火、不同方式下燃烧特性的光学诊断研究进展,对煤粉单颗粒和煤粉颗粒流的着火燃烧过程的光学诊断研究进行总结。目前常用的煤粉燃烧光学诊断技术主要包括全光谱成像、CH*/C2*化学发光成像、平面激光诱导荧光(PLIF)、双色/三色高温计、米氏散射、激光诱导白炽光、相干反斯托克斯-拉曼光谱、激光诱导击穿光谱等多种先进的光学诊断技术,可对煤粉单颗粒、颗粒流的着火延迟、脱挥发分、挥发分燃烧、着火模式、环境因素(环境温度、氧浓度、气氛)、富氧燃烧、水-氧燃烧、煤中碱金属释放等多方面关键问题进行光学诊断研究,为煤炭清洁高效利用提供了理论和试验基础。采用OH-PLIF和三色高温计对热解半焦和神华烟煤混合燃料共燃的着火和燃烧特性进行研究。综合考虑着火延迟和混合物的燃尽率,热解半焦的最佳掺混比为20%,为热解半焦的实际工业应用提供了参考。同时采用500 Hz、5 k Hz高时间、空间分辨率的OH-PLIF技术探究煤粉颗粒流中单颗粒挥发分燃烧的发展过程和挥发分着火的时序演变过程,通过二者的结合获得煤粉颗粒流从着火到挥发分燃烧的时间特性。采用OH-PLIF技术对烟煤和褐煤煤粉颗粒流燃烧火焰的脱挥发分和挥发分燃烧行为进行探究,提出采用OH信号径向分布的相对标准偏差探究火焰稳定性的方法。相同燃烧条件下,烟煤煤粉颗粒流燃烧的稳定性高于褐煤。基于OH-PLIF和CH*化学发光诊断技术,提出一种用于探究煤粉颗粒流中颗粒挥发分燃烧振荡特性分析方法——动态模态分解方法(DMD)。随着氧浓度的增加,挥发分火焰振荡增强。颗粒的聚集可能导致煤粉挥发分燃烧的低频振荡。相反,单独或分离的颗粒燃烧会产生较大的振荡频率。但目前取得的成果还不够完善,需要继续深入开展煤粉燃烧的光学诊断试验研究,对污染物NOx的生成及排放、新型水氧燃烧技术中水蒸气作用机理等方面深入探索,开发出新型清洁煤燃烧技术,为我国煤炭资源清洁高效利用做出贡献。     

Low-temperature gasification of a woody biomass under a nickel-loaded brown coal char

Catalytic gasification of a woody biomass, Japanese cypress, was investigated under a prepared nickel-loaded brown coal (LY-Ni) char in a two-stage fixed-bed reactor. The nickel-loaded brown coal was prepared by ion-exchange method with a nickel loading rate of 8.3 wt.%. Nickel species dispersed well in the brown coal, and the LY-Ni char via devolatilization at 600 °C showed a great porous property with a specific surface area of 382 m² g^− 1.The LY-Ni char was confirmed to be quite active for the Japanese cypress volatiles gasification at a relatively low-temperature range from 450 to 650 °C. For example, at 550 °C, 16.6 times hydrogen gas and 6.3 times total gases were yielded from the catalytic steam gasification of Japanese cypress volatiles under the LY-Ni char, compared with the case of non-catalyst. The biomass tar decomposition showed a dependence on catalyst temperatures. When the catalyst temperature was higher than 500 °C, Japanese cypress tar converted much efficiently, high gas yields and high carbon balances were obtained.     

Drying Kinetics of Pinus Rqdiata Boards at Elevated Temperatures

ABSTRACT

From the numerical results of a rigorous, mathematical model, the rate–o–drying curves for high–temperature seasoning of Pinus radiata board show that the drying process can be divided into three periods. Based on the mechanistic picture of moisture movement and differences in the movement in each period, this paper simplifies the model by using the concept of the haracteristic drying curve.

In heartwood drying, the first period is very short (5–15 minutes), hence it can be neglected, whereas for sapwood, the first period is substantial with the drying rate being taken as constant in the analysis. Since the physical characteristics of the second and third drying periods are different, separate characteristic drying curves have been developed for each period. It has been found that common normalised drying curves are able to describe the results generated from the earlier model for normal range of kiln conditions over the examined ranges in dry–bulb temperatures of 1 10–140°C, wet–bulb temperatures of 70–90°C and air velocity of 3–7 m s^-1. Therefore. the derived simplified model can directly be used to calculate kiln–wide variations in moisture content and drying rate.