微波流化床干燥褐煤實驗研究

周晶 艾民

摘 要：中國褐煤資源保有儲量達1300 億t，占全國煤炭總儲量的13%左右，但含水率較高影響其資源化利用。褐煤干燥脫水后，水分顯著降低，發熱量大幅度提高，既防止煤炭自燃、便于運輸和貯存，又有利于發電、氣化等使用。微波流化床干燥褐煤實驗結果表明：微波功率增大，褐煤脫水速率越大，褐煤干燥效果越好；褐煤的粒度對褐煤微波流化干燥效果的影響很小。

關鍵詞：褐煤；微波流化床；干燥特性

中圖分類號：TD849.2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）08-0159-02

我國褐煤存在水分高（約為30%至60%）、熱值低和二氧化碳排放量大等缺點，直接燃燒未提質的褐煤，會產生嚴重的環境污染。此外，褐煤作為原料轉化利用也受到限制，褐煤液化、干餾和氣化都需要把煤中水分降至10%以下。微波干燥具有即時性、整體性、選擇性、以及安全、衛生、無污染的優點，已經應用于褐煤的干燥脫水領域[2]。但褐煤微波干燥過程中，由于褐煤內部壓力升高階段，內部水分迅速汽化不能及時排出，顆粒內部容易形成高溫高壓的空腔，使褐煤“膨化”和過熱，導致褐煤顆粒粉化和爆炸危險[3]。因此，褐煤微波干燥時常需輔以對流氣體，對流氣體可以帶出物料表面的水分，同時也可以有效縮短干燥時間。流化床微波強化干燥技術已應用于大豆、大蒜和胡蘿卜和玉米粒等食品加工領域[4]。本文采用微波流化床干燥技術，對勝利褐煤進行干燥實驗研究，研究微波流化床干燥褐煤工藝實驗參數。

1 實驗

實驗原料為勝利褐煤，根據實驗需要預先對褐煤進行破碎篩分。勝利褐煤的全水分為36.45%，發熱量為14.63MJ/kg，氧含量偏高，含氧官能團多，化學性質較不穩定。微波流化床干燥褐煤實驗裝置主要包括氣體預熱輸送系統、微波流化床主體、控制系統、實驗架。微波加熱系統主要參數：微波頻率2450±50MHz，微波功率0-3kw可調，磁控管采用2M244-M1磁控管，微波從床體的兩側饋入。熱風系統采用電加熱的方式供熱，熱風流量0-150m3/h，風機功率0.75kw。

褐煤由料倉經螺旋進料器進入微波流化床干燥器，由空氣壓縮機產生的流化介質（空氣）經氣體加熱器加熱至實驗所需溫度，經轉子流量計調節氣體速度，由下而上進入微波流化床干燥器。通過壓力表讀數確定顆粒進入流化狀態后，打開微波開關，調節微波功率。實驗結束后關閉微波電源、停止氣體加熱器，關閉總電源。

2 結果與討論

微波流化床干燥褐煤后的脫水率公式為：

式中：M0-原煤煤樣的水分，%；Mt-干燥t時間后煤樣的水分，%。

2.1 干燥時間的影響

在熱風溫度T=60℃，熱風流速u=1.6m/s，煤樣粒度dp=3～6mm的條件下，不同微波功率下，干燥時間對褐煤干燥特性的影響如圖1所示。由圖1可知，在干燥時間小于20min時，褐煤脫水率增加值較大，而20min后，脫水率變化較小。微波功率越大，相同干燥時間內褐煤的脫水速率越大。

2.2 微波功率的影響

在熱風溫度T=60℃，熱風流速u=1.6m/s，煤樣粒度d=3～6mm的條件下，考察不同微波功率對褐煤干燥特性的影響如圖2所示。由圖2可知，褐煤干燥受微波功率的影響較大，微波功率越高，褐煤脫水率越高，干燥效果越好。當達到相同的脫水率時，微波功率越低干燥時間越長。干燥初期（6min）煤樣溫度低于水的沸點（100℃），褐煤脫水率變化相對較慢。隨著干燥時間的增加，煤樣溫度在逐漸接近水的沸點的過程中，熱量大部分用于水分的蒸發，微波功率越高，由于單位時間微波輻射能越大，水分吸收的能量大，褐煤脫水率上升得越快。隨著干燥時間的增加（大于20min），此時煤樣中水分大部分被脫除，微波能大部分用來加熱煤樣，在同樣的微波強度下，微波的能量利用率是降低的。

2.3 褐煤粒徑的影響

熱風溫度為60℃、風速為1.6m/s、微波功率為1500W時褐煤粒度對干燥特性的影響如圖3所示。由圖3可知，煤樣粒度越小，煤樣的干燥效果越好。褐煤粒度增大，水分傳質阻力增大，使水分蒸發速率減小，因此，脫水率有所降低。隨著粒度的減小，褐煤與熱空氣接觸面積增大，以及水分向外傳質的表面積大大增加，粒度減小有利于褐煤表面向內部傳熱熱阻減小。

3 結語

本文通過微波流化床干燥褐煤實驗，研究了干燥時間、煤樣粒度和微波功率等對褐煤干燥特性的影響，結果發現：干燥時間越長褐煤的干燥速率越快，但能耗也越高。微波功率增大，褐煤脫水速率越大，干燥效果越好；褐煤粒度對褐煤微波流化干燥效果的影響很小。微波流化床干燥技術有望解決褐煤干燥脫水過程的高能耗和內水脫除效率低的問題，將對我國褐煤干燥提質技術的開發具有重要的科學意義和應用價值。

參考文獻

[1]周琦.低階煤提質技術現狀及完善途徑[J].潔凈煤技術，2016，22（2）：23-30.

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[3]Tahmasebi A， Yu J L， Han Y N， et al. A kinetic study of microwave and fluidized-bed drying of a Chinese lignite[J]. Chemical Engineering Research and Design， 2014， 92： 54-65.

[4]Si C D，Wu J J， Wang Y， et al. Drying of Low Rank Coals-A Review of Fluidized Bed Technologies[J]. Drying Technology，2015，33（3）： 277-287.