微波流化床干燥褐煤实验研究

周晶 艾民

摘 要：中国褐煤资源保有储量达1300 亿t，占全国煤炭总储量的13%左右，但含水率较高影响其资源化利用。褐煤干燥脱水后，水分显著降低，发热量大幅度提高，既防止煤炭自燃、便于运输和贮存，又有利于发电、气化等使用。微波流化床干燥褐煤实验结果表明：微波功率增大，褐煤脱水速率越大，褐煤干燥效果越好；褐煤的粒度对褐煤微波流化干燥效果的影响很小。

关键词：褐煤；微波流化床；干燥特性

中图分类号：TD849.2 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）08-0159-02

我国褐煤存在水分高（约为30%至60%）、热值低和二氧化碳排放量大等缺点，直接燃烧未提质的褐煤，会产生严重的环境污染。此外，褐煤作为原料转化利用也受到限制，褐煤液化、干馏和气化都需要把煤中水分降至10%以下。微波干燥具有即时性、整体性、选择性、以及安全、卫生、无污染的优点，已经应用于褐煤的干燥脱水领域[2]。但褐煤微波干燥过程中，由于褐煤内部压力升高阶段，内部水分迅速汽化不能及时排出，颗粒内部容易形成高温高压的空腔，使褐煤“膨化”和过热，导致褐煤颗粒粉化和爆炸危险[3]。因此，褐煤微波干燥时常需辅以对流气体，对流气体可以带出物料表面的水分，同时也可以有效缩短干燥时间。流化床微波强化干燥技术已应用于大豆、大蒜和胡萝卜和玉米粒等食品加工领域[4]。本文采用微波流化床干燥技术，对胜利褐煤进行干燥实验研究，研究微波流化床干燥褐煤工艺实验参数。

1 实验

实验原料为胜利褐煤，根据实验需要预先对褐煤进行破碎筛分。胜利褐煤的全水分为36.45%，发热量为14.63MJ/kg，氧含量偏高，含氧官能团多，化学性质较不稳定。微波流化床干燥褐煤实验装置主要包括气体预热输送系统、微波流化床主体、控制系统、实验架。微波加热系统主要参数：微波频率2450±50MHz，微波功率0-3kw可调，磁控管采用2M244-M1磁控管，微波从床体的两侧馈入。热风系统采用电加热的方式供热，热风流量0-150m3/h，风机功率0.75kw。

褐煤由料仓经螺旋进料器进入微波流化床干燥器，由空气压缩机产生的流化介质（空气）经气体加热器加热至实验所需温度，经转子流量计调节气体速度，由下而上进入微波流化床干燥器。通过压力表读数确定颗粒进入流化状态后，打开微波开关，调节微波功率。实验结束后关闭微波电源、停止气体加热器，关闭总电源。

2 结果与讨论

微波流化床干燥褐煤后的脱水率公式为：

式中：M0-原煤煤样的水分，%；Mt-干燥t时间后煤样的水分，%。

2.1 干燥时间的影响

在热风温度T=60℃，热风流速u=1.6m/s，煤样粒度dp=3～6mm的条件下，不同微波功率下，干燥时间对褐煤干燥特性的影响如图1所示。由图1可知，在干燥时间小于20min时，褐煤脱水率增加值较大，而20min后，脱水率变化较小。微波功率越大，相同干燥时间内褐煤的脱水速率越大。

2.2 微波功率的影响

在热风温度T=60℃，热风流速u=1.6m/s，煤样粒度d=3～6mm的条件下，考察不同微波功率对褐煤干燥特性的影响如图2所示。由图2可知，褐煤干燥受微波功率的影响较大，微波功率越高，褐煤脱水率越高，干燥效果越好。当达到相同的脱水率时，微波功率越低干燥时间越长。干燥初期（6min）煤样温度低于水的沸点（100℃），褐煤脱水率变化相对较慢。随着干燥时间的增加，煤样温度在逐渐接近水的沸点的过程中，热量大部分用于水分的蒸发，微波功率越高，由于单位时间微波辐射能越大，水分吸收的能量大，褐煤脱水率上升得越快。随着干燥时间的增加（大于20min），此时煤样中水分大部分被脱除，微波能大部分用来加热煤样，在同样的微波强度下，微波的能量利用率是降低的。

2.3 褐煤粒径的影响

热风温度为60℃、风速为1.6m/s、微波功率为1500W时褐煤粒度对干燥特性的影响如图3所示。由图3可知，煤样粒度越小，煤样的干燥效果越好。褐煤粒度增大，水分传质阻力增大，使水分蒸发速率减小，因此，脱水率有所降低。随着粒度的减小，褐煤与热空气接触面积增大，以及水分向外傳质的表面积大大增加，粒度减小有利于褐煤表面向内部传热热阻减小。

3 结语

本文通过微波流化床干燥褐煤实验，研究了干燥时间、煤样粒度和微波功率等对褐煤干燥特性的影响，结果发现：干燥时间越长褐煤的干燥速率越快，但能耗也越高。微波功率增大，褐煤脱水速率越大，干燥效果越好；褐煤粒度对褐煤微波流化干燥效果的影响很小。微波流化床干燥技术有望解决褐煤干燥脱水过程的高能耗和内水脱除效率低的问题，将对我国褐煤干燥提质技术的开发具有重要的科学意义和应用价值。

参考文献

[1]周琦.低阶煤提质技术现状及完善途径[J].洁净煤技术，2016，22（2）：23-30.

[2]Liu Y P， Ohara H. Energy-efficient fluidized bed drying of low-rank coal[J]. Fuel Processing Technology， 2017， 155： 200-208.

[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.