基本信息
- 项目名称：
- 在振动流化作用下褐煤脱水技术的研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 褐煤作为一种重要的化石能源，其高含水量的特点限制了褐煤的开发利用。因此，开发先进的褐煤脱水技术十分必要。振动流化床作为一种先进的新型干燥设备尚未应用于褐煤干燥脱水领域。本文基于现有技术存在各种不足，以开发先进的褐煤脱水技术为目的，研究了在振动流化技术下褐煤的脱水情况。
- 详细介绍：
- 褐煤是煤化程度最低的矿产煤，煤化程度介于泥炭和烟煤之间。由于它能使氢氧化钠或碳酸氢钠等稀碱液染成褐色而称为褐煤,是世界上重要化石能源之一。我国褐煤资源丰富，已探明的保有储量为1311.42亿t，约占煤炭保有储量的13%[8]，如何有效利用具有十分重要的意义。但由于其含水量高（30%-50%）、含碳量低、热值低、燃点低、挥发分高、容易风化和自燃等特点，不利于长距离输送和贮存，单位能量运输成本高；直接燃烧能耗高,热效率较低，温室气体排放量大,不能满足电厂发电需求。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[5]。因此，开发先进的褐煤脱水技术，是提高褐煤利用价值、扩大褐煤利用范围的关键。 目前国内外褐煤的脱水技术可分为三类[14]：(1)蒸发脱水：直接或间接地对煤样进行加热，使水以气态的形式除去的过程。如流化床干燥技术、蒸汽流化床干燥技术、回转管式干燥技术等；(2)非蒸发脱水：将水从煤中以液态形式脱除的过程。如热水、热油处理等过程,这些过程一般需要较高的温度和压力；(3)非热过程,如机械热压脱水、有机溶剂脱水等。 本文将利用振动流化床干燥技术对褐煤进行脱水。振动流化床干燥技术作为一种具有特殊优点的干燥技术，已经在化工、食品、医药和饲料等行业得到了广泛的应用。但是，其在褐煤脱水方面的应用尚未见报道。 含水量高在干燥过程中易粘结，燃点低干燥过程中易因局部过热现象起火或爆炸，易碎裂，粒度分布广等问题是褐煤脱水的难点。而振动流化床干燥技术具有能耗低；干燥速率高；流化的均匀性好，床层内温度分布均匀，不会发生局部过热现象；可以处理易粘结、易团聚物料；对物料粒度分布要求小；不易堆料；操作稳定性好等优点，与褐煤脱水具有高度适配性。应用振动流化床技术可以更安全、更高效地进行褐煤的脱水，有利于褐煤的大规模开发和利用。 本文对处理量为20t/h的中试设备进行了在振动流化作用下褐煤脱水技术的研究，证明将振动流化床干燥技术应用于褐煤的脱水是可行的，为其在工程实际中的应用提供了理论基础及实验数据。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 褐煤综合利用途径广阔，在能源、经济和环境等方面均有巨大优势。但是其高含水量等特点限制了褐煤的深加工利用，而褐煤的干燥脱水是褐煤高效开发利用的关键。本文基于现有技术存在各种不足，以开发先进的褐煤脱水技术为目的，研究了在振动流化技术下褐煤的脱水情况。 本文研究分为两个部分，即理论分析及具体实验：计算理论参数，测试实验设备数据并探索规律，调试实验设备达到预期的脱水目标。
科学性、先进性及独特之处
- (1)具有实际应用与理论基础。振动流化床的干燥原理是基于普通流化床发展而来，是普通流化床的改进型，而在褐煤干燥方面，流化床的应用已颇为广泛。 (2)适用于褐煤的特殊性质。 (3)安全可靠经济性良好。干燥热源温度为180—230℃，属于低温直接干燥，余热利用率和干燥效率高，爆炸和自燃率低, 安全可靠。由于常压低温干燥无需其他工艺，因此具有能耗少、成本较低的优点。
应用价值和现实意义
- 一、缩短在褐煤干燥脱水技术方面与世界各国的差距 二、褐煤是我国东北地区未来可利用的主要能源 东北地区经济以重工业为主导，对能源有高度依赖性。随着国家实行振兴东北老工业基地战略的深入，东北地区煤炭需求量不断增加，使得本地区煤炭供求之间的矛盾更加突出。蒙东地区的褐煤资源必将成为我国东北地区未来可利用的主要能源。 三、我国尚未将振动流化技术应用于褐煤脱水领域
学术论文摘要
- 褐煤作为一种重要的化石能源，其高含水量的特点限制了褐煤的开发利用。因此，开发先进的褐煤脱水技术十分必要。振动流化床作为一种先进的新型干燥设备尚未应用于褐煤干燥脱水领域。本文对振动流化床进行了概述；通过理论公式计算出流化床在流化时的操作气速、床层高度和床层压降等数据，为现场测试数据提供理论基础。实验考查了振动电机角度为0°时，将褐煤含水量干燥至20%以下所需的时间；有、无振动情况下干燥速率的比较，结果显示有振动时干燥速率较大，效果明显；得出利用振动流化床可以快速、有效地进行褐煤脱水的结论，并根据大型流化床的特殊性质，提出了一种更加节能的设备结构方式。本文研究处于中试阶段，对大型设备的设计具有指导意义。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1]顾廷安,李秀芹.振动流化干燥性能的研究[J].北京服装学院学报(自然科学版).1990.01. [2]蒋维均.化工原理[M]，北京：清华大学出版社，1993，2-9. [3]李秀芹,陈曙.振动流化干燥技术的研究[J].中国粉体技术.1995.04 [4]钱铭铨.多层振动流化床干燥器在活性炭干燥中的应用[J]. 林产化工通讯,2001,35(6):3-6. [5]邵俊杰. 褐煤提质技术现状及我国褐煤提质技术发展趋势初探[J].神华科技，2009,2. [8]尹立群.我国褐煤资源及其利用前景[J].煤炭科学技术，2004,32(8):12-14. [14]Chun-Zhu Li. Advances in the Science of Victorian Brown Coal [M],2004. [16]Ergun S, Ciesielczyk W.Fluid flow through pack columns [J], Chem.Eng.Progr,1952,48(2):89-94.
同类课题研究水平概述
- 一、国外褐煤脱水技术研究情况 在国外,澳大利亚、美国、德国、希腊、波兰等国家都有丰富的褐煤资源,为了增加低阶煤在市场的竞争力,提高效率,各国都进行了褐煤干燥脱水技术的研究工作。德国作为褐煤资源大国和工业强国，是现代褐煤加工技术的发源地。德国和俄罗斯对低变质程度年青烟煤的干燥普遍采用以低压饱和蒸汽为干燥介质的管式干燥机(TubelarDryer)技术。德国多特蒙德大学Strauss等研究开发的热压脱水工艺(MTE)，该过程综合了热法脱水和机械力脱水的优点,将褐煤加热到不大于220℃的条件下,通过机械挤压将水挤出，是目前较成熟的褐煤脱水技术之一。 上世纪70年代后，澳大利亚、美国等褐煤生产大国的褐煤提质技术研发也非常活跃：美国针对Power River Basin褐煤也在开展煤炭干燥和煤质改性的研究；美国KFx公司在上世纪80年代中期开发了K燃料工艺（K-Fuel Process）技术，经过20年的完善已进入工业应用阶段；澳大利亚专门成立了2个联合研究中心进行褐煤利用技术的研究,其中褐煤的预干燥处理技术是近年来的研究重点。 日本作为能源缺乏的国家对廉价褐煤的利用也非常重视：日本电源开发公司（D）和川崎重工公司（K）从l976年开始研究并成功开发出了D—K非蒸发脱水工艺；日本神户制钢所于1993年开始研究UBC褐煤脱水提质技术，其特点是用轻油去除褐煤中的水分；日本中央电力工业研究所正在开发名为液化二甲醚固体脱水法。 二、我国国内褐煤脱水技术研究情况 我国开展褐煤脱水提质工艺的开发研究时间不长,试验规模多属中试阶段，如三菱重工公司开发的流化床提质工艺,日立公司开发的二段加热提质工艺,一体化加速旋风提质干燥工艺等。 神华集团和中国矿业大学(北京) 合作开发了褐煤气流干燥和无黏结剂热压成型工艺。利用该技术可实现褐煤的脱水提质, 神华集团在内蒙古呼伦贝尔宝日希勒矿区建设了国内第一条年老褐煤成型提质生产线,并于2009 年10 月投入试运行。 神华集团煤制油化工研究院于2008 年获批“863”目标导向类课题, 采用固体热载体内热式快速热解工艺, 对褐煤进行脱水提质。 中国矿业大学通过985优势学科平台建设,已搭建了褐煤热压脱水实验系统,项目实验室研究已接近尾声,正在着手搭建中试装置。另外,国内大唐华银及一些电厂等单位正在作相关研究。
