基于水平移动床工艺的褐煤提质过程研究

【摘要】：针对清华大学提出的具有自主知识产权的基于水平移动床工艺的褐煤提质技术，采用实验测量与理论分析手段，开展褐煤提质过程的机理与模型研究，为完善水平移动床褐煤提质技术提供理论基础。 本文首先从单个大颗粒褐煤干燥和热解两方面着手，获得单个大颗粒褐煤干燥和热解过程的微观机理。针对单个大颗粒褐煤干燥过程，首先搭建了大颗粒褐煤对流干燥实验台，完成单颗粒褐煤干燥实验。同时建立基于褐煤物性参数的热质耦合模型，所建模型与实验数据进行对比，证实了模型具有较好的精度。利用校验后的热质耦合模型计算获得不同工况下的大颗粒褐煤干燥数据，利用数值回归的方法得到简单且便于耦合计算的大颗粒褐煤集总参数干燥模型，并论证了该集总参数模型的适用性。针对大颗粒褐煤热解过程，通过建立准确描述褐煤热解机理的平行反应模型，发展了适用于单个大颗粒褐煤热解的数学模型。 其次，以水平移动床褐煤提质技术所涉及的堆积态（固定床和移动床堆积态）干燥过程为目标，开展了褐煤提质过程的堆积态干燥模型与规律研究。对于固定床堆积态褐煤干燥过程，利用多尺度方法进行数学建模，在计算宏观的气相与颗粒表面的传热、传质的同时，通过瞬时边界条件计算颗粒内部微观的传热、传质过程。基于单个大颗粒褐煤集总参数干燥模型，建立了固定床集总参数干燥模型。上述两个固定床干燥模型与实验数据定量符合较好。对于提出的水平移动床工艺，利用集总参数模型进行了中试规模水平移动床装置运行参数研究，最终获得水平移动床中试装置合理的运行参数及优化建议，为大型化褐煤干燥提质工艺的开发提供理论指导。 最后，从干燥提质产物的自燃倾向性和水分复吸特性两方面着手，探索能够保证提质产物安全、长期堆放的水含量范围。针对干燥褐煤自燃倾向性问题，利用搭建的联合国标准篮和氧化动力学测试实验台对不同水分含量褐煤提质产物的自燃倾向性进行了详细的表征工作，明确了水分对褐煤自燃倾向性的影响规律，以常见烟煤作为参考，提出不易发生运输与应用时自燃的水含量范围。对于提质产物的水分复吸特性，发展了现有的的平衡水含量模型，并提出了平衡水含量与初始水含量及储存条件的定量关系式。上述研究为褐煤提质过程的目标控制与存储条件确定提供了理论依据。 【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TD849.2

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