任建賓

(陽泉煤業(yè)集團 新景礦選煤廠，山西 陽泉 045000)

我國屬于煤炭生產和消費大國，我國的能源結構體系表明，煤炭在我國占有相當重要的地位，且在未來很長一段時間內其重要性不會發(fā)生明顯的改變[1]。煤炭的加工利用給我國國民的生產生活帶來了許多便利，與此同時，也對環(huán)境產生了破壞。隨著國家環(huán)保力度的加大，清潔能源的呼聲越來越高，能否在滿足資源消耗的同時，高效清潔地利用煤炭已成為目前最受關注的問題[2]。隨著近些年來采煤機械化程度及開采量的逐年增加，細粒煤含量增加，同時煤泥產量也逐漸增加。煤泥在利用之前需對其進行干燥處理，這樣可以降低煤泥運輸費用，提高煤泥燃燒熱值，增加煤炭利用效率[3-4]。傳統(tǒng)的熱風干燥過程，在干燥末期出現(xiàn)干燥時間延長、干燥不均勻和干燥效率降低等問題；微波干燥過程，由于其干燥選擇性、均勻性等特點廣泛應用于食品[5]、藥材等領域，對于煤泥干燥過程的報道不是很多。因此，本文通過干燥特性、干燥過程中能耗等問題，探究了熱風/微波聯(lián)合干燥方式對煤泥干燥的影響，選出了最佳含水率下兩者聯(lián)合干燥的最佳條件，為工業(yè)應用提供理論基礎。

1 實驗部分

1.1 煤樣分析

試驗煤樣取自新景礦選煤廠，其元素分析和工業(yè)分析如表1所示。

表1 煤泥元素分析和工業(yè)分析

1.2 試驗方法

熱風干燥試驗方法：開啟熱風機，調節(jié)熱風機出口溫度及風速，使其誤差分別控制在±2 ℃和±0.1 m/s內，準確稱取一定質量的煤泥置于干燥臺上，煤泥開始干燥，與此同時開始數(shù)據(jù)采集，每隔2 s記錄一次煤泥的質量變化，直到載煤泥的天平示數(shù)不再發(fā)生變化，取出樣品。

微波干燥試驗方法： 準確稱取一定質量的煤樣置于微波爐內托盤上，托盤通過傳感器與外部的電子天平相連，設定好微波功率，開啟微波爐，每隔10 s記錄一次煤泥樣品的質量變化，直到天平示數(shù)不再發(fā)生改變，關閉微波爐取出煤樣。

熱風/微波聯(lián)合干燥試驗方法：將稱取的一定質量的煤泥置于熱風干燥試驗臺上，進行熱風干燥，當質量達到目標含水率后，迅速將煤樣取出置于微波爐中繼續(xù)干燥(拿取過程盡量保證在較短時間內完成，且盡量保證每次所用時間相同)，直到煤樣質量不再發(fā)生明顯的變化，干燥過程結束。

2 結果與討論

2.1 煤泥熱風/微波聯(lián)合干燥臨界點的確定

取一定量的煤泥以熱風干燥方式進行干燥，探究煤泥熱風干燥特性以及煤泥熱風/微波聯(lián)合干燥臨界水含量點選取。其熱風干燥TG-DTG曲線如圖1所示。

圖1 煤泥熱風干燥TG-DTG曲線

從圖1可以看出，該干燥過程總共分為升速、恒速和降速干燥三個部分，升速和恒速干燥時間占總干燥時間的16.8%，共脫去總水分含量的28%，繼而進入降速干燥階段，該階段由于煤泥內部傳質傳熱方向的不同，煤泥水分主要靠水蒸氣壓力脫除，干燥速率降低，最終在煤泥恒速干燥結束時，煤泥含水量可降至15%。

2.2 煤泥熱風/微波干燥特性分析

干燥試驗采用粒徑為10 mm的球型煤泥樣品進行干燥試驗，熱風/微波聯(lián)合干燥失重曲線如圖2所示。其中CD表示熱風干燥曲線，CD+MD表示熱風/微波聯(lián)合干燥曲線。

圖2 熱風/微波聯(lián)合干燥煤泥失重曲線

從圖2可以看出，在干燥的第一階段，兩種干燥方式下煤泥失重曲線基本重合，越過C點后，兩種干燥方式下煤泥失重曲線發(fā)生了明顯的不同。對于熱風干燥過程，在第一階段是恒速干燥，主要脫除煤泥表面水，當表面水脫除后以C為轉折點進入降速干燥階段，C點也為臨界含水量點，繼續(xù)熱風干燥，煤泥失重率降低，干燥速率減緩，這是由于煤泥內部的傳熱傳質方向相反，水分擴散動力主要為濃度梯度，干燥速率下降，干燥時間仍需1 200 s；熱風/微波聯(lián)合干燥就是在臨界含水量點C以后轉為微波干燥，圖2顯示，CD+MD曲線在越過C點后煤泥失重率較高，干燥時間短，僅為190 s，這是因為，微波直接作用于煤泥內部并形成熱源，內熱源的存在改變了干燥過程中傳熱和傳質的方向，同時微波輻射使煤泥內部熱量迅速增加，水分在內部水蒸氣壓力梯度下迅速析出，干燥時間大大縮短[6]。煤泥聯(lián)合干燥過程的TG—DTG曲線如圖3所示。

圖3 熱風/微波聯(lián)合干燥過程TG—DTG曲線

從圖3可以看出，i段為熱風干燥階段，ii為微波干燥階段。在i階段，煤泥干燥為恒速干燥，主要脫除煤泥表面水；ii階段為微波干燥，煤泥失重率大幅度降低，干燥時間縮短，此后進入降速干燥階段，煤泥水分含量大約在5%，繼續(xù)干燥過程則能耗大幅度增加，故在滿足煤泥可利用含水量的條件下，持續(xù)干燥則顯得不那么必要。

2.3 不同目標含水量下干燥能耗的分析

不同目標含水量下煤泥脫除單位質量水分的能耗如圖4所示。其中0%為熱風干燥過程，其余為熱風/微波聯(lián)合干燥過程。

圖4 不同目標含水量下能耗分析

從圖4可以看出，熱風/微波聯(lián)合干燥過程下，煤泥水分含量為15%時，干燥過程能耗最小，這是因為，水為強的吸波介質，當煤泥中水分含量較多時，越能吸收微波輻射，煤泥內部能量集聚越多[6]，干燥速率越快，能耗越低，因此，熱風/微波聯(lián)合干燥過程最佳能耗消耗為將煤泥干燥至水分含量為15%。

2.4 不同干燥方式下煤泥水分復吸分析

煤泥不同于低變質程度的褐煤，煤泥主要是煤粉與水混合物，沒有豐富的孔隙結構貯存水分，故煤泥粒徑對水分復吸不存在明顯的影響[6]。圖5為不同干燥方式下煤泥水分復吸狀況。

圖5 不同干燥方式下煤泥水分復吸狀況

從圖5可以看出，不同的干燥方式下，煤泥水分復吸曲線基本重合，即干燥方式的不同不影響煤泥水分復吸，這是因為，雖然煤泥干燥方式發(fā)生了變化，但對煤泥的結構和性質并未造成明顯的改變，故不影響煤泥干燥后對周圍環(huán)境中水分的再吸收。

3 結 語

1) 單一的熱風干燥過程，煤泥在降速干燥階段，干燥速率明顯降低；

2) 熱風/微波聯(lián)合干燥過程，在降速干燥階段其干燥速率比單一干燥速率高，干燥時間大大縮短，干燥速率明顯提高；

3) 將煤泥干燥到水分含量15%時，熱風—微波聯(lián)合干燥過程能耗最??；

4) 單一干燥及熱風/微波聯(lián)合干燥過程對煤泥的性質不發(fā)生變化，僅影響干燥過程，故兩種干燥方式下煤泥干燥后的水分復吸率不變。