多相体系下低阶煤干法分选与低温干燥协同优化机制研究

Low rank coal is of high ash content, high moisture content and low heat value. It needs to be upgraded for moisture and ash removal prior to utilization. The current technique for low rank coal upgrading is drying, which cannot reach the expectations for demineralization. Thus a technique of fluidized dry coal beneficiation coupled with low temperature drying is proposed aiming at separating and dewatering for low rank coal at the same time. This technique is able to process low rank coal with the particle range from 13 to 50 mm. The control mechanism of density stability in fluidized bed and flow characteristics of the fluidized bed materials at low velocity and changing temperature are investigated to better understand of dynamics in separation process in a multi-phase complex system. The transfer law of heat and moisture of low rank coal was also analyzed to determine the mechanism of drying and cooperative optimization of separation and drying process in this system. The present research provides theoretical guidance and practical suggestion on deashing and predehydration process in low rank coal upgrading.

低阶煤具有高灰分、高水分、低热值等特性，开发利用前必须对其进行提质加工。目前主要应用的干燥提质技术无法实现低阶煤的脱灰处理，而采用流态化干法选煤技术分选低阶煤是有效可行的提质方法。项目提出了流态化干法分选与低温干燥一体化的复合提质工艺，对50-13mm低阶煤进行分选，考察多相体系下的床层密度稳定控制机制及低速、变温介质的流动特性，掌握复杂多相体系下的分选过程动力学；分析多相体系下低阶煤干燥过程的能量传递和水分转移规律，确定多相体系下系统的低温干燥机理与能量传递机制，协同优化多相体系下的分选和干燥过程。项目的研究对于解决低阶煤提质利用的脱灰、预脱水难题具有较强的理论和实际意义。

项目以低阶煤的干法分选与低温干燥的协同优化为目标，开展了系统的粘附、干燥、分选试验，取得研究成果如下：. 搭建了低阶煤干法分选-低温干燥一体化平台，并进行了分选、干燥实验。分析了表面水、风温、风量、干燥时间等因素对床层密度稳定性的影响。表面水、风温和分选时间对床层密度的均匀稳定影响显著，风量在适合分选的范围内影响较小，提高风温和延长分选时间有利于流化床床层密度的稳定。分析了流化床中颗粒的受力行为，研究了煤炭颗粒在复杂多相体系下的分选和输送行为。. 阐明了低阶煤对加重质的粘附过程及加重质颗粒间的粘附机理。粘附加重质量随干燥时间和干燥温度的降低而减少，随表面水含量和入料粒度的增高而增大。粘附加重质量可以用表面水剩余量来表征，表面水剩余量越大，粘附加重质量越多，当表面水剩余量较少时，粘附加重质量也趋于稳定，流化床均匀稳定，分选效果较好。.建立了低阶煤流态化低温干燥的传质传热模型。分析了低阶煤流态化低温干燥过程中的质量传递、热量传递及动量传递过程，并以低阶煤表面粘附的加重质层为研究对象，建立了热量平衡方程和质量平衡方程。. 研究了多相体系下加重质的流化行为，加重质表面水越高，分选效果越差，床层压降波动越大，起始流化速度越大；煤炭表面水越高，分选效果越差；分选效果随分选时间和干燥温度的增加而变好，并趋于稳定。协同优化了流态化干法分选与低温干燥过程，实现了高外水低阶煤的有效分选。. 发表论文6篇，SCI收录4篇，EI收录2篇；获得中国煤炭工业协会科技进步二等奖1项；培养博士研究生1名，硕士研究生6名；获实用新型专利4项，申请发明专利3项。