煤炭干燥的基本原理

煤炭干燥的基本原理。現如今，人們已經從過去的人工選煤演變成機械化采煤，比例不斷提高。那么精煤粒度細、水分高，僅依靠濕煤防凍措施是不行的。唐山神州機械專業研發技術人員告知大家在能夠保證用戶對煤炭產品水分的要求，便于產品的運輸和貯存，必須要進行進一步的脫水工作：

關于濕法選煤

濕法選煤的顯著特點是選后產品含有較高的水分，雖經機械脫水，但選后精煤的水分仍然很高。如塊精煤經脫水篩脫水、末精煤經離心脫水機脫水后，其水分為8%~ 10%;浮選精煤經圓盤真空過濾機脫水后，其水分在26% ~28%之間，有的廠甚至達到30%。精煤水分高，對產品的質量、產品的運輸和貯存都是不利的。研究表明，只有當煤的外在水分低于5%~ 6%時，才沒有凍結的可能。若超過這個水分，在冬季運輸時必須采取防凍措施。選煤廠沒有設置干燥工藝之前，曾采用撒鋸木屑、生石灰，車箱刷油、涂蠟和添加防凍劑等措施。 

利用熱能從物料中除去少量水分的操作稱為干燥。在選煤廠，常用的干燥方法是以煤燃燒產生的高溫煙氣作為熱介質，加熱精煤，使精煤中水分汽化，達到降低精煤水分的目的。焦化廠所屬的選煤廠常采用煤氣作燃料。 

熱煙氣干燥精煤有兩種方式：一種是熱煙氣直接與濕精煤接觸，稱直接干燥，另一種是熱煙氣與濕精煤不直接接觸，而是熱煙氣通過固體面(器壁〕 傳熱給濕精煤，稱為間接干燥。前者干燥方式較后者復雜，因為熱煙氣不僅使精煤受熱，而且還帶走濕精煤中已汽化的水蒸氣，在干燥過程中，傳熱和傳質的現象同時發生。對后者，傳熱和傳質現象可分別考慮。目前，我國選煤廠除山西西曲選煤廠外均采用直接干燥的方法。 

選煤廠對精煤的干燥形式大致有末精煤單獨干燥、浮選精煤單獨干燥、末精煤和浮選精煤混合干燥三種形式。浮選精煤粒度細、水分高、粘性大，單獨干燥易結團，影響產品水分脫除。末精煤和浮選精煤混合干燥可解決結團弊端，提高干燥效果。所以，大部分選煤廠均采用末精煤和浮選精煤混合干燥的方式。但是，在末精煤和浮選精煤混合干燥時，人為地加入大量水分為 8%~ 10%的末精煤，其量與浮選精煤之比為3：1~4：1，使得干燥精煤數量增加，所需干燥設備增多，增加熱量消耗，干燥費用增加。由于末精煤經離心脫水機脫水后，基本可以達到水分要求，所以各選煤廠都不對末精煤進行單獨干燥。 

干燥作業是選煤廠產品脫水作業中最后一道工序，其目的是進一步降低精煤的含水量，滿足用戶和運輸的要求。但是，在干燥過程中要消耗大量的熱能，因而，熱力干燥是一種昂貴的脫水方法，排除水量越多，熱量的消耗就越大，干燥費用也就越高。目前，只有東北、西北和華北等寒冷地區的選煤廠采用熱力干燥。除呂家陸選煤廠、范各莊選煤廠由于精煤出口采取常年干燥外，其他選煤廠只在冬季干燥，干燥期大約4~ 5個月。

干燥的基本原理 

干燥過程的本質是被除去的水分從固相轉移到氣相中，固相為干燥物料，氣相為干燥介質。干燥過程得以實現的條件是水分在物料表面的蒸氣壓必須超過干燥介質(如高溫煙氣〕中的蒸氣壓，物料表面水分才能汽化，由于表面水分的不斷汽化，物料內部的水分方能繼續向表面移動。水的汽化需要熱量，要進行熱量的傳遞。熱量的傳遞是由物體內部或物體之間的溫度不同引起的，根據熱力學第二定律，當無外功輸入時，熱量總是自動地從溫度較高的物體轉移至溫度較低的物體。 

傳熱的基本方式有四種:對流、傳導、輻射和高頻。 

對流是流體各部分質點發生相對位移而引起的熱量傳遞過程。在精煤干燥中，當高溫煙氣流過干燥物料時，熱能由流體傳到濕物料表面，使干燥的物料溫度升高，該過程稱為對流傳熱。 

傳導是熱量從物體中溫度較高的部分傳遞到溫度較低的部分或者傳遞到與之接觸的溫度較低的另一物體的過程。精煤顆粒受高溫煙氣包圍，熱量從顆粒表面逐漸傳遞到顆粒內部，使整個顆粒溫度升高。 

輻射是物體因各種原因發出輻射能，其中因熱而發出輻射能的過程稱為熱輻射。常以電磁波的形式發射并向空間傳播。當遇到另一物體時，一部分被反射，一部分被吸收，而另一部分則穿透物體。被吸收部分重新又轉變為熱能。在火床爐燃料燃燒過程中，當含有相對水分的新燃料直接加到熾熱的火床時，除受下面熾熱火床的加熱外，還受到爐膛內高溫火焰和爐墻的輻射熱作用，溫度很快升高，立即進入燃燒的熱力準備階段，這一過程稱為輻射傳熱。 

高頻是當電解質物料放在高頻(約10MHz)振蕩電場中時，電能在潮濕的電解質中轉變為熱能的過程。由于介電加熱發生在整個物料的內部，干燥的物料相當均勻。但高頻設備中產生的能量較為昂貴，該方法很少用于實際生產。

干燥速度 

我們用干燥速度表示物料中水分汽化的快慢。干燥速度即單位時間內在單位干燥面積上干燥精煤所能汽化的水分質量。 

干燥速度不僅取決于高溫煙氣的性質和操作條件，同時還取決于物料所含水分的性質。當物料與相對溫度及濕度的干燥介質接觸時，勢必會放出水分或吸收水分，并達到相對的值。在干燥介質狀態不變的情況下，物料中的水分總是維持該定值，此定值稱為該物料在相對干燥介質狀況下的平衡水分。 

平衡水分代表物料在相對干燥介質狀態下可以干燥的限度。只有物料中超出平衡水分的那部分，才有可能在干燥過程中被脫除。該部分水分稱為自由水分。物料所含總水分是由自由水分和平衡水分所組成的。 

干燥過程 

干燥速度決定干燥時間的長短，并直接決定了干燥機處理能力的大小。干燥速度越大，所需干燥時間越短，干燥機的處理能力也就越大。 

在恒定干燥條件下，依據干燥速度的變化，干燥過程可分為預熱階段、恒速階段、降速階段和平衡階段。 

1.預熱階段

設完全濕透且水分分布均勻的濕精煤，原來的溫度為A3。當與煙氣接觸時，熱煙氣首先將熱量傳給濕精煤，使精煤和所帶水的溫度升高，精煤溫度由A3上升到B3，由于受熱，水分開始汽化，干燥速度由零〔A2〕增加到較大值 B2。精煤的水分則因汽化而減少，由A1降到B1。此階段汽化水量僅占全過程的5%左右，其特點是干燥速度由零升到較大值，熱量主要消耗在精煤加溫和少量水分汽化上。因此，水分降低很少。 

2.恒速階段

干燥速度達較大值后，由于煤粒表面水分蒸氣壓大于該溫度下熱煙氣的蒸氣壓，水分從煤粒表面汽化并進入熱煙氣。煤粒內部的水分不斷向表面擴散，使其保持濕潤狀態。只要煤粒表面均有水分時，汽化速度可保持不變，故稱恒速階段。該階段的特點是干燥速度達較大值并保持不變，B2C2平行于橫坐標;精煤的含水量迅速下降;如果熱煙氣傳給濕精煤的熱量等于煤粒表面水分汽化所需熱量，則煤粒表面濕度保持不變，B3C3也平行于橫坐標。該階段汽化水量占整個干燥過程的80%左右，是主要的干燥脫水階段。預熱階段和恒速階段脫除的是非結合水分，即自由水和部分毛細管水。恒速階段結束時的精煤含水量C1稱為首位臨界含水量，常簡稱為臨界含水量，以Wk表示。 

3.降速階段

達到臨界含水量以后，隨著干燥時間的延長，水分由煤粒內部向表面擴散的速度降低，并低于表面水分汽化的速度，干燥速度也隨之下降，稱為降速階段。在降速階段中，根據水分汽化方式的不同又分為兩個階段，即部分表面汽化階段和內部汽化階段。 

①部分表面汽化階段一--進入降速階段以后由于內部水分向表面的擴散速度小于表面水分汽化的速度，使煤粒表面出現干燥部分，但水分仍從煤粒表面汽化，故稱部分表面汽化階段。這一階段的特點是干燥速度均勻下降，由C2降到E，且潮濕的表面逐漸減少，干燥部分越來越多，由于汽化水量降低，需要的汽化熱減少，使煤粒溫度升高。 

②內部汽化階段---隨煤粒表面干燥部分增加，溫度越來越高，熱量向內部傳遞，使蒸發面向內部移動，水分在煤粒內部汽化成水蒸氣后再向表面擴散流動，直到煤粒中所含水分與熱煙氣的濕度平衡時為止，稱內部汽化階段。這一階段的特點是，煤粒含水量越來越少，水分流動阻力增加，干燥速度甚低，煤粒溫度繼續升高。 

4.平衡階段

當煤粒中水分達到平衡水分WP時，煤粒中水分不再向熱煙氣汽化，干燥速度等于零，故稱平衡階段。 

精煤的實際干燥過程不可能達到平衡水分狀態，所以它只包括預熱階段、恒速階段和部分降速階段。 

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