【正文】 輸。目前，我國煙煤、無煙煤等優(yōu)質(zhì)煤資源已被充分利用，拓展空間有限，而對褐煤的大規(guī)模開發(fā)利用剛剛開始。我國的褐煤普遍存在濕度大（ 30%— 50%）而導(dǎo)致的燃點(diǎn)低和二氧化碳排放量大的缺點(diǎn)，直接燃燒未提質(zhì)的褐煤原煤，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán) 重的環(huán)境污染問題（二氧化碳排放量比普通煙煤高 15%左右），增加電廠和煤化工項(xiàng)目的建設(shè)和運(yùn)行的成本；同時(shí)，較高的含水量導(dǎo)致褐煤運(yùn)輸費(fèi)用增加，限制了內(nèi)蒙地區(qū)豐富的褐煤資源外運(yùn)至南方沿海城市利用的空間。 目前，國內(nèi)褐煤干燥的工業(yè)應(yīng)用還沒有大規(guī)模展開。 國內(nèi)褐煤電廠多采用高溫?zé)煔馔ㄟ^ 磨煤機(jī)達(dá)到干燥煤粉的目的。 干燥過程廣泛用于生產(chǎn)和生活中。而后，隨著農(nóng)業(yè) 發(fā)展，這種天然的、勞動(dòng)強(qiáng)度極大而又不能受人們意志控制的干燥方法，逐步讓位給各種人工去濕方法和人工干燥過程。分的過程，各種物料可以是固體，液體或氣體，而濕分則常常是水或水蒸 氣，但在某些情況下，也可以是有機(jī)液體或有機(jī)蒸汽等其他濕分。去濕方法按作用原理來分，可分為：機(jī)械法，熱物理法，物理化學(xué)法。因此，干燥過程的特點(diǎn)是傳熱和傳質(zhì)過程同時(shí)并存，兩者相互影響而又相互制約，有時(shí)熱傳可以加速傳質(zhì)過程的進(jìn)行，有 時(shí)傳熱又能減緩傳質(zhì)的速率。為防止某些高分子材料成型加工時(shí)產(chǎn)生氣泡及物料降解，事先必須經(jīng)過干燥。為防止在生產(chǎn)過程中存在引起腐蝕的濕分而應(yīng)用干燥，例如煤氣的干燥或苯在氯化之前的干燥等。 3）干燥原材料或產(chǎn)品：以減輕中路 ，降低運(yùn)輸費(fèi)用，或使物料變干，以便于運(yùn)輸。 4）提高燃料的熱值，以使劣質(zhì)燃料能有效地應(yīng)用于高溫工業(yè)用爐，或增加產(chǎn)品的有效成分以使其便于處理及銷售。 5）使產(chǎn)品便于保藏，而不至于中途變質(zhì)腐爛而應(yīng)用干燥操作。干燥對這類物品的儲(chǔ)存是十分必要的。干燥設(shè)備制作是密集型產(chǎn)業(yè)，我國的國產(chǎn)干燥設(shè)備價(jià)格相對低廉，因此具有較強(qiáng)的競爭力。 流化床干燥器還 可以做成多層式。 3）因熱傳遞迅速，所以處理能力大。 6）因流化床有相似于液體的狀態(tài)和作用，所以處理容易。 宛家盛：褐煤干燥系統(tǒng)設(shè)計(jì)及經(jīng)濟(jì)性分析 4 7）裝置無運(yùn)動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定。 8）不適 用于易黏結(jié)或結(jié)塊的物料。 11）對產(chǎn)品外觀要求嚴(yán)格的物料不易采用。干燥器選型時(shí)應(yīng)考慮以下因素： 1)被干燥物料的性質(zhì)，如熱敏性、粘附性、顆粒的大小形狀、磨損性以及腐蝕性、毒性、可燃性等物理化學(xué)性質(zhì)。如干燥食品時(shí)，產(chǎn)品的幾何形狀、粉碎程度均對產(chǎn)品的質(zhì)量及價(jià)格有直接的影響。物料與介質(zhì)接觸狀態(tài)、物料尺寸與幾何形狀對干燥速率曲線的影響很大。 5)干燥熱源：可利用的熱源的選擇及能量的綜合利用。 氣體和物料在干燥器中的流動(dòng)方式，一般可分為并流、逆流和錯(cuò)流。物料的移動(dòng)方向與介質(zhì)的流動(dòng)方向相同。在錯(cuò)流操作中，干燥介質(zhì)與物料間運(yùn)動(dòng)方向相互垂直。干燥介質(zhì)進(jìn)入干燥器時(shí)的溫度提高干燥介質(zhì)進(jìn)入干燥器的溫度，可提高傳熱、 傳質(zhì)的推動(dòng)力，因此，在避免物料發(fā)生變色、分解等理化變化的前提下，干燥介質(zhì)的進(jìn)口溫度可盡可能高一些。在流化床、氣流等干燥器中，由于物料不斷地翻動(dòng)，致使物料溫度較均勻，干燥速率快、時(shí)間短，因此介質(zhì)進(jìn)口溫度可高些 。不同階段流化床的狀態(tài)： 1）固定床階段 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 當(dāng)流體速度較低時(shí)，顆粒所受的曳力較小，能夠保持靜止?fàn)顟B(tài)，不發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)，流體只能穿過靜止顆粒之間的空隙而流動(dòng)，這種床層稱為固定床，如圖 11 圖所示 ，床層高度 L。 2）流化床階段 當(dāng)流速增至一定值時(shí)，顆粒床層開始松動(dòng)，顆粒位置也在一定區(qū)間內(nèi)開始調(diào)整，床層略有膨脹，但顆粒仍不能自由運(yùn)動(dòng)，床層的這種情況稱為初始流化或臨界流化，如圖 11（ b）所示。空塔氣速稱為初始流化速度或臨界流化速度。此后床層高度將隨流速提高而升高，這種床層具有類似于流體的性質(zhì)，故稱為流化床，如圖 11（ c），（ d） 所示。 3）稀相輸送床階段 若流速再升高達(dá)到某一極限時(shí)，流化床的上界面消失，顆粒分散懸浮于氣流中，并不斷被氣流帶走，這種床層稱為稀相輸送床，如圖 11（ e）所示。 圖 11 不同流速時(shí)床層的變化 Figure 11 different velocity layer of the bed change 干燥速率的定義是在單位時(shí)間內(nèi)每單位面積上濕物料汽化的水分質(zhì)量，以符號 U表示，其單位為 kg 水 /(m2 ? h)。此圖是以干燥速率為縱軸，物料濕含量 (干基 )為橫軸做出來的。圖 11 上的 A 點(diǎn)表示進(jìn)人干燥器的某物料霧滴，其濕含量為 50%(干基 )，從濕含量 50%的 A 點(diǎn)干燥到 20%的 B 點(diǎn)這一階段中，干燥速率不變， AB 為一水平線，所以干燥第一階段常稱為恒速干燥階段。 過臨界點(diǎn)以后，干燥速率開始下降，一直下降到于燥速率為零，達(dá)到了在一定干燥條件下的極限，這時(shí)的物料濕度稱為平衡濕度 Ce (圖上的 E 點(diǎn)，此點(diǎn)的平衡濕度為 %)。實(shí)際上 ， 在工業(yè)生產(chǎn)中不會(huì)干燥到平衡濕度 Ce (那將需要無限長的干燥時(shí)間 )，而是介于臨界濕度和平衡濕度之間的某 一位置上，視工藝生產(chǎn)需要和經(jīng)濟(jì)與否而定。因此，不論對何種物料，都表現(xiàn)為普通水面上汽化的特性，即物料表面的蒸汽壓等于同溫度下水的飽和蒸 汽壓。因此，恒速干燥階段屬于表面汽化控制階段。 降速干燥階段 ， 在這一階段，從物料內(nèi)部向表面移動(dòng)的水分已經(jīng)不足以補(bǔ)充表面汽化的水分。在整個(gè)降速階段，干燥速率取決于物料性質(zhì)，屬于物料內(nèi)部水分移動(dòng)控制階段。由于空氣傳給濕物料的熱量大于水分汽化所需的熱量，因此物料表面溫度逐步上升并逐漸接近于空氣的溫度。該值不僅與物料性質(zhì)有關(guān)，而且還隨干燥條件不同而顯著不同。同時(shí)應(yīng)當(dāng)指出，對同一種物料，用同樣的干燥設(shè)備，但干燥介質(zhì)不同，其值也是不一樣的，例如用過熱蒸汽作為干燥介質(zhì)比用空氣作為干燥介質(zhì)的臨界濕含量低得多。 宛家盛：褐煤干燥系統(tǒng)設(shè)計(jì)及經(jīng)濟(jì)性分析 8 2 干燥過程的設(shè)計(jì)方案及流程說明 主體設(shè)備的設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)任務(wù)是：年處理量為 萬噸某顆粒狀物料的干燥。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件，先確定空塔風(fēng)速，通過物料預(yù)熱階段的沉降速度確定，要物料及熱量衡算，并確定出空氣和物料出口溫度。算出流化床的高度。 輔助設(shè)備的選擇 流化干燥的附屬設(shè)備主要包括風(fēng)機(jī)、電加熱器、氣固分離器及供料器，這些設(shè)備的合理選擇對干燥具有重要的作用。因?yàn)槠溥x擇要同時(shí)滿足全風(fēng)壓和所需風(fēng)量兩者的條件，但由于參照樣本中沒有合理的風(fēng)機(jī)可供選擇，故可選擇風(fēng)壓稍大的機(jī)型以滿足條件 。至于供料器，選擇的是星型供料器，該供料器是應(yīng)用最廣泛的供料器之一。 最后，是氣固分離器的選擇，選擇的是旋風(fēng)分離器，選型時(shí)，根據(jù)含塵器的處理 量和允許壓強(qiáng)降，定出合適的入口氣速，由此確定入口管截面積，然后按結(jié)構(gòu)比例關(guān)系確定其他尺寸。 干燥過程的流程說明 濕物料由星型供料器加入，利用送風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的負(fù)壓的推動(dòng)使物料進(jìn)入管路。出口處的空氣溫度，即進(jìn)干燥器溫度為 200℃ 。常規(guī)干燥設(shè)計(jì)是按經(jīng)驗(yàn)確定干燥介質(zhì)（通常為空氣）的出口溫度，即出 口溫度應(yīng)比絕熱飽和溫度高 20~50℃ ，然后進(jìn)行干燥器其他工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)。出口溫度升高使平均傳熱推動(dòng)力增大；出口濕度降低，使傳質(zhì)推動(dòng)力增大，平均傳熱和傳質(zhì)推動(dòng)力增大使干燥設(shè)備體積減少，而干燥器出口溫度降低，使干燥介質(zhì)耗用量減少，干燥器體積增大。 本次優(yōu)化設(shè)計(jì)以年總費(fèi)用最小為目標(biāo)，最佳出口溫度應(yīng)比飽和濕球高 在 2050℃ 之間。多孔板多層流化床干燥器（干燥介質(zhì)和被干燥物料呈錯(cuò)流）的流程示意圖如下： 宛家盛：褐煤干燥系統(tǒng)設(shè)計(jì)及經(jīng)濟(jì)性分析 10 圖 21 多孔板式多層流化床干燥器流程示意圖 Figure 1 porous plate multilayer fluidized bed drier flow diagram 在考慮了干燥器，電預(yù)熱器， 風(fēng)機(jī)，除塵器等設(shè)備的投資折舊費(fèi)用和電預(yù)熱費(fèi)用，風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用等操作費(fèi)用的情況下，建立了干燥介質(zhì)出口溫度優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，它以年總費(fèi)用為目標(biāo)函數(shù)，總費(fèi)用 J 為： d h pJ G G G? ? ? 。 干燥設(shè)備投資折舊費(fèi)用 dG 包括干燥器，預(yù)熱器，風(fēng)機(jī)和除塵器設(shè)備的投資折舊費(fèi)。 a 為綜合指數(shù)，它隨企業(yè)規(guī)模，加工能力，產(chǎn)品質(zhì)量，信譽(yù)，服務(wù)水平等不同而不同，一般可取 ~， M 為通貨膨脹系數(shù)，設(shè) 2022 年為 ， 若以后各年不知，可按 5%遞增速度計(jì)算， b 為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般可取 45~55， c 為指數(shù)，一般可取 1~， cF 為設(shè)備折舊率，一般取 ~,即干燥器使用年限一般為 8~12 年。 點(diǎn)加熱器費(fèi)用 hG 為： d ia nhhh GTWG ??? 式中： hW —— 電量，度數(shù) hT —— 年工作時(shí)間， h； dianG —— 電的價(jià)格，一般可取 元 /KW? h。 —— 經(jīng)驗(yàn)比例系 數(shù)。而這三個(gè)變量是空氣出口溫度的函數(shù)，在空氣出口溫度 t2 確定的情況下， hsQ ，hpQ ， hW ， V 是可以通過工藝衡算得到。既而得到流化床的高度 ，算出其體積。39。 其中 : )( 120 ?wvW ctcrWQ ??? 又 22 Xcc sm ?? ))(1 8 ()( 122122 ???? ????? XcGcGQ scmcm )( 02 ttLcQ xl ??? = ))(( 020 ttHL ?? )( 01 ttLcQ xP ?? = ))(( 010 ttHL ?? 因?yàn)楦稍锲鞯臒釗p失為有效耗熱量的 10%，即： )%(10 mwl Q ?? 預(yù)熱器熱負(fù)荷及耗電量 由分析的預(yù)熱器的熱消耗量 PQ 為： ? ?? ?0 1 01 .0 1 1 .8 8PQ L H t t? ? ? 用電加熱，取熱損失為有效傳熱量的 10%，則有hp WQ ???? 1)(；即耗電量 ： ? 宛家盛：褐煤干燥系統(tǒng)設(shè)計(jì)及經(jīng)濟(jì)性分析 14 干燥設(shè)計(jì)已知條件的確定 已知條件：利用昭陽褐煤在日曬 7 天以后的褐煤如下 物料名稱：褐煤粉 生產(chǎn)能力 2G ： 3t/h（干料） 干燥前含水量 1W ： 23%（濕料）（ 1W =） 干燥后含水量 2W ： 3%（濕基）（ 2W =） 干物料比熱容 sC (kg? ? C) 堆積密度 ? b ： 800kg/m3 真實(shí)密度 ? s ： 1200kg/m3 粒度分布： ? % % 31% % ? % 溫度θ 1 ： 20℃ 著火溫度： 420℃ 熱風(fēng)溫度 t2 ： 200℃ 熱能：熱空氣 1）多孔板的確定：在物料的預(yù)熱階段，考慮有少量的物料凝聚現(xiàn)象，故多孔板的孔徑為 15mm。 2）熱風(fēng)速度的確定：空氣的出口溫度 2t 應(yīng)比進(jìn)口氣體處濕球溫度高出 o20 50 C? (經(jīng)優(yōu)化可取 )，避免在旋風(fēng)分離器內(nèi)析出水分，這里我們?nèi)?? C。取塔頂?shù)目账L(fēng)速為沉降速度的 倍，即 為 sm .。從流化床干燥器所進(jìn)入的顆粒物料，算出平均直徑，其結(jié)果 pd = 則 的顆粒在 95℃時(shí)的沉降速度 tv =gs2p18)g(d?? 1 2 0 ???? ???? ）（ = sm 則塔頂通過孔的風(fēng)速為 td0t????? ? 這樣就形成了良好的流態(tài)化層。 ）（）（））（（）（ ）（）（w2s0wttCCC02w2s2ww222ttCCCCCCCttcCCttt w2s0w??????????? ?????? ????? ? ?）（）（）（2002 3 2