由于褐煤高水分、热值低、易泥化、易自燃,难以分选和运输,因此发展煤化工项目进行就地转化是一个良好的选择,褐煤气化技术使合成气用于生产下游产品,目前褐煤气化前预处理技术主要是除矸与干燥,针对采集的3-1 mm与6-3mm粒级内蒙古褐煤煤样在实验室建立的柱式脉动气流分选干燥协同提质设备上进行分选干燥协同提质研究,确定气流速度、脉动频率、给料速度、气流温度等工艺参数范围,在此基础上对工艺参数进行优化试验研究,采用Fluent软件对分选干燥过程进行模拟,为褐煤分选干燥提供理论依据,为以后的半工业试验和工业试验提供依据。本文综合了矿物加工学、颗粒学、流体力学、传热传质学等理论知识,研究了固相颗粒在脉动热气流中运动的动力学分析,通过单因素试验确定了3-1 mm与6-3 mm粒级褐煤最佳单因素参数:当气流速度9.39m/s、脉动频率2.07Hz、给料速度250.00g/s、气流温度80.0℃时,试验系统对3-1 mm粒级褐煤能得到可燃体回收率为48.34%,精煤灰分为27.89%,比原煤灰分降低了10.19%,精煤水分为11.23%;当气流速度11.61m/s、脉动频率1.60Hz、给料速度200.00g/s、气流温度80.0℃,能得到6-3 mm粒级褐煤可燃体回收率为73.91%,精煤灰分为21.43%,比原煤灰分降低了10.12%,精煤水分为12.43%;柱式脉动气流分选干燥协同提质试验系统对6-3 mm粒级褐煤比3-1 mm粒级褐煤分选效果好,但试验系统对3-1 mm粒级褐煤比6-3 mm粒级褐煤干燥效果好,6-3 mm褐煤经过分选干燥后可以满足褐煤气化的要求,可以用于褐煤流化床气化前的预处理。在单因素试验基础上,利用Design-Expert软件对6-3 mm粒级褐煤进行四因素三水平的正交试验,得到影响可燃体回收率和轻产物水分的交互作用(2FI)模型,其中气流速度与给料速度的交互作用对可燃体回收率影响最大,给料速度与气流温度的交互作用对轻产物全水分影响最大,得到可燃体回收率与轻产物全水分和实际各因素之间关系的数学模型,通过对试验条件进行优化,得到6-3 mm粒级褐煤分选干燥协同提质的最佳条件:当气流速度11.28m/s,脉动频率为1.83Hz,给料速度为150.00g/s,气流温度80.0℃,可以使6-3 mm粒级褐煤精煤灰分降低到20.25%,精煤水分降低到11.21%,得到精煤产率为63.21%,可燃体回收率为73.64%,可以有效降低精煤灰分和含水量。在最佳试验条件下对6-3 mm粒级褐煤进行分选干燥的柱式脉动气流分选干燥协同提质设备的数量效率η为78.04%,可能偏差EP为0.15,不完善度I值为0.28。Fluent软件的气固两相流Eulerian-Eulerian模型适用于6-3 mm褐煤分选干躁的仿真,解决分选与干燥停留时间耦合以及分选与干燥脱水传热之间协同机制问题。选取最佳试验参数的条件下,当给入温度为354K的脉动热气流1.267s后,煤与矸石颗粒可以有效分离,经过2.503s时矸石颗粒基本集中在分选干燥柱底部集料口,经过2.968s时煤颗粒基本分布在分选干燥柱顶部从出口逸出,煤颗粒在分选干燥柱逗留时间大约为2.968s,在t=2.503s时,大部分煤颗粒温度分布在310~337K。6-3 mm粒级褐煤在干燥时间t=2.968s内,热效率η随着时间不断减少。