褐煤振动流化低温提质跨尺度分析及参数优化研究

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褐煤具有含水量高、煤化程度低、热稳定性差等缺点,但褐煤储量巨大,经过提质处理后可得到高附加值产品。褐煤振动流态化提质工艺因提质效果好,适合大规模工业化生产等优势而被广泛使用。因此,本文对褐煤振动流化低温提质进行研究,分析褐煤振动流态化提质的机理及内部变化规律,并探究褐煤经振动流化提质后的形貌及内部结构的改变。本文的主要研究内容如下:(1)本文采用CFD方法研究褐煤振动流态化提质工艺。首先确定选择欧拉-欧拉双流体模型作为CFD模型,然后选取Gunn Model作为气-固颗粒两相流的传热模型;在静态基础上结合动网格技术,得到振动流态化的仿真模型,最后根据经验公式模拟振动流态化的气-固传热。(2)应用Fluent软件分别对普通流态化提质工艺和振动流态化提质工艺进行宏观仿真分析,通过仿真分析进风速度、颗粒尺度、振动参数对流化效果和传热效果的影响,确定合适的进风速度、颗粒尺度及振动强度,为振动流态化提质实验提供参考依据。(3)应用CFD-DEM耦合方法对振动流化床进行颗粒尺度上的分析。首先研究3种粒子在振动流化床上空间分布,其次研究三种粒子的速度变化,最后研究三种粒子的碰撞及运动轨迹。通过振动流化过程的可视化,总结粒子在不同振动参数下的运动规律,并确定最佳的振动幅值和频率。(4)根据以上仿真结果,确定进气速度为0.8 m/s,进气温度为400℃,热解时间为300 s,褐煤粒径为0~1 mm及振动幅值为2 mm,振动频率为20 Hz。对经过此参数的振动流化提质的褐煤进行表征,通过煤的工业分析确定提质前后各个成分含量变化;通过电镜扫描,观察提质前后表面形貌变化;通过热重分析,确定提质前后特征温度的变化;通过傅里叶红外光谱分析,观察提质前后官能团及化学键变化。
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