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微波技術在煤炭加工利用過程中的應用.pdf

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第 35卷 第 1期 2012年 1月 煤 炭 轉 化 C0AL C0NVERS10N VoL 35 NO.1 Jan.2012 微波技術在煤炭加工利用過程中的應用 夏 浩D 劉全 潤 馬名 杰。 潘 結 南 摘 要 從 微 波加 熱對煤 的除 濕干燥 ,微 波輻 照對煤 可磨 性 的影 響 ,微 波在 煤炭 脫硫領 域 的應 用和煤 的微 波熱解 等方 面對微 波技 術在煤 炭加 工利 用過程 中的應 用情 況進 行 了綜述.指 出微 波 技 術 具有 選擇 性 加熱材 料 、穿透性 強 、升溫速 率快 、加 熱效 率 高 、易 于控 制和 安 全 衛 生無 污 染等 特 點 , 使 其在 煤炭領 域 中的應 用具有 廣 闊前景. 關鍵 詞 微 波 ,干燥 除 濕,可磨 性 ,脫 硫 ,熱 解 中圖分類 號 TD849 0 引 言 煤 炭 是地 球 上最 豐 富 的化 石 燃料 ,目前 約 占世 界 一次 能源 消耗 的 28 .隨著石 油 和 天然 氣 資 源 的 日趨 緊張與煤 炭 資源 的進 一 步開 發 利 用 ,潔 凈 煤技 術 的發展 逐漸 成為 我 國能 源研 究 開 發 的重 心 .隨著 科 學技 術 的發展 ,煤 炭企 業 不 斷 尋求 新 工 藝 與新 設 備 ,以實 現生 產工藝 的簡 化 、生 產成本 的減 低及 生產 設 備 的高效 運轉 ,降低對 環境 的危 害.微 波是 波長在 1 mm~ 1 1TI之 間 ,頻 率 在 3.0× 10 MHz~ 3.0× 10 MHz范 圍 內的電磁 波.微 波 因其 獨 特 的選 擇性 加熱、加熱均勻、熱效率高、能耗低和易于控制等特 點 ,正 日益 引起人 們 的 重視 .微 波 經 過 多 年 在 工業 、 農 業 、醫學 以 及 家庭 等 領 域 的應 用 ,已逐 步 進 入 生 物、化學及高科技領域.在此背景下 ,微波在煤炭轉 化 中的應用 具有 巨大 的潛力 和廣 闊的 發展前景 . 微波加熱煤除濕干燥 經洗選 處理 后 的煤 炭 水分 含 量 高 ,導致 煤 燃燒 過程 中熱損 失增 大.焦 化過程 中 ,水 分 含量高 的煤 送 入焦 爐后 ,對焦炭 質量 有一定 影 響 ,而 且水分 汽化 要 耗 費較多 的能量 .水分 含量 高 ,對煤 炭 的后續 利用 會 產生 不利 的影 響 ,因 此必須對 濕 煤進行 除濕 干燥 . 由水 分 子結 構 模 型可 以看 出 ,水分 子 為強 極 性 分子,很容易在微波場中極化產生熱運動 ,與相鄰分 子間相互作用 ,使水分子溫度快速升高.由于水的介 電損耗 因子 是煤 的 100倍 ,煤 中 的水 分能 夠 被 微 波 優先選 擇加 熱 ,煤 中 的碳 原 子 緊密 地綁 定 在 有 機 基 質 中 ,不容 易受 到 電磁 場 的變化 而發 生振動 ,升 溫速 率很慢.煤的內在水分吸附在煤的有機基質上,這些 水分子同樣可以通過微波電磁場的誘導產生振動, 使水 溫度 升高 ,從 而 脫 離有 機 基 質 的吸 附力 從 煤 中 蒸發 出去 .[1 但要 控制微 波場 中的煤炭 溫度 ,在脫 水 干燥 的 同時防止 煤 中的短鏈 碳氫 化合 物從煤 有機 基 質 中揮發 出去 ,影 響煤 的結 焦性 . 趙慶 玲等 通過 總 結微 波 干燥 煤 的情 況 得 出 : 隨著 煤炭 等級 的上升 ,其介 電常數和 介 電損 耗下 降 , 這是 因為煤 中固有水 分隨 煤等級 的升 高而 下降 的結 果.董平等口 通過實驗確定了影響微波干燥浮選精 煤的主要因素為微波輸 出功率 、浮選精煤 的外在水 分 、微 波 干燥 的處理 能力及 干燥 時 間等.研 究 中發現 與熱 力干燥 相 比,微 波干 燥 時 間 短 ,效 率 高 ,易 于控 制且 污 染 低.崔平 等 _4 認 為微 波 加 熱脫 水 是 指煤 餅 中的極性 分子 水在 微 波 場 的作 用 下 快 速擺 動 ,產 生 類似 于摩 擦 的作用 ,而 以熱 的形 式表 現 出來 ,使 水分 蒸 發.隨 著微波 加熱 時 間的延 長 ,煤餅 的最 終含 濕量 趨 于一致 ,基本 不受 煤種 和粒度 的影 響.利 用微 波加 熱能 縮短 脫水 時間 ,降能增 效 .崔平 等_5 還探 討 了在 微 波加熱 條件 下加 入表 面活性 劑 和溶劑 油等 有機溶 劑對脫水效果 的影 響.微波 的選擇性加熱有效地除 去了煤炭 中的水分而沒有影響到煤炭中的有機組成 部分. * 國家 自然科學基 金資助項 目(41072153). 1)碩士生 ;2)博士 、副教授 ;3)博士 、高級工程師 ,河南理工 大學材料科學與工程學院 ,454003 河南焦作 1 4)博 士、副教授 ,河南理工 大學 資源環境學 院,454003 河南焦作 收稿 日期 :2011一O6—22;修 回 日期 :2011—09—24
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微波技術 過程中 利用 煤炭 加工 應用
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