数学模型在褐煤干燥中的应用

数学模型在褐煤干燥中的应用

1.绪论

我国褐煤资源丰富，已探明保有储量1303亿t，占全国煤炭总储量13%．褐煤是一种高水分含量(20%～50%)，低热值(收到基低位发热量14MJ/kg左右)的煤种，易于风化和自燃，不宜长途运输，故长期被视作一种劣质的煤炭资源，主要用做坑口电厂燃料或就近气化原料，开发利用程度不高．[1]

当前，随着我国经济的持续快速发展和对能源需求的与日俱增，国内优质煤炭资源供应已日趋紧张，适时发展褐煤提质综合利用产业，将有效缓解我国优质动力煤供应紧张的局面，同时还可利用低品位煤炭扩宽优质动力煤的资源渠道，延伸煤炭工业的产业链，生产高品质的石油替代产品，提高煤炭资源的综合利用效率和煤炭利用的环境效益，从而更好地满足我国能源需求，为我国国民经济发展提供强有力的安全保障．[2]

因此，如何通过物理化学方法对褐煤改性提质，降低褐煤中的水分含量是一个热点和难点问题．干燥褐煤的方法不唯一，下文中介绍了三种干燥褐煤的方法．其中，烟气干燥褐煤，是将单个褐煤颗粒作为研究对象，建立模型，研究不粒径褐煤干燥过程中的烟气温度、颗粒含水量、颗粒内部温度分布等变化规律；滚筒式干燥机干燥褐煤部分，是控制算法部分，应用数学模型研究一系列的控制参数的最优解；振动流化床干燥褐煤部分，建立了流化床不同干燥阶段、不同干燥床层的热量需求情况的数学模型，为不同条件下的热量需求情况提供了理论依据．

2.烟气干燥褐煤

2.1方法概述[3]

为了深入研究高温烟气干燥褐煤的物理过程，在一维球坐标系F对单个球形褐煤颗粒的干燥脱水过程建立了数值模型．模型中以褐煤颗粒内的蒸发界面为基础，将褐煤颗粒分为干区和湿区，对湿区求解传热方程，对干区求解烟气传热和传质方程，模拟褐煤干燥中的水分蒸发过程．模型采用Crank-Nicolson隐式差分方法进行离散化，模拟得到单个褐煤颗粒动态蒸发的过程．利用该模型分析不粒径褐煤干燥过程中的烟气温度、颗粒含水量、颗粒内部温度分布等变化规律．

2.2具体步骤