常溫循環(huán)流化床(CFB)煙氣脫硫技術(shù)與濕法脫硫技術(shù)相比，具有工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)單、投資低、耗水量少、占地少、副產(chǎn)品呈干態(tài)易于處理等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用的CFB常溫半干法煙氣脫硫工藝中，采用石灰漿滴包裹的煤灰顆粒作為脫硫劑顆粒。整個(gè)脫硫過(guò)程反應(yīng)與含濕煤灰顆粒的干燥烘干過(guò)程有密切的關(guān)系。因此，研究煤灰顆粒在實(shí)際脫硫條件下的干燥烘干過(guò)程，有助于加強(qiáng)對(duì)整個(gè)脫硫過(guò)程的了解，以及在此基礎(chǔ)上對(duì)脫硫系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化分析和設(shè)計(jì)。    氣流干燥烘干過(guò)程由于傳熱、傳質(zhì)和能量的耦合作用而變得非常復(fù)雜。在干燥烘干過(guò)程中，沿著干燥烘干管的高度方向，顆粒的特性以及氣流的性質(zhì)都會(huì)發(fā)生顯著變化。國(guó)外學(xué)者提出了一些模型來(lái)描述氣流干燥烘干過(guò)程，在這些模型中，絕大多數(shù)模型都是假設(shè)顆粒的性質(zhì)均勻并且不隨干燥烘干過(guò)程的進(jìn)展而發(fā)生粒徑的收縮，并且只考慮在穩(wěn)定條件下的一維流動(dòng)干燥烘干過(guò)程，這一類的模型有Thorpe、Wint和Coggan在1973年建立的模型，Matsumoto和Pei以及Martin和Saleh在1984年建立的模型，Saastamoinen在1992年建立的模型等，富通新能源銷售木屑顆粒機(jī)、木屑烘干機(jī)等生物質(zhì)燃料成型、木屑烘干等機(jī)械設(shè)備。
    由于干燥烘干過(guò)程同被干燥烘干物質(zhì)的特性有非常密切的關(guān)系，因此針對(duì)不同物質(zhì)的干燥烘干模型會(huì)有很大差別。迄今為止，國(guó)內(nèi)外尚未檢索到公開(kāi)發(fā)表的關(guān)于含濕煤灰顆粒氣流干燥烘干過(guò)程的相關(guān)研究文章。因此，有必要對(duì)含濕煤灰顆粒在氣流干燥烘干條件下的干燥烘干特性進(jìn)行研究。
    本文提出了一個(gè)描述含濕煤灰顆粒氣流干燥烘干過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行了數(shù)值求解，得到了不同條件下含濕煤灰顆粒的干燥烘干曲線。通過(guò)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較，驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。
1、實(shí)驗(yàn)研究
    本文建立的顆粒氣流干燥烘干實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)如圖1所示。由鼓風(fēng)系統(tǒng)、空氣加熱系統(tǒng)、空氣加濕系統(tǒng)、給料系統(tǒng)、干燥烘干管、測(cè)量系統(tǒng)、物料收集系統(tǒng)7部分組成。干燥烘干管由5節(jié)長(zhǎng)度800 mm、內(nèi)徑108 mm的管段任意連接而成，最大高度4m。
    實(shí)驗(yàn)用的煤灰取自清華大學(xué)試驗(yàn)電廠的CFB常溫半干法煙氣脫硫試驗(yàn)裝置中的灰料，灰粒徑采用英國(guó)產(chǎn)Mastersizer2000型粒徑分析儀進(jìn)行分析，得到煤灰顆粒的平均粒徑為d=78.8um。
    對(duì)于煤灰顆粒的臨界含濕量，采用熱重分析儀(TGA)對(duì)飛灰顆粒在30℃和40℃下的干燥烘干過(guò)程進(jìn)行分析，其結(jié)果見(jiàn)表1。
    從表中可以看出煤灰顆粒的臨界含濕量在10%～13%之間，但是在氣流干燥烘干情況下，顆粒的臨界含濕量要相應(yīng)發(fā)生變化。
    在實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備階段，將煤灰配成含濕量一定的均勻狀態(tài)后放入密閉的給料斗中，并取樣測(cè)定其含濕量。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，再測(cè)定收集到的顆粒含濕量，就可得到干燥烘干管入口和出口的顆粒含濕量差。
    在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，空氣通過(guò)電加熱器的加熱達(dá)到預(yù)定溫度，再由加濕器加濕到預(yù)定的濕度后，由風(fēng)機(jī)鼓入干燥烘干管段內(nèi)。首先轉(zhuǎn)動(dòng)蝶閥使Y形管道連接到布袋除塵裝置，等干燥烘干管內(nèi)空氣達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，再轉(zhuǎn)動(dòng)蝶閥使管道連接到顆粒收集裝置，采集樣品顆粒。實(shí)驗(yàn)中不同高度試樣的獲得可以通過(guò)改變組成干燥烘干管所用管段的多少來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，要測(cè)量1.6 m高度上顆粒的含濕量，可以在氣流出口處安裝2個(gè)管段，在管段的末端連接Y形管，這樣收集到的顆粒即為1.6 m高度上的樣品。
2、數(shù)值模擬
    文中相關(guān)參數(shù)所表示的意義及單位見(jiàn)表2。
    基于氣流干燥烘干的特點(diǎn)，本文對(duì)含濕煤灰顆粒的氣流干燥烘干過(guò)程作了如下一些合理的假設(shè)：
    (1)在實(shí)驗(yàn)條件下，干燥烘干管內(nèi)無(wú)返混現(xiàn)象；
    (2)以煤灰顆粒的平均粒徑表征顆粒大小，并且顆粒都是球形的；
    (3)忽略氣流和管壁之間以及顆粒和管壁之間的摩擦阻力；
    (4)干燥烘干氣體為理想氣體；
    (5)質(zhì)量、熱量和動(dòng)量的交換只發(fā)生在氣固兩相中；
    (6)顆粒是由連續(xù)的多孔介質(zhì)和水組成；
    (7)只考慮氣流溫度和濕度在干燥烘干管高度方向上的變化；
    (8)固體顆粒在干燥烘干管的橫截面上均勻分布。
    在此基礎(chǔ)上，本文建立了如下煤灰顆粒氣流干燥烘干數(shù)學(xué)模型。