Analiza procesu suszenia polskich węgli brunatnych za pomocą pary
przegrzanej
Węgiel brunatny jest paliwem o znacznej zawartości wilgoci, co niekorzystnie wpływa na jego wartość opałową. Wśród metod usuwania wilgoci, suszenie parą przegrzaną zyskuje na popularności, głównie ze względu na zapobieganie utlenianiu paliwa oraz potencjał odzysku ciepła parowania wody w nim zawartej. Węgle z kopalni Bełchatów i Turów przebadano pod kątem własności związanych z suszeniem w parze przegrzanej. Próbki węgla uformowano w kule o średnicy wahającej się między 2.5 a 30 mm i poddano działaniu pary o temperaturze 110 - 170 °C. Kolejne etapy procesu przedstawiono w formie charakterystyk suszenia składających się z zależności zawartości wilgoci, szybkości suszenia i temperatury węgla od czasu. Testy rejestrowano kamerą na potrzeby analizy skurczu i pękania próbki. Omówiono związek między pochodzeniem geologicznym węgli a różnicami wyników eksperymentalnych. Te ostatnie posłużyły jako parametry wejściowe matematycznego modelu suszenia. Założona izotropia własności w kulach węgla pozwoliła na zastosowanie jednowymiarowego modelowania. W dyskretyzacji przyjęto metodę objętości kontrolnych. Symulacja numeryczna posłużyła do prognozy szeregu wskaźników, określających m.in. szczytową szybkość suszenia lub czas usunięcia wody wolnej. Wskaźniki te wykorzystano w analizie wrażliwości modelu na zmienność jego parametrów jak np. przewodność cieplna, ciepło właściwe czy gęstość węgla. Uwzględniono także model suszenia wielopróbkowego jako przybliżenie faktycznych warunków pracy suszarki. Ubytek udziału wody posłużył do oszacowania wzrostu wartości opałowej węgla spowodowanego suszeniem.
An analysis of drying characteristics of Polish lignite in superheated steam
atmosphere
Lignite, also known as brown coal, is a fossil fuel characterized with significant water share, what diminishes its heating value. Among various methods of dewatering, superheated steam drying has been strengthening its position recently, mostly due to prevention of fuel oxidization and possible latent heat recovery of water stored in it. Coals from Belchatow and Turow mines in Poland were examined for their properties related to superheated steam drying. The coal samples were formed into spheres of diameter ranging from 2.5 to 30 mm and exposed to steam of temperature between 110 and 170 °C. Moisture content, drying rate and temperature values were plotted along time to constitute the drying characteristics and separate subsequent stages of the process. Each drying attempt was video recorded to evaluate shrinkage and cracking of coal. The geological specificity of particular coals was discussed in the wake of differences of empirical results. The latter were applied as parameters of the mathematical model of drying. Due to assumed isotropy of the properties in a lignite sphere, one-dimensional modelling was applied. The numerical simulation predicted a series of indicators marking e.g. peak drying rate or free water removal, which values were then used for sensitivity analysis of model parameters, such as thermal conductivity, specific heat or density of coal. Multiple particle drying was also discussed as an approximation of actual dryer’s operational scheme. The decline in water share was related with different extensive and material properties of coal to evaluate the predicted increase in calorific value of lignite.
