ได้มีการศึกษาเชิงทดลองสำหรับลิกไนต์จากแหล่งกำเนิดที่แตกต่างกัน เช่น โปแลนด์ กรีซ โรมาเนีย และออสเตรเลีย โดยใช้เครื่องอบแห้งแบบเตียงรูปวงแหวน ผลกระทบของอุณหภูมิต่อประสิทธิภาพการอบแห้ง รวมถึงการสูญเสียความชื้นในช่วงเวลาหนึ่งภายใต้เงื่อนไขการอบแห้งคงที่ เป็นหัวข้อของการศึกษาวิจัยนี้ เป้าหมายหลักคือการยืนยันความเป็นไปได้ในการใช้เตียงรูปวงแหวนเป็นฐานสำหรับระบบการอบแห้งที่สามารถใช้ความร้อนคุณภาพต่ำจากแหล่งต่างๆ เช่น ก๊าซไอเสียจากหม้อไอน้ำ และกำหนดพารามิเตอร์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับระบบดังกล่าว การศึกษาวิจัยที่ดำเนินการได้พิสูจน์ให้เห็นอย่างชัดเจนถึงความเป็นไปได้ในการใช้แหล่งความร้อนอุณหภูมิต่ำในการอบแห้งลิกไนต์ในเตียงรูปวงแหวน โดยสามารถบรรลุปริมาณความชื้น 20% สำหรับลิกไนต์ส่วนใหญ่ที่ทดสอบโดยใช้เตียงรูปวงแหวน โดยมีระยะเวลาคงตัวค่อนข้างสั้น (ประมาณ 30 นาที) และอุณหภูมิอากาศต่ำถึง 60 °C นอกจากนี้ การเปลี่ยนแปลงของการกระจายขนาดอนุภาคยังส่งผลต่อปริมาณความชื้นขั้นสุดท้ายในระดับหนึ่งเนื่องจากอนุภาคละเอียดที่เปียกพาเข้ามา การศึกษาครั้งนี้ยังระบุด้วยว่าการสึกกร่อนของอนุภาคในชั้นมีส่วนรับผิดชอบต่อการเกิดสารละเอียด
คำสำคัญ:
การทำให้แห้ง-ลิกไนต์-เตียงวงแหวน-การสึกกร่อน-ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน
ลิกไนต์เป็นเชื้อเพลิงฟอสซิลแข็งที่ใช้ในการผลิตไฟฟ้าเป็นส่วนใหญ่ แม้ว่าแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่ติดตั้งจะเพิ่มขึ้นในช่วงไม่นานนี้ แต่การใช้ลิกไนต์ยังคงมีความสำคัญทั่วโลก ในปี 2558 การขุดลิกไนต์ทั่วโลกมีปริมาณเกือบ 811 ล้านตัน [1] รวมถึง 399 ล้านตันที่ขุดได้ทั่วสหภาพยุโรป [2]; ส่วนแบ่งการผลิตไฟฟ้าจากลิกไนต์มีมากกว่า 20% ในหลายประเทศ เช่น ออสเตรเลีย บัลแกเรีย เช็ก เยอรมนี กรีซ โปแลนด์ โรมาเนีย เซอร์เบีย และอื่นๆ [2]. ลิกไนต์เป็นเชื้อเพลิงแข็งที่มีอันดับต่ำ [3] ซึ่งมีลักษณะเด่นคือมีความชื้นสูง การลดปริมาณความชื้นของลิกไนต์ก่อนนำไปใช้สามารถเพิ่มค่าความร้อน ลดต้นทุนการขนส่งระยะไกล และลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากการใช้งาน การอบแห้งยังเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นทั่วไปสำหรับเทคโนโลยีที่มุ่งหวังที่จะผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าเพิ่มสูงจากลิกไนต์ เช่น สารปรับปรุงดิน4] ดังนั้น การสืบสวนที่มุ่งหาเหตุผลสนับสนุนการใช้ลิกไนต์และนำความร้อนคุณภาพต่ำที่อาจสูญเสียไปโดยเปล่าประโยชน์มาใช้ในเวลาเดียวกันจึงดูเหมือนจะมีความชอบธรรม
เมื่อไม่นานมานี้มีการทำงานมากมายเกี่ยวกับประเด็นพื้นฐานของการอบแห้งลิกไนต์ Park และคณะได้ศึกษาวิจัยผลกระทบของเวลาการอบแห้ง อุณหภูมิ และความเร็วของสารทำให้แห้งต่อประสิทธิภาพการอบแห้งลิกไนต์ของอินโดนีเซีย และพัฒนารูปแบบทางคณิตศาสตร์ที่จะช่วยให้คาดการณ์ปริมาณความชื้นได้โดยขึ้นอยู่กับระยะเวลาการคงอยู่และสภาวะการอบแห้ง [5]. Si และคณะได้ศึกษาการอบแห้งแบบฟลูอิไดซ์เบดด้วยไมโครเวฟ 3 ขั้นตอนของลิกไนต์ Shengli และพบว่าความพรุนของลิกไนต์แห้งลดลงเมื่อพลังงานไมโครเวฟเพิ่มขึ้น [6]. Song et al. พบว่าปริมาณความชื้นโดยรวมของลิกไนต์จากมองโกเลียในตะวันออกลดลงอย่างรวดเร็วมากขึ้นภายใต้พลังงานไมโครเวฟที่สูงขึ้น [7]. Pusat และ Herdem กำหนดลักษณะการอบแห้งของลิกไนต์ Konya-Ilgin ของตุรกีในเครื่องอบแห้งแบบเตียงคงที่ [8] การศึกษาพบว่าเวลาที่ต้องการในการอบแห้งเพิ่มขึ้นตามความสูงของเตียงที่เพิ่มขึ้น และผลของอุณหภูมิต่ออัตราการอบแห้งเพิ่มขึ้นตามความสูงของเตียงที่เพิ่มขึ้น [8]. Yang et al. ทดลองทดสอบการดูดซับความชื้นซ้ำโดยลิกไนต์หลังจากการอบแห้งในชั้นคงที่ และกำหนดผลผลิตความชื้นที่ดูดซับซ้ำสูงสุดสำหรับลิกไนต์ที่อบแห้งที่อุณหภูมิ 100 °C เนื่องมาจากอัตราส่วนปริมาตรสัมพัทธ์สูงของเมโซพอร์ [9]. Feng และคณะได้ศึกษาวิจัยผลของการแสดงออกทางความร้อนเชิงกลต่อโครงสร้างของลิกไนต์และกำหนดการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของรูพรุนระหว่างลิกไนต์ดิบและลิกไนต์ที่ผ่านการอบแห้งที่อุณหภูมิการอบแห้งระหว่าง 120 °C และ 150 °C ภายใต้ความดัน 10 MPa และ 30 MPa ตามลำดับ [10]. Wen และคณะได้ศึกษาจลนพลศาสตร์การอบแห้งของลิกไนต์ดิบและลิกไนต์ที่ผ่านกระบวนการทำให้ชื้นอีกครั้ง และพบว่าอัตราการอบแห้งของลิกไนต์ดิบนั้นช้ากว่าลิกไนต์ดิบ [11] นอกจากนี้ การศึกษายังพบว่าค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายที่มีประสิทธิภาพของลิกไนต์ที่ชื้นจะสูงกว่าค่าที่สอดคล้องกันสำหรับลิกไนต์ดิบ [11-
Pawlak-Kruczek และคณะได้ทำการศึกษาวิจัยที่เกี่ยวข้องกับทั้งการตรวจสอบเชิงทดลองและการจำลองเชิงตัวเลขของการอบแห้งลิกไนต์ในชั้นของไหลโดยใช้สารทำให้แห้งที่อุณหภูมิต่ำ (อากาศ สูงสุด 50 °C) [12] การศึกษาได้พิสูจน์ให้เห็นถึงความเป็นไปได้โดยรวมของแนวคิดการใช้แหล่งความร้อนอุณหภูมิต่ำ นอกจากนี้ การศึกษายังเผยให้เห็นถึงความสำคัญของปัจจัยต่างๆ เช่น คุณสมบัติโครงสร้างของลิกไนต์ควบคู่ไปกับการหดตัวระหว่างการอบแห้ง [12]. Agraniotis และคณะได้เปรียบเทียบการจำลอง CFD กับผลการทดลองจากโรงงานเผาเชื้อเพลิงบดขนาด 1 MWth [13] ผลลัพธ์แสดงให้เห็นถึงความสอดคล้องที่ดีระหว่างการจำลองและผลการทดลอง อุณหภูมิที่วัดตามแกนของเตา โดยเฉพาะที่ส่วนล่างของเตา จะสูงที่สุดในกรณีที่เผาลิกไนต์แห้ง ซึ่งไอระเหยและก๊าซพาหะจะไม่หมุนเวียนกลับเข้าไปในเตา [13]. ดูเหมือนว่าสิ่งนี้จะสอดคล้องกับผลการศึกษาวิจัยอีกกรณีหนึ่งที่ดำเนินการโดย Tahmasebi และคณะ ซึ่งศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณความชื้นและการจุดระเบิดของอนุภาคลิกไนต์ของจีนและอินโดนีเซีย [14] การศึกษาครั้งนี้พบว่าการเพิ่มขึ้นของความชื้นในลิกไนต์ที่ทดสอบทำให้การติดไฟล่าช้าลงอย่างมีนัยสำคัญ [14การจำลองเชิงตัวเลขที่ดำเนินการโดย Drosatos et al. แสดงให้เห็นว่าการใช้ลิกไนต์ที่ผ่านการทำให้แห้งล่วงหน้าสามารถปรับปรุงความยืดหยุ่นของหม้อไอน้ำและทำให้หม้อไอน้ำทำงานภายใต้ภาระที่ต่ำมาก ซึ่งเท่ากับ 35% ของภาระที่กำหนด [15]. Komatsu และคณะได้ทำการทดลองเกี่ยวกับการอบแห้งอนุภาคหยาบของลิกไนต์โดยใช้ไอน้ำร้อนจัดที่อุณหภูมิ 110 °C ถึง 170 °C [16]. การศึกษาสรุปได้ว่าค่าอัตราการอบแห้งในช่วงที่อัตราการอบแห้งคงที่นั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและขนาดอนุภาคของลิกไนต์เท่านั้น ในขณะที่ความสัมพันธ์ในช่วงที่อัตราการอบแห้งลดลงนั้นซับซ้อนกว่ามากเนื่องจากรอยแตกร้าวที่เริ่มก่อตัวบนพื้นผิวของอนุภาคที่แห้ง [16]. Pusat และคณะได้ศึกษาวิจัยการอบแห้งลิกไนต์ของตุรกีในชั้นคงที่โดยใช้ลมอบแห้งที่อุณหภูมิระหว่าง 70 °C ถึง 130 °C และความเร็วระหว่าง 0.4 ถึง 1.1 m/s [17] ขนาดอนุภาคของลิกไนต์จะแตกต่างกันระหว่าง 20 ถึง 50 มิลลิเมตร และสำหรับอนุภาคขนาดใหญ่ดังกล่าว จะไม่พบระยะเวลาการอบแห้งที่คงที่ระหว่างการทดลองที่ดำเนินการ [17]. Sciazko และคณะได้ดำเนินการสอบสวนเชิงทดลองเกี่ยวกับอิทธิพลของคุณสมบัติทางหินวิทยาต่อลักษณะการอบแห้งของลิกไนต์ Turoszów ในการอบแห้งด้วยไอน้ำร้อนจัด [18]. ดำเนินการสอบสวนโดยใช้อนุภาคทรงกลมขนาด 5 มม. และ 10 มม. โดยมีอุณหภูมิตั้งแต่ 110 °C ถึง 170 °C [18] และสรุปได้ว่าเวลาในการอบแห้ง อัตราการอบแห้ง การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ พฤติกรรมการแตกร้าวและการหดตัวขึ้นอยู่กับลักษณะหินของลิกไนต์ที่ทดสอบ [18-
การแตกหักและการสึกกร่อนระหว่างการอบแห้งลิกไนต์ของออสเตรเลียในชั้นคงที่และชั้นของไหลที่อุณหภูมิ 130 °C เป็นหัวข้อของการศึกษาวิจัยอย่างละเอียดที่ดำเนินการโดย Stokie et al. [19]. การศึกษาวิจัยสรุปได้ว่าสาเหตุหลักของการแตกหักคือการเปลี่ยนผ่านจากน้ำจำนวนมากเป็นน้ำที่ไม่สามารถแช่แข็งได้ [19การเปลี่ยนแปลงของขนาดอนุภาคระหว่างชั้นคงที่ขนาดเล็กและชั้นฟลูอิไดซ์ขนาดเล็ก (ตัวอย่าง 10 กรัม) ซึ่งระบุด้วยเส้นผ่านศูนย์กลาง d50 นั้นไม่มีนัยสำคัญ อย่างไรก็ตาม ความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในการเปลี่ยนแปลงของขนาดอนุภาคถูกสังเกตสำหรับชั้นฟลูอิไดซ์ขนาดใหญ่ (ขนาดตัวอย่าง 3 กิโลกรัม) ซึ่งบ่งชี้ถึงอิทธิพลขนาดใหญ่ของผลของขนาดของชั้น
เครื่องปฏิกรณ์แบบฟลูอิไดซ์เบดทรงวงแหวนเป็นเครื่องปฏิกรณ์แบบฟลูอิไดซ์เบดชนิดพิเศษที่มีระบบจ่ายก๊าซที่ประกอบด้วยใบพัดแบบมุมซึ่งอยู่ที่ด้านล่างของเครื่องปฏิกรณ์ [20]. การจัดเรียงนี้ช่วยให้เพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของเตียงได้ [21-22] คือ การเพิ่มความเข้มข้นของการถ่ายเทความร้อนและมวล [20-21] รวมถึงการปรับปรุงการผสมให้ดีขึ้นด้วย[21-23-24]. ทั้งนี้เกิดจากรูปแบบการไหลของกระแสน้ำวนและเป็นลักษณะเฉพาะของเตาปฏิกรณ์แบบกระแสน้ำวนทั้งหมด [24-25-26-27]. ในแง่ของประสิทธิภาพของเครื่องปฏิกรณ์นั้น ช่วยเพิ่มปริมาณงาน (เพิ่มผลผลิต) และลดระยะเวลาที่เครื่องปฏิกรณ์อยู่ในสถานะคงอยู่ [28]. งานวิจัยส่วนใหญ่ที่เผยแพร่จนถึงปัจจุบันเกี่ยวกับประเภทของเตียงดังกล่าวเกี่ยวข้องกับการประมวลผลความร้อนหลายประเภท [29-30], กระบวนการเผา [31] หรือการเพิ่มความเข้มข้นของการดูดซับเพื่อดักจับคาร์บอน [32] มีข้อมูลไม่เพียงพอเกี่ยวกับการอบแห้งในชั้นของไหลที่มีรูปแบบการไหลแบบวงแหวน [33] การศึกษาครั้งนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อแก้ไขช่องว่างความรู้ดังกล่าว
ตามที่แสดงในส่วนที่ 1.1การอบแห้งลิกไนต์เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนซึ่งขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์หลายประการ (อุณหภูมิ เวลาคงอยู่ ตัวทำให้แห้ง วิธีการอบแห้ง และคุณสมบัติของลิกไนต์) ความรู้เกี่ยวกับจลนพลศาสตร์การอบแห้งและการใช้พลังงานสำหรับการอบแห้งในชั้นทอรอยด์ที่มีความปั่นป่วนสูงนั้นยังมีช่องว่างอยู่ นอกจากนี้ ยังถือเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการศึกษาใดๆ ที่มุ่งเน้นการรวมเครื่องอบแห้งดังกล่าวโดยใช้ความร้อนเสียคุณภาพต่ำเข้ากับโรงไฟฟ้าพลังงานลิกไนต์ ซึ่งจะทำให้สามารถเปรียบเทียบการประหยัดที่เป็นไปได้จากการใช้โซลูชันใหม่กับการประหยัดพลังงาน ซึ่งได้แสดงให้เห็นแล้วสำหรับโซลูชันการอบแห้งลิกไนต์ที่มีอยู่ โดยใช้ตัวทำให้แห้งที่อุณหภูมิที่สูงกว่า [34-35-36-37-38-39-40-41-42-43-44-45-46-
การศึกษาครั้งนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อเติมเต็มช่องว่างดังกล่าวด้วยการศึกษาวิจัยเกี่ยวกับการอบแห้งลิกไนต์จากแหล่งกำเนิดต่างๆ ในชั้นทรงวงแหวน โดยใช้อากาศเป็นตัวทำให้แห้ง คาดว่าการกำหนดค่าดังกล่าวจะทำให้มวลและถ่ายเทความร้อนเพิ่มขึ้น ส่งผลให้สามารถใช้ตัวทำให้แห้งที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำได้ การศึกษาเชิงทดลองโดยใช้เครื่องอบแห้งแบบชั้นทรงวงแหวน ได้ดำเนินการกับลิกไนต์จากแหล่งกำเนิดต่างๆ เช่น โปแลนด์ กรีซ โรมาเนีย และออสเตรเลีย ผลกระทบของอุณหภูมิต่อประสิทธิภาพการอบแห้ง รวมถึงการสูญเสียความชื้นเมื่อเวลาผ่านไปในสภาวะการอบแห้งคงที่ เป็นหัวข้อการศึกษาวิจัยนี้ จากนั้นจึงได้กำหนดและเปรียบเทียบจลนพลศาสตร์ของการอบแห้งและการใช้พลังงานระหว่างการอบแห้งที่อุณหภูมิเฉลี่ยต่างๆ การศึกษาครั้งนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อระบุพารามิเตอร์กระบวนการอบแห้งที่เหมาะสมที่สุด เช่น อุณหภูมิและระยะเวลาคงตัว โดยคำนึงถึงอัตราการอบแห้งและการใช้พลังงาน อย่างไรก็ตาม ปัจจัยอื่นๆ เช่น ความชื้นสัมพัทธ์ของตัวทำให้แห้ง รวมถึงคุณสมบัติโดยธรรมชาติของวัตถุดิบก็มีอิทธิพลอย่างมากต่อกระบวนการอบแห้งเช่นกัน วิธีการที่ใช้ในการศึกษานี้ใช้ได้กับกระบวนการอบแห้งโดยทั่วไป ในแง่นั้น ชุดการทดลองที่ดำเนินการสามารถใช้เป็นกรณีศึกษาที่พิสูจน์ถึงความเหมาะสมในการประยุกต์ใช้วิธีการทดสอบอย่างกว้างขวาง
วัตถุประสงค์หลักของการศึกษาวิจัยครั้งนี้คือเพื่อยืนยันความเป็นไปได้ในการใช้เตียงรูปวงแหวนเป็นฐานสำหรับระบบอบแห้งที่สามารถใช้ความร้อนคุณภาพต่ำจากแหล่งต่างๆ เช่น ก๊าซไอเสียจากหม้อไอน้ำ เครื่องอบแห้งแบบเตียงของไหลประเภทนี้ไม่เคยถูกนำมาใช้ในการอบแห้งลิกไนต์ ซึ่งเมื่อรวมกับการใช้ความร้อนคุณภาพต่ำที่อาจเกิดขึ้นได้ ก็แสดงให้เห็นถึงความแปลกใหม่ของการศึกษาวิจัยครั้งนี้ นอกจากนี้ การศึกษาวิจัยครั้งนี้ยังมีเป้าหมายเพื่อค้นหาพารามิเตอร์การอบแห้งที่มีประสิทธิภาพสูงสุด นั่นคือ พารามิเตอร์ที่ช่วยให้ใช้พลังงานน้อยที่สุดเพื่อขจัด H2O 1 กก. ที่มีอยู่บนพื้นผิวและรูพรุนของอนุภาคลิกไนต์
ตัวอย่างลิกไนต์ของโปแลนด์ได้มาจากเหมืองเปิด Sieniawa ลิกไนต์จาก Sieniawa ประกอบด้วยหินประเภทไซโลดีไทรติกและดีทรอกซีไลติกเป็นหลัก47ลิกไนต์ของกรีกได้มาจากเหมือง South Field ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานให้กับโรงไฟฟ้า Agios Dimitrios ที่ดำเนินการโดย Public Power Corporation ตัวอย่างลิกไนต์ของโรมาเนียได้มาจากเหมือง Peșteana ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานให้กับโรงไฟฟ้า Rovinari ของ Oltenia Energy Complex ส่วนลิกไนต์ของออสเตรเลียได้มาจากเหมือง Yallourn ในหุบเขา Latrobe ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานให้กับโรงไฟฟ้า Yallourn ของ Energy Australia ลิกไนต์ทั้งหมดได้รับการบดล่วงหน้าจนมีขนาดด้านบนตามที่กำหนดที่ 8 มม. ก่อนที่จะทำการทดสอบ
การจำแนกลักษณะพื้นฐานของลิกไนต์ที่ใช้ในการศึกษานี้ดำเนินการโดยวิธีการวิเคราะห์โดยประมาณและการวิเคราะห์ขั้นสุดท้าย ซึ่งเป็นวิธีทั่วไปในการจำแนกลักษณะเชื้อเพลิงแข็ง การวิเคราะห์โดยประมาณของลิกไนต์ (ตารางที่ 1) ดำเนินการโดยใช้ Perkin Elmer Diamond TGA (331 Treble Cove Rd., Billerica, MA 01862, USA) โปรแกรมต่อไปนี้ถูกนำมาใช้ระหว่างการทดสอบเหล่านี้:
ตารางที่ 1.การวิเคราะห์เชิงใกล้เคียงและองค์ประกอบของลิกไนต์ที่ทดสอบ
(1) ระยะเริ่มต้น
ให้ความร้อนสูงถึง 105°C; เพิ่มความเร็ว 10°C/นาที
ค้างไว้ 10 นาที
(2 ก) เพื่อให้ได้ปริมาณเถ้า ให้ใช้อากาศ:
ให้ความร้อนสูงถึง 815 °C; เพิ่ม 50 °C/นาที
ค้างไว้ 15 นาที
(2 ข) เพื่อให้ได้ปริมาณสารระเหย จะใช้อาร์กอน:
ให้ความร้อนสูงถึง 850°C; เพิ่มความเร็ว 50°C/นาที
ค้างไว้ 15 นาที
ค่าความร้อนที่สูงขึ้นจะถูกกำหนดโดยใช้เครื่องวัดค่าความร้อนแบบบอมบ์พื้นฐาน IKA C2000 (KA®-Werke GmbH & Co. KG, Janke & Kunkel-Str. 10, 79219 Staufen, Germany) ซึ่งเป็นไปตามมาตรฐาน ISO 1928 โดยใช้หลักการไอโซพีริโบลิก ค่าความร้อนที่ต่ำกว่าจะถูกคำนวณโดยใช้ปริมาณความชื้นและไฮโดรเจน การวิเคราะห์ขั้นสุดท้าย (ตารางที่ 1) ดำเนินการโดยใช้เครื่องวิเคราะห์ Perkin Elmer 2400 (331 Treble Cove Rd., Billerica, MA 01862, USA) ตามมาตรฐาน PKN-ISO/TS 12902:2007 ของโปแลนด์ การกระจายขนาดอนุภาคถูกกำหนดโดยใช้ชุดตะแกรงที่ได้รับการปรับเทียบแล้ว ซึ่งสอดคล้องกับ ISO 3310-1
ระหว่างชุดการทดลองที่อธิบายไว้ในการศึกษานี้ มีการใช้แท่นหมุนแบบฟลูอิไดซ์เบดรูปวงแหวนเพื่อทำการอบแห้ง แผนผังการติดตั้งแสดงไว้ในรูปที่ 1แท่นทดสอบทำงานในโหมดแบตช์ โดยป้อนลิกไนต์ประมาณ 2.5 กิโลกรัมด้วยมือผ่านช่องป้อน (E4 ในรูปที่ 1) ในระหว่างการทดสอบแต่ละครั้ง อุณหภูมิของอากาศที่ใช้ในการอบแห้งจะคงอยู่โดยใช้เครื่องทำความร้อน 2 เครื่องพร้อมระบบควบคุมอุณหภูมิ โดยแต่ละเครื่องมีกำลังไฟที่กำหนด 3 กิโลวัตต์ (E20 และ E17 ในรูปที่ 1) อากาศแห้งจะถูกจ่ายโดยพัดลม (E3 ในรูปที่ 1) โดยมีอัตราการไหลของอากาศร้อนประมาณ 130 m3/ชม. เพื่อให้ได้ความเร็วเท่ากันสำหรับการทดสอบแต่ละครั้ง อัตราการไหลได้รับการควบคุมโดยใช้วาล์ว (E7 ในรูปที่ 1-
รูปที่ 1.แผนผังการติดตั้งแบบ Torbed
เครื่องอบผ้าแบบเตียงรูปวงแหวน ดังแสดงในรูปที่ 1เป็นเสาทรงกระบอกแนวตั้งปิดที่ด้านบนด้วยกรวยปลายตัดคว่ำ ซึ่งการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างอากาศกับวัสดุที่แห้งจะเกิดขึ้นโดยตรง ที่ด้านล่างของห้องฟลูอิไดเซชัน จะมีการติดตั้งใบมีดหมุนเพื่อสร้างกระแสน้ำวนภายในห้องอบแห้ง
ในระหว่างชุดการทดลองที่ดำเนินการ มีการวัดพารามิเตอร์ต่อไปนี้: อุณหภูมิ ความชื้นสัมพัทธ์ อัตราการไหลของอากาศ และการใช้ไฟฟ้าของอุปกรณ์แต่ละชิ้น ติดตั้งเซ็นเซอร์อุณหภูมิและความชื้นที่ทางเข้าของอากาศร้อนไปยังเครื่องอบผ้า (T4 และ Rh1 ในรูปที่ 1) และที่ทางออกของการติดตั้ง (T2 และ Rh2 ในรูปที่ 1) วัดอุณหภูมิโดยใช้เซ็นเซอร์ Pt1000 มาตรฐานที่มีข้อกำหนดที่สอดคล้องกับข้อกำหนดคลาส A ที่กำหนดไว้ใน EN 60751 ความชื้นสัมพัทธ์ (RH) ซึ่งเป็นปริมาตรของไอน้ำในอากาศหารด้วยปริมาตรสูงสุดของไอน้ำสำหรับอุณหภูมิและความดันที่กำหนด วัดโดยใช้เซ็นเซอร์ HC1000-400 และเครื่องส่งสัญญาณ EE31 ที่มีช่วงการทำงาน 0 ถึง 100% RH ช่วงอุณหภูมิลดลงระหว่าง −40 ถึง 80 °C เวลาตอบสนอง < 15 วินาที และความแม่นยำถึง 2.4% (สำหรับช่วงความเชื่อมั่น 95%) อัตราการไหลของอากาศที่แห้งวัดโดยเครื่องวัดอัตราการไหลของมวล FCI ST-50 ด้วยความแม่นยำ ±2% ของค่าที่อ่านได้ วัดภาระไฟฟ้าของพัดลมด้วยเครื่องวัดวัตต์โดยใช้เครื่องวัดเครือข่าย ND20 ที่ผลิตโดย Lumel ด้วยความแม่นยำ ±1% ของช่วงการวัด (1.65 kW) ค่าทั้งหมดถูกบันทึกโดยช่วงเวลาการสุ่มตัวอย่าง 1 วินาที
แผนภาพของแบบจำลองมิติศูนย์ของเครื่องอบแห้งที่ใช้ในการศึกษาครั้งนี้แสดงไว้ในรูปที่ 2แบบจำลองนี้อธิบายเครื่องอบแบบขั้นตอนเดียวที่มีเครื่องทำความร้อนแบบสารทำให้แห้งภายนอกเพิ่มเติม แบบจำลองนี้ประกอบด้วยส่วนประกอบย่อยสองสามส่วน แบบจำลองนี้ใช้สำหรับคำนวณพลังงานที่ใช้โดยเครื่องอบตลอดการทดลองทั้งหมด รวมถึงสำหรับคำนวณมวลของน้ำที่ถูกกำจัดออก โดยอ้างอิงจากความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศที่ทางออกของเครื่องอบ ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน ผลรวมของเอนทัลปีที่เข้าสู่เครื่องอบจะต้องเท่ากับผลรวมของเอนทัลปีที่ออกจากเครื่องอบ สมการของแบบจำลองเครื่องอบแต่ละแบบคือ:
��1+��2=��3+��4+��5�1+�2=�3+�4+�5
(1)
ที่ไหน:
รูปที่ 2.แผนผังเครื่องอบผ้าแบบขั้นตอนเดียวพร้อมเครื่องทำความร้อนสารอบผ้าภายนอกเพิ่มเติม
��1�1 คือ เอนทัลปีของอากาศที่ใช้ในการอบแห้งที่ทางออกของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน
��2�2 คือ เอนทัลปีของลิกไนต์เปียกที่เข้าสู่เครื่องอบแห้ง ซึ่งสามารถแยกได้เป็นเอนทัลปีของน้ำในวัสดุและเอนทัลปีของสสารแห้ง
��3�3 คือเอนทัลปีของอากาศชื้นที่ออกจากเครื่องอบแห้ง
��4�4 คือเอนทัลปีของลิกไนต์แห้งที่ออกจากเครื่องอบแห้ง
��5�5 หมายถึงการสูญเสียเอนทัลปีสู่สิ่งแวดล้อมโดยตัวเครื่องอบแห้ง
ตามมาตรฐาน EN ISO 13788:2001 ความดันไออิ่มตัวถูกคำนวณดังนี้:
��������=610·��17,269·��237,5+�� ������ ��≥0 °������=610·�17,269·�237,5 +� ��� �≥0°�
(2)
ที่ไหน:
พีนั่ง—ความดันไออิ่มตัว, Pa;
ที-อุณหภูมิ, °C.
ปริมาณความชื้นสัมบูรณ์ในอากาศ โดยคำนึงถึงความชื้นสัมพัทธ์ที่วัดได้:
��=0.622��·��������100·��−��·���������=0.622�·����100·�−�·����
(3)
ที่ไหน:
เอ็กซ์—ความชื้นสัมบูรณ์ในอากาศ kg·m−3 (อากาศแห้ง)
φ—ความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศ, %;
พี-ความดันอากาศชื้น (โดยรอบ), Pa;
พีนั่ง—ความดันไออิ่มตัว Pa.
การเพิ่มขึ้นของความชื้นในอากาศสอดคล้องกับการสูญเสียความชื้นในลิกไนต์:
Δ��=0.622(��2·����������2100·��−��2·���������2−��0·��������0100 ·��−��0·��������0)Δ�=0.622(�2·����2100·�−�2·����2−�0·���� 0100·�−�0·����0)
(4)
ที่ไหน:
Δเอ็กซ์—การเพิ่มขึ้นของความชื้นสัมบูรณ์ของสารทำให้แห้ง (อากาศ) กก.·ม.−3
ปริมาณน้ำที่ถูกกำจัดออกจากลิกไนต์ในช่วงเวลาที่กำหนดนั้นสอดคล้องกับความแตกต่างของปริมาณน้ำที่มีอยู่ในอากาศที่ทางเข้าและทางออกของเครื่องอบแห้ง ค่าทันทีของการสูญเสียน้ำโดยลิกไนต์ (ระหว่างสองช่วงเวลา)ที1 และที2) ได้จากสูตร:
����������=Δ����������·��������·��������(��2−��1)� ����=Δ�����·����·����(�2−�1)
(5)
ที่ไหน:
เอ็มระเหย-การสูญเสียน้ำในถ่านหิน, กก.
Δเอ็กซ์—การเพิ่มขึ้นของความชื้นสัมบูรณ์ของสารทำให้แห้ง (อากาศ) กก.·ม.−3
������������—ความหนาแน่นของอากาศเปียก, กก.·ม.−3
������������—ความหนาแน่นของอากาศแห้ง, กก.·ม.−3
วีเปียก—อัตราการไหลของอากาศที่ทางเข้าของเครื่องอบแห้ง, m3·h−1
การทดสอบการอบแห้งได้ดำเนินการบนแท่นที่นำเสนอในรูปที่ 1สำหรับกระแสลมร้อน 130 m3·h−1 ที่อุณหภูมิ 35 °C, 50 °C, 60 °C, 70 °C และ 80 °C มีการทดสอบจนกระทั่งการเปลี่ยนแปลงของความชื้นของอากาศที่ใช้ในการอบแห้งระหว่างทางเข้าและทางออกของเครื่องอบแห้งถือว่าไม่มีนัยสำคัญ (ดูรูปที่ 3) เมื่อถึงจุดนั้น ลิกไนต์จะเข้าสู่ภาวะสมดุลกับอากาศแห้งที่เข้ามา ดังนั้นการอบแห้งต่อไปจึงเป็นไปไม่ได้ การบรรลุสถานะนี้โดยเครื่องอบแห้งเรียกว่าการบรรลุปริมาณความชื้นขั้นสุดท้าย และเวลาในการบรรลุค่านี้เรียกว่าเวลาในการอบแห้ง เมื่ออุณหภูมิของสารทำให้แห้งเพิ่มขึ้น ปริมาณความชื้นขั้นสุดท้ายมักจะลดลงภายในระยะเวลาการอบแห้งที่สั้นลงรูปที่ 3แสดงค่าที่วัดและบันทึกระหว่างการทดสอบการอบแห้งลิกไนต์ของโปแลนด์ที่อุณหภูมิ 50 °C กราฟแสดงเฉพาะพารามิเตอร์ที่ใช้ในการคำนวณจลนพลศาสตร์การอบแห้งและกำหนดการใช้พลังงานของกระบวนการอบแห้ง เช่น การไหลของอากาศ อุณหภูมิ และความชื้นที่ทางเข้าและทางออกของเครื่องอบแห้ง
รูปที่ 3.ตัวอย่างการทดสอบการอบแห้งของลิกไนต์โปแลนด์ที่อุณหภูมิ 50 °C
การทดสอบการอบแห้งด้วยเครื่องอบแห้งแบบทอร์บได้ดำเนินการโดยใช้ลิกไนต์จากโปแลนด์ กรีซ โรมาเนีย และออสเตรเลีย ผลการวิเคราะห์โดยประมาณและองค์ประกอบต่างๆ จะแสดงไว้ในตารางที่ 1-รูปที่ 4แสดงการกระจายขนาดอนุภาคซึ่งเป็นค่าเฉลี่ยสำหรับการทดสอบทั้งหมดที่ดำเนินการภายในช่วงอุณหภูมิทั้งหมด
รูปที่ 4.การกระจายขนาดอนุภาคของลิกไนต์จากแหล่งกำเนิดต่างๆ ก่อนและหลังการอบแห้งในระบบ Torbed
รูปที่ 5เปรียบเทียบขนาดอนุภาคเฉลี่ยของลิกไนต์แบบเปียกและแบบแห้ง และเปรียบเทียบผลลัพธ์ที่ได้จากการศึกษานี้กับผลลัพธ์ที่ตีพิมพ์ในงานวิจัยอื่นเกี่ยวกับการอบแห้งในชั้นของเหลว โดยแสดงการเปลี่ยนแปลงของขนาดอนุภาคเฉลี่ย (d50) สำหรับลิกไนต์แต่ละชนิดเนื่องจากการอบแห้งที่ดำเนินการ นอกจากนี้ยังแสดงความแตกต่างระหว่างลิกไนต์ของโปแลนด์และลิกไนต์ชนิดอื่นที่ใช้ในการศึกษานี้ นอกจากนี้ ยังแสดงให้เห็นด้วยว่าการเปลี่ยนแปลงของขนาดอนุภาคเฉลี่ยนั้นแตกต่างกันไปในแต่ละลิกไนต์ การเปลี่ยนแปลงของเส้นผ่านศูนย์กลาง d50 แตกต่างกันไปในแต่ละลิกไนต์ (รูปที่ 5) โดยมีการเปลี่ยนแปลงสูงสุดสำหรับลิกไนต์ของออสเตรเลีย และต่ำสุดสำหรับลิกไนต์ของโรมาเนีย
รูปที่ 5.ขนาดอนุภาคเฉลี่ย (d50) สำหรับลิกไนต์เปียกและแห้ง (* ผลลัพธ์ของ Stokie et al. [19] เพื่อการเปรียบเทียบ).
เมื่อพิจารณาจากหลักการทำงานของเครื่องอบแห้งแบบวงแหวน ดูเหมือนว่าการสึกกร่อนของอนุภาคอาจถือได้ว่าเป็นปัจจัยหนึ่งที่ส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงการกระจายขนาดอนุภาคหลังการอบแห้งด้วย ภาพ SEM ที่แสดงในรูปที่ 8 แสดงให้เห็นหลักฐานของโครงสร้างที่อ่อนแอและแตกร้าวของอนุภาคที่อบแห้งในวงแหวน
รูปที่ 6และรูปที่ 7แสดงตัวอย่างการกระจายตัวของความชื้นที่แตกต่างกันระหว่างอนุภาคที่มีขนาดต่างกัน รูปทั้งสองนี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าอนุภาคละเอียดถูกดึงออกจากชั้นวงแหวนก่อนเวลาอันควร ส่งผลให้มีความชื้นในอนุภาคละเอียดที่ถูกดึงออกจากชั้นวงแหวนที่ทางออกของเครื่องอบแห้งสูงขึ้นรูปที่ 8แสดงความแตกต่างในแง่ของพื้นผิวของอนุภาคลิกไนต์ 2 อนุภาค โดยอนุภาคหนึ่งถูกทำให้แห้งในเตาเผาแบบปิดที่อุณหภูมิ 100 °C และอีกอนุภาคหนึ่งถูกทำให้แห้งในชั้นวงแหวนที่อุณหภูมิ 50 °C
รูปที่ 6.ความแตกต่างระหว่างปริมาณความชื้นของอนุภาคที่มีขนาดต่างกันสำหร
