常溫循環流化床(CFB)煙氣脫硫技術與濕法脫硫技術相比，具有工藝系統簡單、投資低、耗水量少、占地少、副產品呈干態易于處理等優點。在實際應用的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。整個脫硫過程反應與含濕煤灰顆粒的干燥烘干過程有密切的關系。因此，研究煤灰顆粒在實際脫硫條件下的干燥烘干過程，有助于加強對整個脫硫過程的了解，以及在此基礎上對脫硫系統進行優化分析和設計。
氣流干燥烘干過程由于傳熱、傳質和能量的耦合作用而變得非常復雜。在干燥烘干過程中，沿著干燥烘干管的高度方向，顆粒的特性以及氣流的性質都會發生顯著變化。國外學者提出了一些模型來描述氣流干燥烘干過程，在這些模型中，絕大多數模型都是假設顆粒的性質均勻并且不隨干燥烘干過程的進展而發生粒徑的收縮，并且只考慮在穩定條件下的一維流動干燥烘干過程，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、木屑烘干機等生物質燃料成型、木屑烘干等機械設備。
由于干燥烘干過程同被干燥烘干物質的特性有非常密切的關系，因此針對不同物質的干燥烘干模型會有很大差別。迄今為止，國內外尚未檢索到公開發表的關于含濕煤灰顆粒氣流干燥烘干過程的相關研究文章。因此，有必要對含濕煤灰顆粒在氣流干燥烘干條件下的干燥烘干特性進行研究。
本文提出了一個描述含濕煤灰顆粒氣流干燥烘干過程的數學模型，并進行了數值求解，得到了不同條件下含濕煤灰顆粒的干燥烘干曲線。通過與實驗數據的比較，驗證了模型的準確性。
1、實驗研究
本文建立的顆粒氣流干燥烘干實驗臺系統如圖1所示。由鼓風系統、空氣加熱系統、空氣加濕系統、給料系統、干燥烘干管、測量系統、物料收集系統7部分組成。干燥烘干管由5節長度800 mm、內徑108 mm的管段任意連接而成，最大高度4m。
實驗用的煤灰取自清華大學試驗電廠的CFB常溫半干法煙氣脫硫試驗裝置中的灰料，灰粒徑采用英國產Mastersizer2000型粒徑分析儀進行分析，得到煤灰顆粒的平均粒徑為d=78.8um。
對于煤灰顆粒的臨界含濕量，采用熱重分析儀(TGA)對飛灰顆粒在30℃和40℃下的干燥烘干過程進行分析，其結果見表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發生變化。
在實驗的準備階段，將煤灰配成含濕量一定的均勻狀態后放入密閉的給料斗中，并取樣測定其含濕量。實驗結束時，再測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。
在實驗過程中，空氣通過電加熱器的加熱達到預定溫度，再由加濕器加濕到預定的濕度后，由風機鼓入干燥烘干管段內。首先轉動蝶閥使Y形管道連接到布袋除塵裝置，等干燥烘干管內空氣達到穩定狀態后，再轉動蝶閥使管道連接到顆粒收集裝置，采集樣品顆粒。實驗中不同高度試樣的獲得可以通過改變組成干燥烘干管所用管段的多少來實現。例如，要測量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、數值模擬
文中相關參數所表示的意義及單位見表2。
基于氣流干燥烘干的特點，本文對含濕煤灰顆粒的氣流干燥烘干過程作了如下一些合理的假設：
(1)在實驗條件下，干燥烘干管內無返混現象；
(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)質量、熱量和動量的交換只發生在氣固兩相中；
(6)顆粒是由連續的多孔介質和水組成；
(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。
在此基礎上，本文建立了如下煤灰顆粒氣流干燥烘干數學模型。
