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蒙东褐煤干燥特性剖析及其对水分复吸的作用机制研究

一、引言

1.1研究背景

长久以来，煤炭一直是我国的主体能源，在能源安全保障中发挥着“压舱石”作用。尽管近年来在一次能源消费中所占比例有所下降，但其生产与消费量依旧持续增加。国家能源局数据显示，2024年1-5月份，全国规模以上工业原煤产量18.1亿吨，同比增长2.2%；1-4月份，规上工业煤炭消费量同比增长3.5%。然而，高品质煤炭资源的短缺已逐渐成为我国国民经济持续发展中必须面对的突出问题。在此背景下，大规模开发低品质煤，尤其是储量相对丰富的褐煤资源，对于满足我国快速增长的能源需求及实现节能减排的目标具有重要意义。

我国褐煤资源丰富，已探明的保有储量达1303亿t，占全国煤炭储量的13%弱，主要分布在东北、西北、西南、华北等地，集中在内蒙古、云南和黑龙江等省。褐煤作为一种重要的固体燃料，具有高挥发分（50%左右）、高水分（30%左右）、高灰分（30%左右）、低热值（14MJ/kg左右）、低灰熔点的特点。这些特性使得褐煤在开发利用过程中面临诸多挑战，如含水量高导致运输成本增加、热值低影响能源利用效率、易风化和自燃带来储存和使用的安全隐患等。

蒙东地区是我国褐煤的主要产区之一，蒙东褐煤是中国主要的热电煤炭资源之一，资源储量丰富，具有广泛的利用前景。然而，蒙东褐煤在很长一段时间内存在生产、转化和利用不充分的状态，导致其开发利用难度大、经济性不高，并存在着许多技术瓶颈。干燥处理作为蒙东褐煤成品煤生产过程中的关键技术之一，对提高蒙东褐煤的利用效率起着至关重要的作用。通过干燥处理去除褐煤中的多余水分，可以有效提高其热值，降低运输成本，增强市场竞争力。

但不容忽视的是，水分复吸是蒙东褐煤在运输、储存和使用过程中的重要问题。干燥后的褐煤在大气环境中会复吸大气中的水分，使含湿量增加，从而降低干燥脱水的效果，这属于自发不可逆过程。目前，褐煤的脱水机理及其主要影响因素、脱水过程与干燥煤再吸附水分的能力间的关系以及脱水煤复吸的主要因素等尚不清楚，这在很大程度上限制了褐煤的有效利用。研究干燥处理对蒙东褐煤水分复吸的影响，有助于探究复吸机理，为保障煤炭产品质量提供科学依据，进而推动蒙东褐煤资源的高效开发与利用。

1.2研究目的与意义

本研究旨在深入剖析蒙东褐煤的干燥特性，明确干燥处理对其水分复吸行为的影响规律与作用机制，为蒙东褐煤的高效开发利用提供理论支撑和技术指导。具体而言，通过系统研究不同干燥条件（如温度、时间、粒径、气氛等）对蒙东褐煤干燥过程中水分脱除特性的影响，建立干燥特性模型，准确描述和预测褐煤的干燥行为。在此基础上，探究干燥后蒙东褐煤在不同环境条件下的水分复吸特性，揭示干燥处理与水分复吸之间的内在联系，从微观结构和表面化学性质变化等方面阐明影响水分复吸的关键因素及作用机理。

本研究具有重要的理论与现实意义。从理论层面看，有助于深化对褐煤干燥及水分复吸过程本质的认识，完善褐煤脱水和吸湿的基础理论体系。目前关于褐煤脱水机理及其主要影响因素、脱水过程与干燥煤再吸附水分的能力间的关系以及脱水煤复吸的主要因素等方面的研究尚不够深入和系统，本研究有望填补相关空白或薄弱环节，为后续研究提供新的思路和方法。从实际应用角度出发，对提高蒙东褐煤的利用效率和经济效益具有重要推动作用。通过掌握蒙东褐煤的干燥特性，可优化干燥工艺参数，提高干燥效率，降低干燥成本，提升褐煤的热值和品质，增强其在能源市场中的竞争力。了解干燥处理对水分复吸的影响，能够为制定有效的防复吸措施提供科学依据，减少因水分复吸导致的褐煤品质下降和经济损失，保障煤炭产品质量的稳定性，促进蒙东褐煤资源的可持续开发与利用，对缓解我国能源供需矛盾、保障能源安全以及推动能源行业的绿色低碳发展具有积极意义。

1.3国内外研究现状

随着褐煤资源开发利用的重要性日益凸显，国内外学者针对褐煤的干燥特性及水分复吸问题开展了大量研究。

在褐煤干燥特性研究方面，国外起步较早且研究较为深入。一些学者运用热重分析（TGA）等技术，系统研究了不同褐煤在多种干燥条件下的水分脱除特性。例如，[国外学者姓名1]通过TGA实验，详细分析了温度、升温速率等因素对澳大利亚褐煤干燥过程的影响，发现温度升高可显著加快水分脱除速率，且在特定温度区间存在明显的水分脱除阶段变化。在干燥模型构建上，[国外学者姓名2]基于不同的传热传质理论，建立了多种褐煤干燥模型，能够较为准确地预测褐煤在不同工况下的干燥行为，为工业干燥过程的优化设计提供了理论依据。

国内对褐煤干燥特性的研究也取得了丰硕成果。众多研究聚焦于国内不同产地褐煤，如蒙东褐煤、云南褐煤等。[国内学者姓名1]采用热重-红外联用技术（TG-FTIR），深入探究了