常温循环流化床(CFB)烟气脱硫技术与湿法脱硫技术相比，具有工艺系统简单、投资低、耗水量少、占地少、副产品呈干态易于处理等优点。在实际应用的CFB常温半干法烟气脱硫工艺中，采用石灰浆滴包裹的煤灰颗粒作为脱硫剂颗粒。整个脱硫过程反应与含湿煤灰颗粒的干燥烘干过程有密切的关系。因此，研究煤灰颗粒在实际脱硫条件下的干燥烘干过程，有助于加强对整个脱硫过程的了解，以及在此基础上对脱硫系统进行优化分析和设计。
气流干燥烘干过程由于传热、传质和能量的耦合作用而变得非常复杂。在干燥烘干过程中，沿着干燥烘干管的高度方向，颗粒的特性以及气流的性质都会发生显著变化。国外学者提出了一些模型来描述气流干燥烘干过程，在这些模型中，绝大多数模型都是假设颗粒的性质均匀并且不随干燥烘干过程的进展而发生粒径的收缩，并且只考虑在稳定条件下的一维流动干燥烘干过程，这一类的模型有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，富通新能源销售木屑颗粒机、木屑烘干机等生物质燃料成型、木屑烘干等机械设备。
由于干燥烘干过程同被干燥烘干物质的特性有非常密切的关系，因此针对不同物质的干燥烘干模型会有很大差别。迄今为止，国内外尚未检索到公开发表的关于含湿煤灰颗粒气流干燥烘干过程的相关研究文章。因此，有必要对含湿煤灰颗粒在气流干燥烘干条件下的干燥烘干特性进行研究。
本文提出了一个描述含湿煤灰颗粒气流干燥烘干过程的数学模型，并进行了数值求解，得到了不同条件下含湿煤灰颗粒的干燥烘干曲线。通过与实验数据的比较，验证了模型的准确性。
1、实验研究
本文建立的颗粒气流干燥烘干实验台系统如图1所示。由鼓风系统、空气加热系统、空气加湿系统、给料系统、干燥烘干管、测量系统、物料收集系统7部分组成。干燥烘干管由5节长度800 mm、内径108 mm的管段任意连接而成，最大高度4m。
实验用的煤灰取自清华大学试验电厂的CFB常温半干法烟气脱硫试验装置中的灰料，灰粒径采用英国产Mastersizer2000型粒径分析仪进行分析，得到煤灰颗粒的平均粒径为d=78.8um。
对于煤灰颗粒的临界含湿量，采用热重分析仪(TGA)对飞灰颗粒在30℃和40℃下的干燥烘干过程进行分析，其结果见表1。
从表中可以看出煤灰颗粒的临界含湿量在10%～13%之间，但是在气流干燥烘干情况下，颗粒的临界含湿量要相应发生变化。
在实验的准备阶段，将煤灰配成含湿量一定的均匀状态后放入密闭的给料斗中，并取样测定其含湿量。实验结束时，再测定收集到的颗粒含湿量，就可得到干燥烘干管入口和出口的颗粒含湿量差。
在实验过程中，空气通过电加热器的加热达到预定温度，再由加湿器加湿到预定的湿度后，由风机鼓入干燥烘干管段内。首先转动蝶阀使Y形管道连接到布袋除尘装置，等干燥烘干管内空气达到稳定状态后，再转动蝶阀使管道连接到颗粒收集装置，采集样品颗粒。实验中不同高度试样的获得可以通过改变组成干燥烘干管所用管段的多少来实现。例如，要测量1.6 m高度上颗粒的含湿量，可以在气流出口处安装2个管段，在管段的末端连接Y形管，这样收集到的颗粒即为1.6 m高度上的样品。
2、数值模拟
文中相关参数所表示的意义及单位见表2。
基于气流干燥烘干的特点，本文对含湿煤灰颗粒的气流干燥烘干过程作了如下一些合理的假设：
(1)在实验条件下，干燥烘干管内无返混现象；
(2)以煤灰颗粒的平均粒径表征颗粒大小，并且颗粒都是球形的；
(3)忽略气流和管壁之间以及颗粒和管壁之间的摩擦阻力；
(4)干燥烘干气体为理想气体；
(5)质量、热量和动量的交换只发生在气固两相中；
(6)颗粒是由连续的多孔介质和水组成；
(7)只考虑气流温度和湿度在干燥烘干管高度方向上的变化；
(8)固体颗粒在干燥烘干管的横截面上均匀分布。
在此基础上，本文建立了如下煤灰颗粒气流干燥烘干数学模型。
