油页岩资源将是未来常规能源的替代物,但其高湿分会对大规模开发造成不利影响。本文提出一种高效的流化床干燥技术,以高温低含氧量的烟道气为干燥和流化介质,应用到油页岩的深度脱水预处理中。首先,基于欧拉模型和颗粒动力学理论数值分析了颗粒的弹性恢复系数、壁面条件及操作条件对流化床内油页岩颗粒冷态流化特性的影响。研究表明,当swe取0.2及sse为0.9时,数值模拟的床层压降及膨胀高度与实验值吻合较好,同时初始气泡尺寸与Chiba的经验值误差较小。当壁面滑移系数增加时,床层压降和壁面切向应力均增加;当增加弹性恢复系数时,床层膨胀高度和颗粒速度均减小;增加流化速度,有利于增大初始气泡尺寸,同时加快气泡变化,有利于增加床层膨胀高度;同时模拟的床层压降与实验值的误差分别为4.02%,4.32%,5.39%。随着颗粒尺寸的增加,所形成的初始气泡和床层膨胀高度随之减小。数值研究了流化床中高温烟道气与湿油页岩颗粒的传热特性。“分布板区域”的两相温度存在较大梯度,为最有效的传热区域。其理论值(47.48 mm)和数值模拟值(52 mm)吻合较好,相对误差为8.7%,验证了Mladen模型用于流化床内油页岩颗粒传热过程的可靠性。气固传热系数与颗粒分布、雷诺数及两相温差均有关。碰撞恢复系数的增加,有利于提高床层的传热系数和有效传热区域。数值模拟了不同温度下油页岩的干燥特性并与实验值对比,确定了以干燥温度和活化能为函数的湿分扩散系数及其临界含湿量。总结了工艺参数对油页岩在流化床内干燥过程的影响。提高烟道气温度,直接给予油页岩脱水更大推动力;增加流化速度,提高床层内的气固流化质量;明显提高了气固相间的对流传热传质系数,因此,提高了油页岩的干燥强度;减小颗粒粒径,意味着传热面积越大,颗粒内部湿分迁移路径变短,直接减小湿分传递阻力;同时,减小初始床层高度的增加,意味着运行载荷减小,明显缩短了干燥时间。在恒速干燥阶段的热效率明显高于降速阶段;在恒速干燥阶段,当增加烟道气温度和流化速度,可以直接提高烟道气能量的利用量;增加初始床层高度时,能量效率和能量的利用量保持基本不变。在降速干燥阶段,降低烟道气温度和流化速度,及增加床层高度,有利于提高能量的利用量和能量效率。流化速度对干燥过程的能量效率的影响最大。