为了充分利用褐煤资源,提升褐煤综合利用价值和推动褐煤高效清洁利用,对褐煤进行干燥提质处理成为其进一步深加工利用的一个必要环节。作为一种新型干燥技术,微波干燥技术具有选择性加热、瞬时性加热以及整体性加热的特点,可以快速、高效地脱除物料中的水分,显著缩短干燥时间,易于实现大规模的工业化应用。因此,利用微波辐照对褐煤进行干燥提质处理是一种有效的蒸发干燥技术,具有良好的工业应用前景。本文比较系统地研究微波干燥提质处理对我国锡盟褐煤的薄层干燥特性、可磨性、微观孔隙结构及其分形特征和成浆性的影响;针对褐煤微波干燥过程中的不均匀加热现象,通过实验研究和数值仿真手段,研究褐煤微波干燥热点效应的影响机理,提出改善褐煤微波不均匀加热的措施。在不同干燥阶段,褐煤微波干燥水分迁移机理存在差异。在干燥前期,煤样中绝大部分水分以蒸汽射流的形式快速迁移至外部环境,此时水分迁移速度主要受到蒸汽射流压力控制;而在干燥后期,褐煤中剩余水分主要通过热扩散的方式迁移,此时水分迁移速度主要受到煤样温度影响。微波功率、颗粒粒度以及初始质量的增加有利于煤样内部形成压力更高的蒸汽射流,从而提高煤样的最大干燥速率;而微波功率和初始质量的增加或颗粒粒度的减小有利于提高煤样的干燥终温,煤样的水分有效扩散系数随着增加。经过较长时间干燥处理之后,褐煤的可磨性和细煤粉质量分数得到不同程度的提高,并且微波辐照处理对褐煤可磨性的影响最显著。干燥处理提高褐煤的可磨性主要通过脱除褐煤中的水分以及破坏褐煤的物理结构实现。其中,伴随着煤样中水分的脱除产生的蒸汽射流对煤样孔隙结构造成破坏是微波辐照提高褐煤可磨性的关键因素。经济性评价表明,短时间微波辐照处理可以经济地提高高水分粗颗粒褐煤的可磨性,具有一定的工业应用价值。微波干燥处理使得褐煤的BET比表面积有不同程度的减小,而平均孔直径和总孔容积则有不同程度的增加。大孔对微波干燥处理煤样的比表面积和总孔容积的影响显著增加,而微孔和中孔的影响则明显降低。虽然微波非等温干燥处理对煤样孔隙结构的影响比微波等温干燥处理更加显著,不过影响微波干燥过程中煤样微观孔隙结构演变的机理基本相同,包括煤样中水分脱除、不均匀加热产生的热应力和高温下有机大分子结构热解及焦油析出。对相对压力P/P0<0.5和P/P0>0.5这两个区域分别进行拟合,得到的分形维数分别为D1和D2。微波干燥提质处理前后煤样的D1与BET比表面积之间呈较强的线性负相关关系,与平均孔直径之间有良好的线性正相关关系。而D2与BET比表面积之间有明显的线性正相关关系,与平均孔直径之间呈明显的线性负相关关系。D1和D2均与总孔容积之间不存在明显的线性相关关系。D1和D2分别对应于煤样中两种不同的分形特征,D1可以用来描述煤样中孔径范围为10～60nm的中大孔的表面粗糙度,而D2可以用来描述煤样中孔径范围为2～10nm的小孔径中孔的空间粗糙度。首次利用实验和数值仿真手段研究褐煤微波干燥热点效应,揭示褐煤微波干燥热点效应的影响机理,并提出改善褐煤微波不均匀加热的措施。实验结果表明,褐煤煤层内部不同部位的温度存在明显的差异,并且受到干燥工况的显著影响。当煤层摆放在炉腔内强电磁场区域时,大功率微波辐照低初始含水率细煤粉煤层会造成显著的微波干燥热点效应。数值仿真结果表明,微波炉运行工况和褐煤颗粒自身物理结构会明显影响褐煤颗粒的微波干燥热点效应,同时验证褐煤微波干燥过程中存在聚焦效应和尖角效应。验证性实验表明,褐煤微波加热数学模型可以较好地预测单颗粒褐煤在快速升温段的温度变化。尽管微波干燥过程中褐煤内部水分迁移和积聚会影响褐煤的温度分布,不过褐煤的高温区域主要受到电磁场强度的控制,即褐煤的高温区域位于褐煤内部强电磁场区域。因此,为了改善褐煤微波不均匀加热,减弱褐煤微波干燥热点效应,最主要的是采取措施保证褐煤均匀吸收微波能量和防止褐煤最高温度点温度过快升高。煤样的干燥终温随着微波辐照时间的延长和微波功率的提高而增加,使得褐煤的煤质特性、表面含氧官能团、微观表面形貌、颗粒粒度分布、孔隙结构等均得到不同程度的改善,有利于褐煤的成浆。虽然辐照时间的延长和微波功率的增加可以提高褐煤的定粘浓度,不过随着煤样中水分的进一步脱除,在煤-水作用力下,水分脱除的难度也随着增大,而且干燥后期煤样低含水率也会造成微波吸收效率降低,使得煤样的单位脱水能耗随着增加。因此,在实际的工程应用过程中应该根据具体情况合理选取微波功率和微波辐照时间,在脱水能耗和产品质量之间寻找平衡,实现经济地利用微波干燥褐煤。