褐煤干燥技術(shù)

1、褐煤干燥技術(shù)0 引言褐煤 (Lignite，也譯作Brown coal一種介于泥炭與瀝青煤之間的棕黑色的低級(jí)煤。褐煤是煤化程度最低的煤種，為泥炭在適度的壓力下轉(zhuǎn)變而成，煤化程度介于泥炭和煙煤之間，含水量高，在空氣中易風(fēng)化。褐煤中含一定量的原生腐殖酸，碳含量低，氧含量高，氫含量變化大，其中的揮發(fā)分一般在45%-55%。根據(jù)國(guó)際地質(zhì)學(xué)家預(yù)測(cè)：全世界硬煤(包括煙煤和無煙煤 地質(zhì)儲(chǔ)量約為6萬億噸，占煤炭總儲(chǔ)量的60%強(qiáng)；褐煤地質(zhì)儲(chǔ)量約為4萬億噸，占煤炭?jī)?chǔ)量的40%弱。褐煤資源又分為硬褐煤和軟褐煤(俗稱土狀褐煤 兩大類，其中硬褐煤主要分布在歐洲地區(qū)，其次為亞洲和北美洲。按國(guó)家來說，美國(guó)、俄羅斯和中國(guó)三國(guó)

2、的硬褐煤儲(chǔ)量最多，分別為900多億噸、800余億噸和400億噸以上。我國(guó)已探明的褐煤保有儲(chǔ)量達(dá)1303億噸，約占全國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量的13%。從我國(guó)褐煤的形成時(shí)代來看，以中生界侏羅紀(jì)褐煤儲(chǔ)量的比例最多，約占全國(guó)褐煤儲(chǔ)量的4/5，主要分布在內(nèi)蒙古東部與東北三省緊密相連的東三盟地區(qū)。新生代第三紀(jì)褐煤資源約占全國(guó)褐煤儲(chǔ)量的1/5左右，主要賦存在云南省境內(nèi)。褐煤因其熱值低、易風(fēng)化、含水量高，易自燃，而給其儲(chǔ)存、運(yùn)輸、燃燒等方面帶來了許多困難。褐煤自身的特點(diǎn)決定了其不宜作長(zhǎng)期儲(chǔ)存或長(zhǎng)途運(yùn)輸；而當(dāng)鍋爐燃燒水分高的褐煤將導(dǎo)致火焰溫度降低，熱效率下降；當(dāng)電廠使用水分高的褐煤，需要采用更大的更昂貴的鍋爐才可以顯著減少或

3、避免電廠額定出力降低?？梢姾置翰唤?jīng)過提質(zhì)加工既不利于運(yùn)輸和貯存，也難以滿足多種用戶對(duì)煤的質(zhì)量要求，嚴(yán)重影響了褐煤資源的直接利用。因此，對(duì)褐煤進(jìn)行提質(zhì)，降低水分，提高發(fā)熱量，增強(qiáng)適用性，對(duì)建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)，保證國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，具有重要的理論和實(shí)際意義。褐煤干燥后，其成分和性質(zhì)趨近于煙煤，更有利于運(yùn)輸、貯存和利用。1 現(xiàn)有的褐煤加工技術(shù)1.1 國(guó)外褐煤加工技術(shù)國(guó)外褐煤加工利用技術(shù)開發(fā)比較早，典型的國(guó)家有德國(guó)、俄羅斯、澳大利亞、日本和美國(guó)等國(guó)家，代表性的技術(shù)有：(1德國(guó)的管式干燥器褐煤型煤技術(shù)。(2俄羅斯開發(fā)的褐煤和重油渣加工為有機(jī)粘合材料的工藝以及褐煤加氫液化工藝。(3澳大利亞的褐煤干燥脫

4、水提質(zhì)技術(shù)，如：HRL 和BCB 技術(shù)等。(4日本的一種添加生物質(zhì)粘結(jié)劑的粉煤成型工藝、D-K 褐煤脫水工藝等等。(5美國(guó)的“K燃料工藝”(KFuel Process。1.2 國(guó)內(nèi)褐煤加工技術(shù)鑒于褐煤加工利用的廣闊發(fā)展前景，國(guó)內(nèi)很多高校、科研單位和企業(yè)也紛紛開發(fā)褐煤加工利用技術(shù)，比較代表性的技術(shù)有：(1褐煤固體熱載體干餾多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)。(2褐煤多段回轉(zhuǎn)爐熱解技術(shù)。(3褐煤循環(huán)流化床熱電多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)。(4黑龍江科技學(xué)院開發(fā)的褐煤熱水干燥技術(shù)。(5神華集團(tuán)與中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京 聯(lián)合開發(fā)的HPU 技術(shù)。目前, 該技術(shù)已經(jīng)在內(nèi)蒙的寶日希勒建廠。2 褐煤干燥工藝煤的干燥脫水技術(shù)很多，大致可以分為機(jī)械脫水、蒸發(fā)

5、脫水和非蒸發(fā)脫水3大類。其中機(jī)械脫水技術(shù)在選煤廠已廣泛應(yīng)用，但其處理能力和脫水效率尚難適應(yīng)褐煤脫水的要求。蒸發(fā)脫水法可以降低褐煤的水分，提高褐煤的熱值，但簡(jiǎn)單的蒸發(fā)脫水難以改變褐煤的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)，不能解決其易自燃和重新吸水等難題，可以作為爐前脫水技術(shù)使用。非蒸發(fā)脫水提質(zhì)技術(shù)是將褐煤與高溫高壓蒸汽直接接觸，使水分呈液態(tài)脫出，不需要蒸發(fā)潛熱，熱效率高。褐煤受高溫高壓作用的影響，其組成和性質(zhì)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，變化趨勢(shì)類似于煤化程度的增強(qiáng)。目前眾多國(guó)家都在開發(fā)非蒸發(fā)脫水技術(shù)。2.1 機(jī)械脫水工藝機(jī)械脫水指篩分脫水、離心脫水、過濾(壓濾 脫水等, 借鑒了洗煤廠中精煤的脫水工藝和設(shè)備，如濃縮機(jī)、振動(dòng)網(wǎng)篩、

6、圓盤過濾機(jī)等。由于褐煤內(nèi)在水分高, 其處理能力和脫水效率尚難適應(yīng)褐煤脫水的要求, 只能脫除外表水及很少的毛細(xì)水, 機(jī)械脫水的效果較差, 難以適應(yīng)褐煤脫水的要求。2.2 蒸發(fā)干燥技術(shù)在蒸發(fā)干燥工藝過程中，水的脫除是通過直接或間接地把相當(dāng)于水蒸發(fā)潛熱的熱量加到煤樣上，使水以汽態(tài)的形式除去。蒸發(fā)干燥的一個(gè)缺點(diǎn)是需要大量的能量來蒸發(fā)水分，在有些情況下，高達(dá)25%煤的能量用來蒸發(fā)水分，從而使得獲得每一單位能量需要釋放更多的CO 2。然而，在一些產(chǎn)生相對(duì)純凈廢熱蒸汽的干燥工藝中，蒸汽重新壓縮和冷凝可以回收大部分的蒸發(fā)熱。干燥后的煤樣通常需要在線使用，因?yàn)樽匀己突覊m爆炸的安全問題給儲(chǔ)存和使用干褐煤造成很大的

7、困難。如果確實(shí)需要大量?jī)?chǔ)存或長(zhǎng)距離運(yùn)輸，干燥后的煤樣需要通過某種方式做成型煤，以便于安全運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用。蒸發(fā)干燥技術(shù)有許多種，主要包括熱風(fēng)轉(zhuǎn)筒干燥、蒸汽流化床干燥、加壓熱氣流干燥、熱油干燥、微波干燥、太陽(yáng)能干燥、管式干燥技術(shù)、蒸汽空氣聯(lián)合干燥技術(shù)等。(1熱風(fēng)轉(zhuǎn)筒干燥-直接加熱法轉(zhuǎn)筒干燥器的主體是略帶傾斜并能回轉(zhuǎn)的圓筒體。濕煤樣從一端上部加入，經(jīng)過圓筒內(nèi)部時(shí)，與通過筒內(nèi)的熱風(fēng)或加熱壁面進(jìn)行有效的接觸而被干燥，干燥后的產(chǎn)品從另一端下部收集。在干燥過程中，物料借助圓筒的緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，在重力的作用下從較高的一端向較低一端移動(dòng)。筒體內(nèi)壁裝有順向抄板，它不斷地把物料抄起又灑下，使物料的熱接觸表面增大，以提高

8、干燥速率并促使物料向前移動(dòng)。干燥過程中所用的熱載體一般為熱空氣或熱煙氣，經(jīng)過干燥器后，通常用旋風(fēng)分離器將氣體中攜帶的細(xì)粒物料捕集下來，廢氣則經(jīng)過旋風(fēng)分離器放空。熱風(fēng)轉(zhuǎn)筒干燥的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)能力大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。最大的缺點(diǎn)是在啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)，當(dāng)空氣接觸到熱煤時(shí)，容易發(fā)生起火和爆炸。澳大利亞電力委員會(huì)(SECV第一個(gè)中試廠1925年在H.Herman 博士指導(dǎo)下，在NewPort 建立一個(gè)氣流轉(zhuǎn)筒干燥器，12個(gè)月后，這個(gè)項(xiàng)目最終由于干燥廠的起火和爆炸，以及在產(chǎn)品運(yùn)輸和儲(chǔ)存過程中自燃等顧慮而關(guān)閉 圖1熱風(fēng)轉(zhuǎn)筒干燥工藝系統(tǒng) 圖2 流化床褐煤干燥工藝(2蒸汽流化床干燥技術(shù)(DWT-物理蒸發(fā)干燥技術(shù)-直接

9、加熱法 在流化床干燥機(jī)內(nèi)(見圖2 ，蒸汽不僅能作為干燥介質(zhì)而且還作為流化介質(zhì)。因此，干燥蒸發(fā)的蒸汽是不含空氣和其他雜物的，可通過以下方法進(jìn)一步利用。如：蒸發(fā)的水分經(jīng)過再循環(huán)作為流化介質(zhì)進(jìn)入了流化床；利用它凝結(jié)時(shí)所放出的汽化潛熱；將它壓縮成為過熱蒸汽。過熱蒸汽將高水分褐煤流從干燥機(jī)的底部吹向沸騰床上部產(chǎn)生流化現(xiàn)象。在流化床的蒸氣吸收褐煤原煤中蒸發(fā)出的水分，原煤從干燥機(jī)的上部輸入進(jìn)去經(jīng)過旋風(fēng)分離器，蒸汽再被部分導(dǎo)回干燥機(jī)。干燥機(jī)所需能量是由從汽輪機(jī)出來的蒸汽提供。(3加壓熱氣流干燥-物理蒸發(fā)干燥技術(shù)這項(xiàng)技術(shù)源于整體干燥氣化聯(lián)合循環(huán)(IDGCC項(xiàng)目，它將濕煤通過鎖式料斗注入從氣化爐出來的高壓熱氣流中

10、進(jìn)行干燥。這些技術(shù)提供了一種可以與其他高壓過程，如褐煤的氣化和高壓流化床燃燒結(jié)合在一起的低費(fèi)用預(yù)干燥技術(shù)。與獨(dú)立使用的干燥器相比，干燥工廠的簡(jiǎn)單使得費(fèi)用大為降低。這項(xiàng)干燥技術(shù)己被提出作為重新改造現(xiàn)有褐煤鍋爐的一個(gè)選擇。(4熱油干燥-物理蒸發(fā)干燥技術(shù)-直接干燥法熱油干燥技術(shù)早在1926年，許多工藝開發(fā)者就選擇熱油作為干燥介質(zhì)。美國(guó)第四代潔凈煤計(jì)劃也選擇了熱油干燥用于碳化技術(shù)的工藝，并將在一座年產(chǎn)25萬t 的工廠進(jìn)行驗(yàn)證。在兩個(gè)階段的碳化工藝中，原煤首先在熱油中進(jìn)行干燥。大部分油在第二階段的煙氣分離裝置中回收再利用，小部分油被吸收用于增加產(chǎn)品的穩(wěn)定性和熱值。日本神戶制鋼采用將印尼褐煤與煤焦油混合后

11、，在回轉(zhuǎn)圓筒中加熱，使水分蒸發(fā)后降到10%左右，然后再將油提取出來。部分煤焦油吸附到煤的表面，一方面可以防止煤的氧化和自燃，同時(shí)也增加了其熱值，估計(jì)提質(zhì)后其熱值可以達(dá)到6500kcal/kg。(5微波干燥-物理蒸發(fā)干燥技術(shù)微波加熱的原理是：當(dāng)有極分子電介質(zhì)和無極分子電介質(zhì)置于微波電磁場(chǎng)中時(shí)，介質(zhì)材料中會(huì)形成偶極子或已有的偶極子重新排列，并隨著高頻交變電磁場(chǎng)以每秒高達(dá)數(shù)億次的速度擺動(dòng)，分子要隨著不斷變化的高頻電場(chǎng)的方向重新排列，就必須克服分子原有的熱運(yùn)動(dòng)和分子相互間作用的干擾和阻礙，產(chǎn)生類似于摩擦的作用，實(shí)現(xiàn)分子水平的“攪拌”，從而產(chǎn)生大量的熱?？梢娢⒉訜崤c常規(guī)加熱是兩種迥然不同的加熱方法。微

12、波加熱是一種“冷熱源”，它在產(chǎn)生和接觸到物體時(shí)，不是一股熱氣，而是電磁能。它加熱具有即時(shí)性、整體性、選擇性和能量利用高效性。而且相對(duì)于傳統(tǒng)加熱方式，微波加熱還有安全、衛(wèi)生、無污染的突出優(yōu)點(diǎn)。國(guó)外用微波干燥褐煤的嘗試沒有成功，盡管它可以用于快速干燥實(shí)驗(yàn)室的煤樣。毫無疑問微波可以提供能量來干燥煤，但在過度干燥的情況下有潛在的著火風(fēng)險(xiǎn)，這也導(dǎo)致了澳大利亞新南威爾士洲南部一個(gè)商業(yè)微波泥煤干燥廠的關(guān)閉。(6太陽(yáng)能干燥-物理蒸發(fā)干燥技術(shù)當(dāng)煤直接暴露于太陽(yáng)光下和未飽和的空氣中，煤可以一直干燥到與空氣濕度保持平衡的水分含量。太陽(yáng)能干燥工藝需要將煤濕磨成一種可以泵送的煤漿，然后在一個(gè)裸露的池塘中干燥，以生產(chǎn)一種

13、致密塊煤產(chǎn)品陣。該工藝需要的土地面積大，而且生產(chǎn)也與季節(jié)和氣候條件密切相關(guān)。由于該項(xiàng)技術(shù)適合勞動(dòng)力比較便宜和干旱的褐煤礦區(qū)，因此很難推廣。(7管式干燥技術(shù)-物理蒸發(fā)干燥技術(shù)-間接加熱干燥工藝-低溫干燥圖3為一回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)，但在鼓形體里有一個(gè)多管系統(tǒng)，鼓體稍微傾斜。原煤連續(xù)不斷地從上方送入干燥機(jī)管里，當(dāng)鼓體旋轉(zhuǎn)時(shí)! 煤不停地輸送到出口。水分干燥所需的熱量由多管系統(tǒng)內(nèi)的低壓蒸汽提供，低壓蒸汽沿著鼓體的軸向入內(nèi)，并迅速向管外表面擴(kuò)散。和煤一起進(jìn)入機(jī)體內(nèi)的空氣，吸收了水分以后，在除塵器里和干煤粉分離，一部分重新壓縮進(jìn)入干燥機(jī)，另一部分就被排入大氣。我國(guó)有單位曾經(jīng)想從德國(guó)購(gòu)買此類系統(tǒng)，用于寒冷地區(qū)煤炭的干

14、燥。 圖3 蒸汽管式干燥機(jī) 圖4 蒸汽空氣聯(lián)合干燥技術(shù)(8蒸汽空氣聯(lián)合干燥技術(shù)-物理蒸發(fā)干燥技術(shù)-直接干燥 此法為燃燒美國(guó)Power River Basin 的發(fā)電廠在近年開發(fā)的一種集成干燥技術(shù)。它利用從冷凝器出來的熱水作干燥介質(zhì)，雖然熱水干燥比過熱蒸汽干燥在干燥速度和程度上要差，但熱水對(duì)于電廠來說是一種“廢熱”，還需要采用冷卻塔冷卻。如圖4，空氣被熱循環(huán)水加熱到,43后作為流化床干燥器的流化介質(zhì)。同時(shí)49的熱水作為流化床的干燥熱源介質(zhì)。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用此法將入爐煤水分降低后，效率大大提高，CO 2、SO 2的排放下降明顯, 。以實(shí)驗(yàn)電廠為例，水分從37.5%降為31.4%；鍋爐凈效率提高了

15、2.6%；燃料減少10.8%；煙氣量降低4%，由于煤流量減少和可磨性提高，磨煤機(jī)功耗降低17%；風(fēng)機(jī)功耗降低3.8%?？傮w來統(tǒng)計(jì)，廠用電率降低了3.8%，可見效果十分顯著。(9氣流床干燥技術(shù)(BCB-物理蒸發(fā)干燥方式近年來，澳大利亞懷特公司開發(fā)了氣流床干燥工藝。其BCB 工藝流程如圖5所示，將高水分煤破碎到一定粒度，利用燃?xì)猱a(chǎn)生的高溫?zé)煔馐蛊湓谳斔痛仓懈稍?，干燥后的低水分煤采用無粘結(jié)劑成型BCB 技術(shù)擠壓成型，以便運(yùn)輸。氣汽床干燥技術(shù)改善了流化床蒸汽干燥工藝的水耗問題，但電耗較高的問題仍然存在。干燥后的低水分煤粒度較小，必須加工成型后才能遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。 圖5 澳大利亞BCB 工藝流程 圖6 振動(dòng)

16、混流工藝流程(10振動(dòng)床干燥工藝-物理蒸發(fā)干燥方式 唐山神州機(jī)械廠開發(fā)的振動(dòng)混流干燥系統(tǒng)如圖6所示，其工藝流程為：高水分物料從頂部進(jìn)入干燥器后在多層干燥床作用下分散形成物料長(zhǎng)龍，一部分粒度小于床孔的細(xì)物料穿過床孔垂直下落，大部分粗粒物料在振動(dòng)狀態(tài)下形成振動(dòng)疏松料層沿床面水平移動(dòng)，移至端部灑落到下一層干燥床上。低溫大流量熱風(fēng)分為垂直氣流和水平氣流，垂直氣流借鑒流化床干燥原理，在穿越物料的過程中與物料充分地、高強(qiáng)度地接觸，將物料干燥。氣流在水平方向之間變速流動(dòng)并與灑落物料接觸將物料干燥。在干燥器內(nèi)既有物料的垂直流動(dòng)，又有物料的水平流動(dòng)；熱風(fēng)與物料之間既有垂直方向的逆流，又有水平方向的逆流，形成特有

17、的混流干燥作用。粗細(xì)物料與熱風(fēng)在混流過程中經(jīng)多次混合-分離-再混合-再分離的過程被均勻干燥，大部分物料從干燥器的底部輸出，極小部分細(xì)物料隨氣流進(jìn)入除塵器，除塵器分離出的物料作為產(chǎn)品回收。設(shè)備干燥面積和時(shí)間可以根據(jù)去水率調(diào)整，低溫干燥后煤炭不產(chǎn)生化學(xué)變化，保持了褐煤的燃燒優(yōu)勢(shì)。干燥器立式結(jié)構(gòu)，占地面積小。采用特種防護(hù)措施，具有良好的防腐、防火、防爆性能。工藝簡(jiǎn)單、操作方便、處理量大(單套設(shè)備最大處理能力可達(dá)200400t/h、易于工業(yè)化和大型化。其主要缺陷在于脫水率不高。在此基礎(chǔ)上，最近出現(xiàn)了順流振動(dòng)床干燥工藝，進(jìn)一步提高了唐山神州機(jī)械廠的振動(dòng)混流干燥的干燥效果。(11床混式干燥機(jī)BMD這種技術(shù)

18、最初的想法是想利用流化床熱床料的熱量，流化床是作為一個(gè)熱源，用它來干燥高水分的燃料(如褐煤、泥炭、生物質(zhì)等 。干燥機(jī)是在蒸汽環(huán)境下工作，這就有可能回收蒸汽的潛熱，將之送回干燥工序中使用，床混式干燥機(jī)BMD 的示意圖如圖7，過熱蒸汽高速進(jìn)入干燥管底部，從流化床分出的一股熱床料流在干燥機(jī)燃料入口前就立即同過熱蒸汽混合。蒸汽攜帶著燃料同床料一起經(jīng)過干燥器后進(jìn)入旋風(fēng)分離器，在那里，干燥燃料和床料從蒸汽流中分離后直接送往流化床鍋爐燃燒。一部分蒸汽從旋風(fēng)分離器回收后被返回到干燥機(jī)的底部重新與新的床料混合。從燃料中蒸發(fā)的其他蒸汽從蒸汽循環(huán)管路中分離后被引到熱交換器，在那里能被冷凝，或者作為給水加熱器或空氣預(yù)

19、熱器。此種干燥機(jī)建造起來比較簡(jiǎn)單，因?yàn)闆]有運(yùn)動(dòng)部分也沒有熱交換器。由于燃料中的水分不進(jìn)入鍋爐，所以排煙熱損失減少，煙道減小。這就降低了鍋爐的投資和規(guī)模。一個(gè)更重要優(yōu)勢(shì)是有比較高的電廠熱效率。 圖7 床混式干燥機(jī)BMD 圖8 過熱蒸汽干燥技術(shù)流程圖(12過熱蒸汽干燥技術(shù)(SFCU 工藝流程見圖8所示，過熱蒸汽干燥技術(shù)是利用褐煤內(nèi)水分蒸發(fā)所形成的過熱蒸汽為與褐煤接觸的流化工質(zhì)，通過再熱器或流化床內(nèi)置換熱器間接提供干燥所需要的能量。系統(tǒng)閉路循環(huán)，全部為惰性無氧氣氛。干燥所產(chǎn)生的褐煤內(nèi)水分蒸發(fā)所形成的過熱蒸汽被排出系統(tǒng)后，可以回收全部干燥所共給的熱量，蒸汽消耗只有常規(guī)間接蒸汽回轉(zhuǎn)干燥機(jī)的20%, 熱效

20、率大大提高。2.3 非蒸發(fā)干燥技術(shù)非蒸發(fā)脫水工藝是將水從煤中以液態(tài)形式脫除，其主要優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省了水的蒸發(fā)潛熱，并減少了溫室氣體的排放; 同時(shí)一部分可溶性無機(jī)欲(尤其是鈉 隨著液態(tài)水排出而脫除，因此降低了灰分在鍋爐受熱面上的沉積。非蒸發(fā)脫水技術(shù)主要包括熱水干燥和熱機(jī)械脫水技術(shù)。(1熱水干燥技術(shù)-非蒸發(fā)脫水提質(zhì)技術(shù)-直接干燥法熱水干燥方式是將煤水混合物裝入高壓容器內(nèi)，密閉抽真空后加熱該高壓容器。該反應(yīng)過程是模擬褐煤在自然界中高溫高壓的變質(zhì)過程，目的是使褐煤改質(zhì)，使處于高溫高壓熱水中的褐煤的水分會(huì)以液態(tài)形式排出。褐煤具有較長(zhǎng)的碳?xì)鋫?cè)鏈和大量的羧基(-COOH、甲氧基(-OCH3 及羥基(-OH等親水性

21、官能團(tuán)，這些官能團(tuán)都是以較弱的橋鍵結(jié)合的。熱解脫掉褐煤分子結(jié)構(gòu)上的側(cè)鏈，減少了褐煤內(nèi)在水分的重新吸附機(jī)會(huì)，同時(shí)褐煤在熱解過程中產(chǎn)生的CO 2、SO 2等小分子氣體將水分從毛細(xì)孔中排出。由于生成的煤焦油在較高的溫度和壓力下，不易從褐煤的縫隙和毛細(xì)孔中逸出，冷卻后就會(huì)凝固在縫隙和毛細(xì)孔中，把褐煤的縫隙和毛細(xì)管封閉，減少了煤的表面積，使煤的內(nèi)在水分被永久的脫除。褐煤的熱水干燥原理圖見圖9所示。熱水干燥褐煤技術(shù)具有如下特點(diǎn):a 褐煤水分降至11%以下，并可以保證以后的運(yùn)輸、貯存環(huán)節(jié)不再吸收空氣中的水分。 b 干燥過程中，去掉煤分子中的含氧側(cè)鏈，相對(duì)提高了煤中碳的含量，發(fā)熱量也有較大的提高(一般可提高2

22、0%-30%，干燥后的褐煤不再吸收水分，從而很少氧化，便于貯存、運(yùn)輸和加工。c 干燥后的褐煤不需要加添加劑，其穩(wěn)定性和流變特性優(yōu)于煙煤。熱水干燥后，褐煤仍保留其反應(yīng)活性好、易燃且燃燒完全的特點(diǎn)。 圖9 褐煤的熱水干燥原理圖 圖10 熱機(jī)械脫水MTE(2熱機(jī)械脫水MTE-非蒸發(fā)脫水提質(zhì)技術(shù)-間接干燥法 根據(jù)煤中吸附水僅一小部分的原理，一種叫熱機(jī)械脫水MTE 的液固分離過程用于對(duì)高水分低階煤的干燥中，MTE 過程如圖10所示。該工藝過程由德國(guó)多特蒙德大學(xué)Strauss 等研究開發(fā)，該過程綜合了熱法脫水和機(jī)械力脫水的優(yōu)點(diǎn)，將褐煤加熱到不大于220的條件下，通過機(jī)械擠壓將水?dāng)D出。該工藝過程分為四個(gè)階段

23、：用工藝熱水預(yù)熱；過熱蒸汽加熱；加壓脫水；閃蒸進(jìn)一步脫水。為了使干燥介質(zhì)均勻分布在煤層中，原煤必須用壓盤稍微預(yù)壓一下。預(yù)壓時(shí)，熱水從壓盤里的噴灑系統(tǒng)均勻地分布在煤層表面。在飽和蒸汽壓力下，水進(jìn)入壓力室，熱水經(jīng)過煤層并且向煤釋放所有的熱量，然后用蒸汽加熱并使煤中的水分部分從煤層中脫離出來。最后再經(jīng)機(jī)械壓力和進(jìn)一步閃蒸過程，脫除大部分水分。相對(duì)其它熱法或機(jī)械脫水法，熱壓脫水工藝操作條件較為溫和，工藝過程較為簡(jiǎn)單，利于工藝過程的工業(yè)實(shí)現(xiàn)；同時(shí)，工藝溫度相對(duì)熱脫水工藝低，由此對(duì)工藝廢水處理相對(duì)容易些。同時(shí)，該過程對(duì)一些金屬離子如Na 、Ca 、Fe 、S 等具有一定的脫除作用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，可溶離子大

24、部分可同時(shí)得到脫除。由于從煤中通過熱壓力使礦物質(zhì)同時(shí)析出，特別是堿金屬，因此可以減少積灰、結(jié)渣。電廠具有豐富的蒸汽資源，因此十分適合與電廠的集成。(3日本D-K 非蒸發(fā)脫水工藝-非蒸發(fā)脫水提質(zhì)技術(shù)日本電源開發(fā)公司(D和川崎重工公司(K從1976 年開始研究并成功開發(fā)出了D-K 非蒸發(fā)脫水工藝(圖11 。DK 脫水工藝可實(shí)現(xiàn)褐煤水分在非蒸發(fā)條件下加熱，使水分以液體狀態(tài)從褐煤中脫出。裝置內(nèi)有4臺(tái)壓力釜，可實(shí)現(xiàn)半連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，壓力釜之間可實(shí)現(xiàn)排出蒸汽和熱水的回收。 圖11 日本D-K 非蒸發(fā)脫水工藝 圖12 日本UBC 工藝流程(4日本UBC 輕油法脫水成型工藝-非蒸發(fā)脫水提質(zhì)技術(shù) 日本神戶制鋼所(Ko

25、be Steel Group于1993 年開始研究UBC(Upgrading Brown Coal褐煤提質(zhì)技術(shù)，其特點(diǎn)是用輕油去除褐煤中的水分，工藝流程見圖12。將褐煤研磨成粉狀后，與再生油(通常是石油裂解產(chǎn)生的輕油 和重油混合，形成煤漿，然后在一個(gè)蒸發(fā)器中加熱煤漿，水分被蒸發(fā)，再用細(xì)頸盛水瓶從脫水的煤漿中回收油，得到提質(zhì)粉煤，最后將提質(zhì)的煤壓制成型。(5美國(guó)K-Fuel 高壓釜蒸汽干燥工藝-非蒸發(fā)脫水提質(zhì)技術(shù)-高溫高壓-壓力容器美國(guó)KFx 公司在上世紀(jì)80年代中期開發(fā)了K 燃料工藝(K-Fuel Process技術(shù)，經(jīng)過20年的完善已進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用階段。煤經(jīng)粉碎后，通過傳送裝置送入高壓釜。高壓

26、釜內(nèi)壓力和溫度分別維持在3.7MPa 和238。在高壓釜中，煤塊發(fā)生破裂，將硫化物從煤中分離出來，煤中的水分也隨之蒸發(fā)掉。經(jīng)過高溫高壓處理的煤粉和蒸發(fā)出來的水蒸汽可以直接送入鍋爐進(jìn)行發(fā)電或供熱。 圖13 美國(guó)K-Fuel 高壓釜蒸汽干燥工藝(6液化二甲醚固體脫水法該法為日本中央電力工業(yè)研究所正在開發(fā)的一種脫水技術(shù)，使用該技術(shù)干燥褐煤或煤泥時(shí)，所需能量是傳統(tǒng)熱脫水方法的50%。該技術(shù)使用液化的二甲醚(DME為脫水劑，利用了DME 低沸點(diǎn)(-24.8 、易通過壓縮液化、與水互溶、無毒、易滲透進(jìn)入固體材料且對(duì)環(huán)境無害的優(yōu)點(diǎn)。而且，由于中國(guó)正在建設(shè)大規(guī)模的DME 項(xiàng)目，預(yù)期將來DME 的價(jià)格將比液化石

27、油氣低。在該工藝中，固體原料與液化的DME 在36、0.78MPa 的條件下混合，水被快速地從固體中抽提出來形成飽和溶液，用過濾的方法將干燥的固體與液相分離；在25、0.53MPa 的條件下閃蒸液相回收DME ，水留在塔底，DME 蒸汽被壓縮到0.78MPa 進(jìn)行液化，再重新加熱到36(用閃蒸出的DME 蒸汽加熱 并循環(huán)使用。該技術(shù)已用1kg 含水53%的褐煤進(jìn)行驗(yàn)證，褐煤中水含量降低到了5%以下，DME 的殘留量約為1%。該技術(shù)也可將下水道污泥中的水含量降低到30%左右。規(guī)模瓶頸將是該方法工業(yè)化的最大障礙。(7亞太煤鋼公司的“冷干”工藝澳大利亞亞太煤鋼公司的“冷干(Coldry”工藝可將含水

28、量為60%的褐煤制成含水為 8%14%的棒狀型煤，目前擁有1條5t/h的試驗(yàn)線。在專用設(shè)備中用“剪切”原理打破褐煤的碳結(jié)構(gòu)，使煤發(fā)生變化，在2030實(shí)現(xiàn)煤水分離，然后施加壓力，擠出蠕狀煤條，硬化后，再送入大型漏斗狀干燥器，經(jīng)蒸汽干燥 48 h 后連續(xù)排出，制成型煤產(chǎn)品。該工藝的特點(diǎn)是先機(jī)械排水，然后烘干，能耗相對(duì)較低，但專用設(shè)備的大型化還有待解決。(8熱脫水工藝-直接加熱法熱源為過熱蒸汽，工藝過程溫度約為235，為維持水分不被汽化，系統(tǒng)壓力必須維持在同溫度下水的飽和蒸汽壓之上，一般約為3MPa 。該工藝過程將水在液態(tài)下移除，同時(shí)工藝過程廢熱蒸汽可分級(jí)使用，熱能能夠得到回收利用，能耗較低。另外，

29、由于過程原料煤細(xì)粉較少，經(jīng)脫除水分后的褐煤不易在空氣中自燃，因此，可利用空氣進(jìn)一步自然干燥。此法的缺點(diǎn)為水分不能得到最大限度的脫除，系統(tǒng)干煤含水量約為23%。3 褐煤干燥主要技術(shù)對(duì)比3.1 管式干燥技術(shù)管式干燥機(jī)屬于非接觸式低溫干燥機(jī)，管式干燥是工業(yè)應(yīng)用最成熟的褐煤干燥方法。 管式干燥機(jī)主要有以下幾方面缺點(diǎn)：(1單臺(tái)設(shè)備干燥能力較小，需要多臺(tái)干燥機(jī)才能滿足系統(tǒng)出力。(2對(duì)干燥機(jī)入口煤的粒度要求較高(不大于6mm ，干燥機(jī)前必須設(shè)置2級(jí)破碎。(3煤走干燥管中，由于干燥管的管徑較小(108 mm，容易發(fā)生堵煤現(xiàn)象，且清理困難。(4主軸加工要求較高，德方要求主軸在德國(guó)加工。(5由于干燥管數(shù)量多(約l

30、500根/臺(tái) ，現(xiàn)場(chǎng)安裝周期長(zhǎng)。3.2 K-Fuel燃料技術(shù)K-fuel 技術(shù)利用較高參數(shù)的蒸汽對(duì)煤進(jìn)行提質(zhì)干燥，即通過高溫(260 和高壓(3.5MPa蒸汽來改變低質(zhì)煤塊的熱應(yīng)力，在此熱應(yīng)力下，煤塊發(fā)生破裂，將硫化物從煤中分離出來；煤中的水分也將蒸發(fā)掉，同時(shí)發(fā)生分子變化稱為脫羧作用(去碳羧基 ，從而使其物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，提高了煤炭的熱值。將低質(zhì)煤，如亞生煤(subbituminous coal和褐煤(1ignite轉(zhuǎn)變成高質(zhì)煤，提高了煤的利用率，同時(shí)在此過程中能夠大量地除去汞等重金屬以及硫和氮，從而大大減少了燃燒時(shí)有害物質(zhì)的排放。由于該項(xiàng)目的褐煤哈氏可磨系數(shù)較高，采用K-Fuel 燃燒

31、技術(shù)，干燥過程中易形成粉末。3.3 熱煙氣回轉(zhuǎn)干燥技術(shù)熱煙氣回轉(zhuǎn)干燥技術(shù)主要利用電廠煙道氣在滾筒回轉(zhuǎn)干燥機(jī)內(nèi)與煤直接接接觸換熱進(jìn)行干燥。該技術(shù)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多?；剞D(zhuǎn)窯干燥工藝(即熱煙氣回轉(zhuǎn)干燥技術(shù) 是目前國(guó)內(nèi)外干燥技術(shù)開發(fā)企業(yè)重點(diǎn)推廣的技術(shù)之一。在考慮該項(xiàng)目時(shí)，由于該干燥工藝熱風(fēng)溫度一般都在400600之間對(duì)于具有高揮發(fā)分、著火點(diǎn)低、容易自燃的褐煤，很容易導(dǎo)致干燥機(jī)內(nèi)局部溫度過高而引發(fā)褐煤著火燃燒或爆炸事故，系統(tǒng)的安全性較差；同時(shí)溫度過高，干燥產(chǎn)品水分不易控制，揮發(fā)分容易析出。而且在電廠有低壓過熱蒸汽的時(shí)候，采用熱煙氣干燥的經(jīng)濟(jì)性較差。3.4 氣流干燥技術(shù)氣流干燥技術(shù)也是一種煙氣干燥技術(shù)，其原理

32、是：將高溫?zé)煔馔ㄈ胴Q直放置的氣流干燥器底部，原煤經(jīng)加料器及打散器加入到氣流管干燥器內(nèi)。高溫?zé)煔鈱衩悍垩杆俜稚?、預(yù)熱干燥冰將煤粒帶出氣流管干燥器，然后通過多級(jí)旋風(fēng)分離器將煤粉分離出來。該技術(shù)的操作和粒度控制較嚴(yán)，要求煤粒徑小于3mm ，對(duì)于高水分褐煤，破碎機(jī)難以達(dá)到要求。3.5 帶內(nèi)部熱循環(huán)的流化床蒸汽干燥工藝技術(shù)(WTAWTA 技術(shù)由德國(guó)萊茵褐煤集團(tuán)(RWE公司開發(fā)。該技術(shù)將微過熱蒸汽作為熱源，原煤經(jīng)2級(jí)碎碎至2mm 以下，進(jìn)入流化床干燥器。煤換熱后的尾氣(主要是水蒸氣 一部分經(jīng)靜電除塵后直接排入大氣，另一部分經(jīng)旋風(fēng)分離器分離后，通過再循環(huán)風(fēng)機(jī)打入到干燥器中作為流化介質(zhì)。原煤在流化狀態(tài)與蒸汽

33、管中的蒸汽進(jìn)行間接熱干燥干燥后的煤部分通址干燥器底部排出，部分則通過尾氣帶出，經(jīng)旋風(fēng)分離器或靜電除塵器后收集。該技術(shù)換熱效果好，由于采用尾氣流化，對(duì)對(duì)較安全。同時(shí)，該技術(shù)也存在很多問題，如對(duì)高水分褐煤破碎至2mm 的破問題以及輸送問題，高水分尾氣電除塵器選型問題，高含塵、含水蒸氣循環(huán)風(fēng)機(jī)選型等問題。3.6 蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥技術(shù)蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥技術(shù)同樣是種低溫間接加熱干燥技術(shù)，與管式干燥機(jī)不同的是：管式干燥機(jī)煤走管內(nèi)。蒸汽走筒內(nèi)；蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)蒸汽走管內(nèi)，煤走筒內(nèi)，即高水分的燃料由端部進(jìn)入回轉(zhuǎn)筒體。而蒸汽則進(jìn)入回轉(zhuǎn)筒體內(nèi)的小蒸汽管中，煤料與蒸汽進(jìn)行間接換熱。蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)與管式干燥技術(shù)相比，蒸汽

34、管回轉(zhuǎn)干燥技術(shù)具有以下技術(shù)特點(diǎn)：(1采用煤走滾筒內(nèi)，蒸汽走管內(nèi)的方式，增大了煤的流動(dòng)空問。能有效防止堵煤現(xiàn)象的發(fā)生。(2單臺(tái)設(shè)備處理能力大?？梢詼p少設(shè)備使用量，便于控制和運(yùn)行維護(hù)。(3傳熱介質(zhì)同樣不直接與煤接觸。使得這個(gè)干燥過程安全、可靠，解決了低燃點(diǎn)煤采用“直接式”干燥帶來的生產(chǎn)安全問題；并且通過先進(jìn)的氧含量檢測(cè)和控制技術(shù)，嚴(yán)格防止干燥過程中的粉半爆炸，使得干燥過程安全、可靠。(4對(duì)原煤入料力度要求不高(不大于20mm 。干燥機(jī)前只須設(shè)置l 級(jí)破碎。蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥技術(shù)同時(shí)也存在以下幾點(diǎn)缺陷：(1煤料在筒內(nèi)分布較集中，換熱面積相對(duì)管式干燥機(jī)較小。(2設(shè)備體積大，運(yùn)輸安裝困難。DWT 技術(shù)、管式

35、干燥技術(shù)和滾筒干燥技術(shù)的比較見表1。過熱蒸汽內(nèi)加熱流化床褐煤干燥技術(shù)同其他干燥技術(shù)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比見表2。表1 不同干燥技術(shù)比較對(duì)照表 圖14 德國(guó)沖壓成型工藝 4.2 中國(guó) HPU 熱壓成型工藝 圖15 中國(guó)HPU-06工藝流程 2006年，神華集團(tuán)與中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京聯(lián)合開發(fā)了熱壓成型HPU(hot press upgrading 工藝，見圖15。將褐煤破碎至03mm，再經(jīng)過氣流提升干燥，在熱反應(yīng)器中經(jīng)輕度熱解后， 再進(jìn)入成型機(jī)中輥壓成型。 5 國(guó)內(nèi)外已有的褐煤干燥設(shè)備 (1 神州公司生產(chǎn)的 SZ 型振動(dòng)混流干燥系統(tǒng) 采用該設(shè)備投產(chǎn)和在建的項(xiàng)目如下： 琿春金山礦業(yè)公司干燥項(xiàng)目、 白音華煤電公

36、司煤提 質(zhì)分公司干燥項(xiàng)目、華興工貿(mào)褐煤干燥項(xiàng)目、越南汪毖煤炭公司干燥項(xiàng)目、韓家村洗煤廠干 燥項(xiàng)目、 西烏旗科達(dá)褐煤提質(zhì)公司干燥項(xiàng)目、 吉林成大弘晟能源有限公司油母頁(yè)巖干燥項(xiàng)目。 (2 國(guó)能富通干燥爐 采用該設(shè)備的項(xiàng)目有：大唐國(guó)能褐煤干燥項(xiàng)目。 (3 滾筒干燥機(jī) 采用該設(shè)備的項(xiàng)目有：東蘇旗褐煤干燥項(xiàng)目和春成集團(tuán)褐煤干燥項(xiàng)目。 (4 科林蒸汽流化床設(shè)備 采用該設(shè)備的有：內(nèi)蒙古東部地區(qū)。 (5 北京柯林斯達(dá)能源技術(shù)開發(fā)公司的網(wǎng)帶式褐煤低溫干燥改性提質(zhì)設(shè)備 采用該設(shè)備的有：蒙元煤炭褐煤改性提質(zhì)加工項(xiàng)目。 (6 洛陽(yáng)萬山 LY-WS-360 型全自動(dòng)液壓褐煤成型機(jī) (7 常州市威爾伯機(jī)械有限公司生產(chǎn)的褐煤干燥提質(zhì)設(shè)備 該設(shè)備現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于內(nèi)蒙古錫林浩特、霍林郭勒等地。 (8 沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院的褐煤干燥提質(zhì)一體化加工方法及設(shè)備 該設(shè)備已申請(qǐng)國(guó)家專利。 (9 中國(guó) HPU-06 設(shè)備 2009 年 10 月 12 日，神華寶日希勒褐煤提質(zhì)