褐煤的干燥技术要求

褐煤的干燥技术要求

褐煤

Lignite (coal)；brown coal ；wood coal 褐煤，又名柴煤，是煤化程度最低的矿产煤。一种介于泥炭与沥青煤之间的棕黑色、无光泽的低级煤。化学反应性强，在空气中容易风化，不易储存和远运。

褐煤的用途主要包括气化、液化、炼焦、燃烧等，几乎所有褐煤作为原料的煤炭加工都需要进行预先的煤炭干燥，针对褐煤的不同用途对褐煤干燥技术的要求在此简练总结，为公司干燥技术的精品工程研发及系统化研发提供一定的技术背景参考。不同用途的褐煤对干燥产品的多项要求都不相同，其中粒度和湿含量是最基本的两项。

粒度

生产不同用途的褐煤型煤，对褐煤破碎粒度要求是不同的，见表1。对生产高温炼焦和低温干馏用的型煤，褐煤破碎粒度分别要求小于1mm和小于3mm，作动力用时则粒度可更粗些。

表1 生产不同用途的褐煤型煤对煤破碎粒度的要求（mm）

湿含量

满足不同褐煤用途之工艺要求，压块、炼焦、制备煤气、液态燃料合成以及现代蒸汽锅炉燃烧等用煤对湿含量都有严格的限制，褐煤水分究竟脱除多少合适，需要综合考虑诸如原煤水分、价格、脱水特性和运输距离等因素。表2列出了若干用途之煤的允许湿含量范围。

表2 不同用途之褐煤的湿含量范围

实验室的研究认为，决定褐煤脱水率的因素主要是热源温度和压力。此外，处理时间、原料煤粒度、配管方式、热源和物料向干燥器内的流入方式，脱水过程中生成的分解气体与热水和褐煤的分离方法等均对脱水率有很大的影响。

除粒度和湿含量外，针对不同的褐煤用途，抑或同种用途选择的工艺不同，褐煤干燥工艺段的技术和产品要求各有不同。

气化

原理上讲，现有的固定床气化法、流化床气化法和气流床气化法都可用于褐煤气化，气化方法选择时受到煤的性质、用途时等因素的制约。

表不同气化方法的比较

炉容量很大时则可以考虑用加压气流床气化。流化床气化炉对于易碎的褐煤是最合适的，其产气能力适中，比较合适于小规模IGCC电站等相似级别的客户需求。目前国内可选的流化床煤气化技术只有几家，而且技术不是很成熟，可靠性不高。这种现状给后续的流化床煤气化技术开发留下了足够的空间。我公司是以流化床技术起家，在流化床技术领域积累丰富的经验，在行业内也有比较高的知名度。由我公司来开发流化床煤气化技术成功的几率比较高，将来进行技术推广的难度也比较小。

两种适合有劣质煤的气化技术：

1、GSP干煤粉加压气化技术采用干煤粉进料、纯氧气流化床气化、液态排渣、粗合成气激冷工艺流程，该流程包括备煤、气化、气体除尘冷却、黑水处理等。该技术具有如下特点：原料适应性广，适合于各种灰分的多种物料，包括从褐煤到无烟煤的各种变质程度的煤、城市污泥、工业废渣、石油焦及一些固体废物的干馏产物等；碳转化率大于98%，产品气体纯净，不含重烃，煤气中有效气体（CO+H2）达到90%以上；采用干法进料，耗氧低，空分装置规模较小，投资较低；单炉生产能力大，日投煤量2000~4000t。

2、KBR公司的TRIG煤气化技术是专门为处理低阶煤开发的，其核心技术是KBR输运床气化技术（也成为TRIGTM），是一种先进的循环流化床气化技术，没有内部或移动部件，设计在空气和氧气两种模式下都可工作。TRIG与其他商业气化炉相比，具有多方面的特点：TRIG适用于多种煤，尤其适用于数量巨大、价格低廉的低阶煤；气化炉的可靠性更高，在中温下操作，无内部或移动部件，提高了气化炉的可靠性；降低投资费用：高度紧凑的设计和温和的操作条件节省了设备空间，降低了投资费用；耗氧量低，降低了空分装置的负荷和费用；无渣式气化器，无需额外的融渣处理和清除设备；TRIG的合成气不含任何油焦，使得气体净化相对简单；该技术有废锅流程和激冷流程，其激冷流程主要由气化和合成气洗涤组成。

液化

煤的液化分为直接液化和间接液化。直接液化是指水煤浆加氢液化制油，间接液化是指先将煤气化制备合成气然后合成气液化制油，因此间接液化对原煤要求主要取决于所采用的气化方式方法。本部分主要介绍直接液化对褐煤干燥工艺

的要求。

褐煤尤其是年老褐煤比烟煤活性高，更为适合直接液化。由于褐煤中含水量大，煤浆进入液化反应系统前必须脱水。俄罗斯直接加氢液化技术采用瞬间涡流仓煤干燥技术，在煤干燥的同时可以增加原料煤的比表面积和孔容积，并可以减少煤颗粒粒度，有利于煤加氢液化反应的强化。煤中水量一般干燥到2%~3%，粒度范围为小于1mm。

煤制油等大型煤化工项目的第一步就是煤气化（F-T间接液化、直接液化的制氢也是通过煤气化）。适合煤制油等大型煤化工项目的煤气化技术应该满足以下几个条件：大型化、较高的煤种适应性及可靠的工艺设计、高效节能、环保与减排、系统安全与服务保障、本地化和系统造价的优化。

燃烧

我国褐煤多属年老褐煤，成型性差，成型工艺和设备还存在一些问题，目前尚不具备商业化生产燃烧用褐煤型煤的条件，但在一些生产年轻褐煤的地区已开始探索生产褐煤型煤，以满足本地需要。

炼焦

为了保证生产焦炭的质量，炼焦煤必须具有一定的膨胀和收缩性能。有些煤的炼焦膨胀压力很高，因此这类煤只能与较贫的添加物混合使用。因此，这种情况的干燥装置需要搭配配煤机。

炼焦有一个重要的参数是堆密度，为了生产具有均一机械性能的焦炭；均一的堆密度是重要的前提。在炉顶装煤时，堆密度由煤料的重量、焦炉的大小和煤料的高度来确定这个参数。煤的水分含量和粒度是影响堆密度的重要因素。煤的堆密度在干煤时最大，根据粒度组成的不同水分在6~10%时降至最小；粒度不仅决定堆密度随水分含量变化曲线的最低位置，而且也决定其绝对值的大小。通常，细磨煤的煤堆密度降低。

相关干燥方法、干燥器及其辅助系统的特点和适用范围

干燥方法

从已应用于褐煤脱水技术和正在开发的褐煤脱水技术来看，以下几种脱水方法和技术值得关注：

直接干燥法，或称热气流干燥，加热气体与煤直接接触进行干燥。由于加热气体与煤直接接触，操作不当易导致褐煤自燃，甚至爆炸等安全事故。另外，由于蒸发的水分中含有大量的空气，会增加水分的潜热利用的难度，但通过一定的研究和技术途径也不排除潜热利用的可能性。但直接干燥法具有工艺简单、操作方便、处理量大、易于工业化等优点。

间接脱水法，利用低压饱和蒸汽间接加热，安全性高，连续操作运行。此法主要有筒式蒸汽干燥技术、流化床蒸汽干燥技术、空气-蒸汽联合干燥技术等。该法处理能力小、耗能及耗水量大，通常与热电厂热力循环集成，利用电厂蒸汽轮机的抽汽进行干燥。

非蒸发脱水法，以高温高压蒸汽干燥技术为代表。这种褐煤脱水技术是人为地制造成煤地质条件，将若干万年的成煤过程缩短为几个小时，其本质是一个化工反应。将褐煤与高温、高压蒸汽直接接触，使褐煤水分呈液态脱出，勿需蒸发潜热，热效率高，在脱水过程中褐煤不会自燃，安全性高。在这个过程中，褐煤会出现收缩，但是煤粒仍保持块状结构。除水机制是以物理形式通过加热使液态水从气孔中蒸发，煤粒子在收缩的过程中的气孔收缩而排除水分，根据水和褐煤受热膨胀度的差异把水分从气孔中排除。这一反应过程中，褐煤内外孔的表面的一些亲水官能团发生分解，从而利用化学处理降低褐煤本身的吸水能力。通过加热使的水的黏性减弱进而从气孔中排出，或者通过发散出来的二氧化碳将水排挤出去。由于这一过程的本质是化学反应，表面官能团的破坏不可避免地产生一些气体。这种方法目前处于研究阶段，尚未实现工业化大规模应用。

目前国内外褐煤加工提质技术众多，我们选取几种代表性干燥方法详细介绍：

1、固体热载体干馏多联产（DG）工艺以煤热解自产半焦作为热载体，用粉煤为原料，原料利用率高理论上可达到100%；可有效处理易热粉碎原料，对处理易热粉化的褐煤尤其有利。独立系统，煤焦油产率高，达到铝甑含油率的75%～90%，且质量优良。煤气有效成分含量高，煤气热值高，易于合成化工产品，可与多个过程实现多联产，可以与燃烧发电（即可采用循环流化床锅炉也可以用于煤粉炉，半焦燃烧发电不受电网负荷变化影响，可实现整体多联产系统平稳运行）、合成化工结合，也可以与煤焦油加氢等工艺结合优化构成多联产。生产装