褐煤提质技术分析(DOC)

褐煤提质技术分析

1、褐煤提质的必要性

近年来，世界优质煤炭资源越来越少，煤炭价格大幅上涨，价格相对低廉的褐煤开发利用被重视起来。拥有褐煤资源的国家现都积极研究褐煤作为燃料煤的使用方法和用量，其中德国、美国和俄罗斯作为储量大国，均将褐煤作为未来重要战略资源加以开发和利用。我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，已探明的褐煤保有储量达到1300亿t，占到全国煤炭总储量的13%左右，迄今对褐煤尚未进行大规模的开发和利用。

褐煤是煤化程度最低的煤种，煤化程度介于泥炭和烟煤之间，含水量高，在空气中易风化，含一定量的原生腐殖酸，碳含量低，氧含量高，氢含量变化大，挥发分一般在45％～55％。褐煤与其他煤种相比，含氧量高、灰分及灰熔点变化较大、密度小、易自燃，煤粉容易爆炸，褐煤中较高的水分含量，增加了褐煤的运输成本，长距离运输还会带来自燃和爆炸的问题，限制了褐煤向较远地区的运输。褐煤直接燃烧的热效率较低，且温室气体的排放量也很大，难以大规模开发利用。此外，褐煤作为原料转化利用也受到限制，褐煤液化、干馏和气化都需要把煤中水分降至10％以下。褐煤若不经过提质加工将难以满足多种用户的质量要求。因此褐煤提质加工脱除褐煤中的水分，消除褐煤脱水后发生自燃、爆炸的潜在危险，从而提高褐煤品质，是扩大褐煤应用范围的关键。褐煤脱水提质加工后，水分显著降低，发热量大幅度提高，既可防止煤炭自燃、便于运输和贮存，又有利于发电、造气、化工等使用。

2、褐煤提质的意义

长距离运输高水分、低热值的褐煤在经济上是不合算的。美国曾对褐煤脱水后减少运输量的效果做过评估，一种水分42.52%、发热量2847kcal/kg的褐煤，经2.02Mpa的蒸汽处理后，水分降至14.43%，发热量增加到4315kcal/kg，相当于提高了热值51.6%。发电厂240万千瓦机组一年大约要用褐煤1100万吨，如果能将褐煤水分由36%降至16%左右，则一年可减少220万吨煤炭运输，节省运费6600万元。另一方面从锅炉燃烧角度来说，燃烧高水分褐煤将导致火焰温度降低，热效率下降，当电厂使用脱水和提质后的褐煤，可以显著减少或避免电厂额定出力降低的现象。锡林郭勒盟2009年褐煤产量达到7000万吨，除盟内加工消化2000万吨外，其余煤炭均需要外运。5000万吨褐煤如果进行脱水提质，至少可以减少1000万吨运输量，可节约铁路运费15——20亿元（不包含海运费）。褐煤提质干燥前后的对比见表1。

表1 褐煤提质干燥前后的性质对比

褐煤经提质后将具有以下优势：

1）更高的热值

与原料煤相比，热值增加率在30%到200%范围（与原煤的初始水分含量相关），提质后所得的半焦用来气化或者作为产品销售都将具有更高的热值，煤质得到进一步的提高，扩大了褐煤的利用范围。

2）可减少二氧化碳排放量

与原料煤相比，提质后的煤产品在燃烧过程中产生的二氧化碳及其它污染物的量较少。3）可削减污染物排放

提质煤可保持原料煤原有的优良特性（如低灰低硫等），制品性能可与同热值的高阶烟煤相媲美。

4）可降低煤尘的产生量

与原料煤相比，提质煤的粉尘产率明显降低，这可增加铁路运输的效益。

5）可降低自燃风险：

提质后的煤炭产品具有物理及化学稳定性，降低了煤自燃的可能性，可像高阶高热值烟煤那样采取同样的措施进行处理、贮存及运输。

6）运输成本低廉：

由于提质加工去除了原煤中的水分，可使得无效装运量下降约30%，运输成本也随之降低。

7）可替代现用的烟煤产品：

经提质后的褐煤可替代现用的高价烟煤，这使得该项工艺具备了显著的经济效益、也使得能源消费者有机会获得相应的环保政策的奖励。

3、褐煤提质技术简介

褐煤提质是指通过物理的或化学的方法使褐煤的品质提高的过程。国内外褐煤提质加工技术归纳起来大体可分为非蒸发脱水提质技术、成型提质技术、热解提质技术三大类。

1）非蒸发脱水提质技术

美国KFx公司在上世纪80年代中期开发了K燃料工艺（K-Fuel Process）技术，经过20 年的完善已进入工业应用阶段。

煤经过粉碎之后，通过传送装置送入高压釜。高压釜内压力和温度分别维持在3.7MPa 和238℃。在高压釜中，煤块发生破裂，将硫化物从煤中分离出来，煤中的水分也随之蒸发掉。经过高温高压处理的煤粉和蒸发出来的水蒸汽可以直接送入锅炉进行发电或供热。

图1 美国K-Fuel高压釜蒸汽干燥工艺

日本电源开发公司（D）和川崎重工公司（K）从1976 年开始研究并成功开发出了D-K 非蒸发脱水工艺。DK 脱水工艺可实现褐煤水分在非蒸发条件下加热，使水分以液体状态从褐煤中脱出。装置内有4 台压力釜，可实现半连续运转，压力釜之间可实现排出蒸汽和热水的回收。

图2 日本D-K非蒸发脱水工艺

日本神户制钢所（Kobe Steel Group）于1993 年开始研究UBC（Upgrading Brown Coal）

褐煤提质技术，其特点是用轻油去除褐煤中的水分。将褐煤研磨成粉状后，与再生油（通常是石油裂解产生的轻油）和重油混合，形成煤浆，然后在一个蒸发器中加热煤浆，水分被蒸发，再用细颈盛水瓶从脱水的煤浆中回收油，得到提质粉煤，最后将提质的煤压制成型。

图3 日本UBC轻油法脱水成型工艺

2）成型提质技术

原煤在干燥器中干燥使其水分降至12%～18%。再经冷却、分离，并破碎至0～6mm，再将其送入带式型煤机，在不添加粘结剂的情况下以500～2000Bar的压力挤压，最终生产出不同形状的型煤。早在1858年，年轻褐煤无粘结剂冲压成型工艺就在德国西奥多矿井实现了工业化应用，到1988 年，德国莱茵地区共有4个型煤厂，年产型煤400万t，其中70%用于民用取暖。

图4 德国年轻褐煤干燥冲压成型工艺

德国泽玛格(ZEMAG)公司开发了采用蒸汽管式干燥机进行干燥再辊压成型工艺，用于低阶煤的无粘结剂成型。其工艺是将褐煤在蒸汽管式干燥器中不完全干燥，然后将其输入一个辊压成型机压制成型煤。

图5 德国ZEMAG蒸汽管式干燥辊压成型工艺

澳大利亚怀特公司开发了用于低阶煤的无粘结剂成型BCB技术，其工艺是将次烟煤在气流干燥器中不完全干燥，然后将其输入一个辊压成型机压制成型煤。

图6 澳大利亚BCB气流干燥辊压成型工艺

3）热解提质技术