褐煤脱水改性技术了解

褐煤脱水改性技术了解

1、概述

随着能源的不断消耗，工业以及电力行业主要依赖的烟煤、无烟煤等硬煤资源已开采过度，在全球能源日趋紧张的形势下，褐煤、亚烟煤等低阶煤的经济价值及相关加工生产技术被世界各国所重视。中国拥有丰富的褐煤资源，但是由于褐煤氧含量和内在水分含量高，热值低，使其长途运输成本较高，同时使得其直接燃烧效率低下。褐煤在入炉燃烧之前，需要进过干燥、磨粉等过程，因此需要磨煤制粉系统，投资增加、耗能增加。褐煤电厂通常采用风扇磨制粉系统，干燥介质是高温烟气、热风和冷烟气等，由于褐煤挥发分含量高，反应活性高，还要考虑较高的炉烟温度以及干燥介质氧含量引发褐煤发生化学反应的可能性以及发生爆炸的潜在危险。

另外，将褐煤等低阶煤制备成浆体，可作为石油的替代燃料进行燃烧和气化，从而拓宽其利用途径，同时提高其技术含量和经济价值。但是由于低阶煤具有较高氧含量和内在水分，很难制备高浓度的浆体燃料，低阶煤原煤一般最大成浆浓度仅为45%左右。

因此，需要对褐煤等低阶煤的脱干燥技术进行研究，采用合适脱水改性工艺，以保证干燥过程的安全和高效，同时研究低阶煤脱水提质对提高水煤浆成浆浓度的机理。目前研究的低阶煤脱水改性方法包括：微波改性，热改质，太阳能脱水技术，水热改性（HTD），机械热压改性(MTE)等。

2、褐煤脱水改性技术

（1）微波改性技术：微波加热的原理是：当有极分子电介质和无极分子电介质置于微波电磁场中时，介质材料中会形成偶极子或已有的偶极子重新排列，并随着高频交变电磁场以每秒高达数亿次的速度摆动，分子要随着不断变化的高频电场的方向重新排列，就必须克服分子原有的热运动和分子相互间作用的干扰和阻碍，产生类似于摩擦的作用，实现分子水平的“搅拌”，从而产生大量的热。可见微波加热与常规加热是两种迥然不同的加热方法。微波加热是一种“冷热源”，它在产生和接触到物体时，不是一股热气，而是电磁能。它加热具有即时性、整体性、选择性和能量利用高效性。而且相对于传统加热方式，微波加热还有安全、卫生、无污染的突出优点。

（2）热改质：热处理是煤脱水和脱羧基的有效手段之一，通过热改质可以使低阶煤表面的含氧官能团发生分解，并引起煤的表面收缩使低阶煤的吸水性大幅度降低，从而达到提质的目的。

（3）水热改性（HTD）：水热处理是保持煤样处于高温以及饱和蒸汽压条件下，褐煤中的水以液态形式排出，是一种“非蒸发”过程，由于不消耗汽化潜热从而节省了能量，处理后的褐煤重复吸水能力大幅度减低。同时，当水热处理达到一定的温度时，褐煤内部具有亲水性的含氧基团会发生分解，其孔隙结构，表面润湿性等性质都会发生变化，使得褐煤的煤阶升高，制备成水煤浆的浓度得到明显提高。

（4）太阳能改性：我国褐煤主要分布的地区，如内蒙古、云南、新疆等地，是我国太阳能资源最丰富地区，全年日照时数为2200h~3300 h，在每平方米面积上一年内接受的太阳能辐射总量为5016MJ~8400 MJ，具有利用太阳能的良好条件[10]；褐煤颜色深，对太阳能吸收率高，在太阳辐射下能达到较高温度，能有效地去除褐煤内

部水分。

实验表明，太阳能光辐射干燥的褐煤过程主要是降速干燥阶段，褐煤的干燥速度随着时间的推移，水分的降低，逐渐减小。在同等条件下，相对于水，褐煤可达到更高的温度。在辐射强度为800 W/m2，稳定后褐煤的温度可达到87 ℃，水的温度仅为63 ℃。褐煤的温度高出水的温度25 ℃。在辐射强度为800 W/m2，褐煤的最终温度可达到89.3 ℃，褐煤的水分可从30 %降至1.43 %。

太阳能干燥褐煤技术是基于我国褐煤矿区丰富的太阳能资源和褐煤对太阳能高吸收率的特点，将褐煤的脱水干燥技术和太阳能干燥技术有效结合的新技术。该技术显著地降低了褐煤水分含量，相对于常规的褐煤脱水提质的工艺具有成本低、耗能少、排放污染小的优点，其系统装置结构简单，初投资低，运行和维护的费用少，干燥褐煤效率高，安全可靠。太阳能干燥褐煤技术作为一门新技术，目前国内外研究尚少，仍需进一步的研究和开发。

（5）机械热压改性：机械液压改性低阶煤也是一种“非蒸发”脱水的方法，采用加热处理和机械挤压共同作用，把低阶煤内部的水分“挤”出来，其原理概括起来有以下三个方面：①较高温度下煤中水的密度降低、体积膨胀，导致煤的空隙结构持有水分降低；②高温高压条件导致煤颗粒软化和煤的微观结构坍塌破坏，煤颗粒的孔容减小，含水量下降；③高温下部分含氧官能团分解，生成物中的二氧化碳排出微孔，带出微孔内的水分，同时含氧官能团的分解降低了煤颗粒的重吸水能力。运用这一个方法，可以降低热处理的温度，有利于

设备加工和成本减低；但是这一方法需要一个较大的机械力（10MPa 以上），才可以达到较好的改性效果。

（6）回收废热、余热对褐煤进行干燥改质：除以上方法外，发电厂可以因地制宜，充分利用废热、余热来干燥褐煤，达到脱水改质的目的，如利用热泵技术回收循环水废热进行褐煤干燥，利用锅炉排烟余热进行褐煤的干燥等等。

3、总结

当前国内外褐煤干燥技术大多处于试验研究和工程化初始应用阶段，各种不同的低阶煤干燥技术具有自身优势的同时，也存在明显缺陷。因此，根据不同的干燥工艺特点，选择并优化低阶煤提质技术，使其系统简单可靠、高效低污染、成本低廉，并尽快实现大规模工程示范应用及技术经济性评价，满足相关领域对商品燃料煤的需要，是低阶煤脱水提质技术的整体发展趋势。