煤炭实验

褐煤的干燥热解

制作人：李晓东，高飞，张德强，邵海龙

摘要：本文总结了国内外褐煤预干燥技术的发展现状，针对传统热力干燥在褐煤电厂应用中存在的高能耗、高投资和低安全性的实际问题,开展了褐煤过热蒸汽干燥的机理实验研究和中试试验研究，结果表明：过热蒸汽的干燥效果优于常规热空气的干燥效果；中试试验系统能稳定、连续地对褐煤进行干燥，且干燥产品符合褐煤干燥实际工业应用的要求。提出了一种由山东省科学院开发的过热蒸汽预干燥低质煤提质（SCU）洁净煤技术，对其在节能、安全等方面的技术先进性作了具体的对比分析，结果表明该技术能耗低、安全且节能效果好。开发褐煤过热蒸汽干燥成套工艺，能促进能源和电力行业的发展，具有广阔的应用前景。

关键词：褐煤；过热蒸汽干燥；洁净煤技术；安全；节能

正文：

1.褐煤的定义

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。

由于它富含挥发份，所以易于燃烧并冒烟。剖面上可以清楚地看出原来木质的痕迹(由裸子植物形成）。含有可溶于碱液内的腐殖酸。含碳量60%～77%，密度约为1.1-1.2，挥发成分大于40%。无胶质层厚度。恒湿无灰基高位发热量约为23.0-27.2兆焦/公斤（5500-6500千卡/公斤）。多呈褐色或褐黑色，相对密度1.2～1.45。

褐煤水分大，挥发成分高(>40%),含游离腐植酸。空气中易风化碎裂，燃点低（270°左右）。储存超过两个月就易发火自燃，堆放高度不应超过两米。

2.褐煤利用的现状

褐煤是一种高挥发分、高水分、高灰分、低热值（14MJ/kg左右）、低灰熔点、污染重且利用率相对较低的资源。目前，我国烟煤、无烟煤等优质煤资源已被充分利用，拓展空间有限，而对褐煤的大规模开发利用刚刚开始。我国褐煤资源相对比较丰富，己探明的储量达1303亿吨，占全国煤炭储量的13%，开采成本低，其中内蒙古占全国褐煤总储量的77%。我国的褐煤普遍存在湿度大（30%—50%）而导致的燃点低和二氧化碳排放量大的缺点，直接燃烧未提质的褐煤原煤，会产生严重的环境污染问题（二氧化碳排放量比普通烟煤高15%左

右），增加电厂和煤化工项目的建设和运行的成本；同时，较高的含水量导致褐煤运输费用增加，限制了内蒙地区丰富的褐煤资源外运至南方沿海城市利用的空间。

提质工艺是指通过合理的干燥过程，降低褐煤的含水量，提高褐煤能量密度的技术。

目前，国内褐煤干燥的工业应用还没有大规模展开。国内准工业规模褐煤预脱水装置分为：燃煤烟气直接接触：链板式，移动床式，转筒干燥和蒸汽间接干燥：过热蒸汽内加热流化床, (过热)蒸汽回转圆筒两种。

国内褐煤电厂多采用高温烟气通过磨煤机达到干燥煤粉的目的。但高温烟气与煤粉直接接触存在安全隐患、造成炉膛温度和锅炉效率降低，而且褐煤水分过高导致调节复杂，动力消耗和维护费用高。

国内褐煤煤矿企业进行预干燥的提质工艺大都采用燃煤烟气直接接触的转筒式干燥

气流干燥机和链板式干燥机等，单机处理量小、占地面积大、投资高，污染大，不符合我国节能减排的要求。

国外在褐煤预干燥领域，最成熟、先进的提质工艺是过热蒸汽流化床技术，德国RWE 公司采用先进的过热蒸汽工艺，已经在德国建成3套装置，最大脱水能力达到110T/h。德国ZEMAG公司的间接接触回转干燥机也有较多应用实例，但是相比RWE技术，存在单机生产能力小，尾气排放量大，余热无法回收，占地面积大等缺点。

国外在褐煤提质领域还有部分待开发技术：美国Encoal, Coaltek, K-fuel，澳大利亚Coldry，神户钢铁，分别利用电厂冷凝水余热、微波、高压蒸汽蒸煮、溶剂油萃取等方式进行提质，但是由于装置投资巨大、运行费用高等缺点，不能完全适应中国国情。

由山东省科学院工业节能中心和山东天力干燥设备有限公司首创，具有自主知识产权的高床层内加热流化床过热蒸汽褐煤预干燥洁净煤成套工艺技术和装置，是我国洁净煤技术的新突破，通过利用过热水蒸气作为干燥介质的工艺创新，结合尾气余热回收技术，相比其他提质工艺，具有环保、安全、节能80%以上、节水的突出优点，干燥强度高于目前国际最先进的德国RWE公司技术。将这一环境友好、资源节约型清洁煤技术项目应用于国内褐煤电厂、煤矿和煤化工项目，通过通过对褐煤预处理工艺进行技术改造升级，可明显减少5%左右的燃料消耗和15%左右的CO2排放，降低配套系统的损耗，提高电厂、煤化工系统的总体效率，而且可以获得CDM资金支持。以占褐煤产量约90%的动力煤做测算，通过燃烧前脱水提质，每年可以减少CO2排放约1500万吨，争取CDM支持近80000 万元，节约标煤4000万吨，将产生巨大的社会经济效益。

3.褐煤过热蒸汽干燥技术研究

对于褐煤利用的洁净煤技术开发始于1999年，经过理论分析、小试和中试研究，2004

年山东省科学院下属技术研发单位开发出过热蒸汽流化床干燥工艺，并成功应用于纯碱行业，目前有四套工业示范装置；同年为河南某电厂成功提供高挥发份煤粉干燥系统，采用氮气闭路保护蒸汽回转干燥工艺，该工艺为国内首创，一直稳定运行至今；2006年为中国矿业大学提供气流加内加热流化床干燥系统，用于褐煤干燥，该工艺被国内某集团借鉴参考并进行开发应用。经过近10年不断地研究开发，2008年公司成功推出过热蒸汽洁净煤技术，并于2009年完成工业验证实验。

按

照我国以煤炭为主要能源的战略方针，结合国内大型电厂和煤化工项目对大规模褐煤提质工艺的要求，山东省科学院下属研发单位技术在褐煤干燥提质处理工艺上推出了以过热蒸汽内加热

流化床干燥（Super-heated steam Fluid bed low-rank Coal Upgrading简称“SFCU”）为主的洁

净煤新技术。

过热蒸

汽干燥技术简介：

如流程图所示，过热蒸汽干燥技术是利用褐煤内水分蒸发所形成的过热蒸汽为与褐煤接触的流化工质，通过再热器或流化床内置换热器间接提供干燥所需要的能量。系统闭路循环，全部为惰性无氧气氛。干燥所产生的褐煤内水分蒸发所形成的过热蒸汽被排出系统后，可以回收全部干燥所共给的热量，蒸汽消耗只有常规间接蒸汽回转干燥机的20%, 热效率大大提高。

过热蒸汽内加热流化床干燥技术作为目前的成熟技术，处理量大、生产工艺成熟、操作安全、稳定可靠、工艺简单、生产所带来“三废”污染少。完全满足单台年产300万吨提质型煤、670MW发电机组、年处理量600万吨的60万吨甲醇以及300MW IGCC项目褐煤干燥处理的