褐煤干燥技术

褐煤干燥技术

0 引言

褐煤(Lignite，也译作Brown coal)一种介于泥炭与沥青煤之间的棕黑色的低级煤。褐煤是煤化程度最低的煤种，为泥炭在适度的压力下转变而成，煤化程度介于泥炭和烟煤之间，含水量高，在空气中易风化。褐煤中含一定量的原生腐殖酸，碳含量低，氧含量高，氢含量变化大，其中的挥发分一般在45%-55%。

根据国际地质学家预测：全世界硬煤(包括烟煤和无烟煤)地质储量约为6万亿吨，占煤炭总储量的60%强；褐煤地质储量约为4万亿吨，占煤炭储量的40%弱。褐煤资源又分为硬褐煤和软褐煤(俗称土状褐煤)两大类，其中硬褐煤主要分布在欧洲地区，其次为亚洲和北美洲。按国家来说，美国、俄罗斯和中国三国的硬褐煤储量最多，分别为900多亿吨、800余亿吨和400亿吨以上。我国已探明的褐煤保有储量达1303亿吨，约占全国煤炭储量的13%。从我国褐煤的形成时代来看，以中生界侏罗纪褐煤储量的比例最多，约占全国褐煤储量的4/5，主要分布在内蒙古东部与东北三省紧密相连的东三盟地区。新生代第三纪褐煤资源约占全国褐煤储量的1/5左右，主要赋存在云南省境内。

褐煤因其热值低、易风化、含水量高，易自燃，而给其储存、运输、燃烧等方面带来了许多困难。褐煤自身的特点决定了其不宜作长期储存或长途运输；而当锅炉燃烧水分高的褐煤将导致火焰温度降低，热效率下降；当电厂使用水分高的褐煤，需要采用更大的更昂贵的锅炉才可以显著减少或避免电厂额定出力降低。可见褐煤不经过提质加工既不利于运输和贮存，也难以满足多种用户对煤的质量要求，严重影响了褐煤资源的直接利用。因此，对褐煤进行提质，降低水分，提高发热量，增强适用性，对建设资源节约型社会，保证国民经济的可持续发展，具有重要的理论和实际意义。褐煤干燥后，其成分和性质趋近于烟煤，更有利于运输、贮存和利用。

1 现有的褐煤加工技术

1.1 国外褐煤加工技术

国外褐煤加工利用技术开发比较早，典型的国家有德国、俄罗斯、澳大利亚、日本和美国等国家，代表性的技术有：

(1)德国的管式干燥器褐煤型煤技术。

(2)俄罗斯开发的褐煤和重油渣加工为有机粘合材料的工艺以及褐煤加氢液化工艺。

(3)澳大利亚的褐煤干燥脱水提质技术，如：HRL和BCB技术等。

(4)日本的一种添加生物质粘结剂的粉煤成型工艺、D-K褐煤脱水工艺等等。

(5)美国的“K燃料工艺”(K–Fuel Process)。

1.2 国内褐煤加工技术

鉴于褐煤加工利用的广阔发展前景，国内很多高校、科研单位和企业也纷纷开发褐煤加工利用技术，比较代表性的技术有：

(1)褐煤固体热载体干馏多联产技术。

(2)褐煤多段回转炉热解技术。

(3)褐煤循环流化床热电多联产技术。

(4)黑龙江科技学院开发的褐煤热水干燥技术。

(5)神华集团与中国矿业大学(北京)联合开发的HPU技术。目前,该技术已经在内蒙的宝日希勒建厂。

2 褐煤干燥工艺

煤的干燥脱水技术很多，大致可以分为机械脱水、蒸发脱水和非蒸发脱水3大类。其中机械脱水技术在选煤厂已广泛应用，但其处理能力和脱水效率尚难适应褐煤脱水的要求。蒸发脱水法可以降低褐煤的水分，提高褐煤的热值，但简单的蒸发脱水难以改变褐煤的物理化学结构，不能解决其易自燃和重新吸水等难题，可以作为炉前脱水技术使用。非蒸发脱水提质技术是将褐煤与高温高压蒸汽直接接触，使水分呈液态脱出，不需要蒸发潜热，热效率高。褐煤受高温高压作用的影响，其组成和性质会发生相应的变化，变化趋势类似于煤化程度的增强。目前众多国家都在开发非蒸发脱水技术。

2.1 机械脱水工艺

机械脱水指筛分脱水、离心脱水、过滤(压滤)脱水等,借鉴了洗煤厂中精煤的脱水工艺和设备，如浓缩机、振动网筛、圆盘过滤机等。由于褐煤内在水分高,其处理能力和脱水效率尚难适应褐煤脱水的要求,只能脱除外表水及很少的毛细水,机械脱水的效果较差,难以适应褐煤脱水的要求。

2.2 蒸发干燥技术

在蒸发干燥工艺过程中，水的脱除是通过直接或间接地把相当于水蒸发潜热的热量加到煤样上，使水以汽态的形式除去。蒸发干燥的一个缺点是需要大量的能量来蒸发水分，在有些情况下，高达25%煤的能量用来蒸发水分，从而使得获得每一单位能量需要释放更多的CO2。然而，在一些产生相对纯净废热蒸汽的干燥工艺中，蒸汽重新压缩和冷凝可以回收大部分的蒸发热。干燥后的煤样通常需要在线使用，因为自燃和灰尘爆炸的安全问题给储存和使用干褐煤造成很大的困难。如果确实需要大量储存或长距离运输，干燥后的煤样需要通过某种方式做成型煤，以便于安全运输、储存和使用。蒸发干燥技术有许多种，主要包括热风转筒干燥、蒸汽流化床干燥、加压热气流干燥、热油干燥、微波干燥、太阳能干燥、管式干燥技术、蒸汽空气联合干燥技术等。

(1)热风转筒干燥-直接加热法

转筒干燥器的主体是略带倾斜并能回转的圆筒体。湿煤样从一端上部加入，经过圆筒内部时，与通过筒内的热风或加热壁面进行有效的接触而被干燥，干燥后的产品从另一端下部收集。在干燥过程中，物料借助圆筒的缓慢转动，在重力的作用下从较高的一端向较低一端移动。筒体内壁装有顺向抄板，它不断地把物料抄起又洒下，使物料的热接触表面增大，以提高干燥速率并促使物料向前移动。干燥过程中所用的热载体一般为热空气或热烟气，经过干燥器后，通常用旋风分离器将气体中携带的细粒物料捕集下来，废气则经过旋风分离器放空。

热风转筒干燥的优点是生产能力大，结构简单，操作方便。最大的缺点是在启动和关闭时，当空气接触到热煤时，容易发生起火和爆炸。澳大利亚电力委员会(SECV)第一个中试厂1925年在H.Herman博士指导下，在NewPort建立一个气流转筒干燥器，12个月后，这个项目最终由于干燥厂的起火和爆炸，以及在产品运输和储存过程中自燃等顾虑而关闭

图1热风转筒干燥工艺系统图2 流化床褐煤干燥工艺

(2)蒸汽流化床干燥技术(DWT)-物理蒸发干燥技术-直接加热法

在流化床干燥机内(见图2)，蒸汽不仅能作为干燥介质而且还作为流化介质。因此，干燥蒸发的蒸汽是不含空气和其他杂物的，可通过以下方法进一步利用。如：蒸发的水分经过再循环作为流化介质进入了流化床；利用它凝结时所放出的汽化潜热；将它压缩成为过热蒸汽。过热蒸汽将高水分褐煤流从干燥机的底部吹向沸腾床上部产生流化现象。在流化床的蒸气吸收褐煤原煤中蒸发出的水分，原煤从干燥机的上部输入进去经过旋风分离器，蒸汽再被部分导回干燥机。干燥机所需能量是由从汽轮机出来的蒸汽提供。

(3)加压热气流干燥-物理蒸发干燥技术

这项技术源于整体干燥气化联合循环(IDGCC)项目，它将湿煤通过锁式料斗注入从气化炉出来的高压热气流中进行干燥。这些技术提供了一种可以与其他高压过程，如褐煤的气化和高压流化床燃烧结合在一起的低费用预干燥技术。与独立使用的干燥器相比，干燥工厂的简单使得费用大为降低。这项干燥技术己被提出作为重新改造现有褐煤锅炉的一个选择。

(4)热油干燥-物理蒸发干燥技术-直接干燥法

热油干燥技术早在1926年，许多工艺开发者就选择热油作为干燥介质。美国第四代洁净煤计划也选择了热油干燥用于碳化技术的工艺，并将在一座年产25万t的工厂进行验证。在两个阶段的碳化工艺中，原煤首先在热油中进行干燥。大部分油在第二阶段的烟气分离装置中回收再利用，小部分油被吸收用于增加产品的稳定性和热值。日本神户制钢采用将印尼褐煤与煤焦油混合后，在回转圆筒中加热，使水分蒸发后降到10%左右，然后再将油提取出来。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，同时也增加了其热值，估计提质后其热值可以达到6500kcal/kg。

(5)微波干燥-物理蒸发干燥技术

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。

国外用微波干燥褐煤的尝试没有成功，尽管它可以用于快速干燥实验室的煤样。毫无疑问微波可以提供能量来干燥煤，但在过度干燥的情况下有潜在的着火风险，这也导致了澳大