1、第二章第二章 褐煤的加工与利用技术褐煤的加工与利用技术2.1 前前 言言 褐煤是煤化程度最低的煤种褐煤是煤化程度最低的煤种, 它是泥炭沉积后经脱水、压实转它是泥炭沉积后经脱水、压实转变为有机生物岩的初期产物变为有机生物岩的初期产物, 因因外表呈褐色或暗褐色而得名。外表呈褐色或暗褐色而得名。 我国褐煤资源主要形成于晚侏罗纪、早第三纪和晚第三纪。我国褐煤资源主要形成于晚侏罗纪、早第三纪和晚第三纪。 晚第三纪褐煤多为土状褐煤晚第三纪褐煤多为土状褐煤, 煤田零星分布在辽宁、山东、煤田零星分布在辽宁、山东、广西、广东、云南等省区广西、广东、云南等省区; 晚侏罗纪褐煤则多为硬褐煤晚侏罗纪褐煤则多为硬褐煤,
2、 或称老年褐煤或称老年褐煤, 主要分布在我国主要分布在我国内蒙古自治区东部海拉尔含煤区霍林河盆地以及黑龙江三内蒙古自治区东部海拉尔含煤区霍林河盆地以及黑龙江三江江穆林河含煤区穆林河含煤区,这一地区是我国褐煤资源集中地区这一地区是我国褐煤资源集中地区, 基本基本特点为埋藏浅特点为埋藏浅,煤层厚度大。煤层厚度大。 褐煤是化学反应性最好的低煤阶褐煤是化学反应性最好的低煤阶, 其最高内在水分其最高内在水分(MHC) 、腐植、腐植酸、铝甑低温干馏焦油产率和苯萃取物酸、铝甑低温干馏焦油产率和苯萃取物(俗称褐煤蜡俗称褐煤蜡) 产率等技产率等技术指标的高低术指标的高低,是决定褐煤合理利用和综合利用的重要参数。
3、是决定褐煤合理利用和综合利用的重要参数。 我国的褐煤资源丰富我国的褐煤资源丰富, 到到2002年底已探明的年底已探明的保有储量大约为保有储量大约为1 300亿亿t, 其预测资源量亦其预测资源量亦近近2 000亿亿t。其中有。其中有3 /4的褐煤分布在内蒙的褐煤分布在内蒙东部地区东部地区, 其中著名的有其中著名的有胜利、霍林河、伊胜利、霍林河、伊敏、大雁、宝日希勒、扎赉诺尔和平庄敏、大雁、宝日希勒、扎赉诺尔和平庄等等矿区。矿区。 我国褐煤资源分布的特点是我国褐煤资源分布的特点是:埋藏浅、煤层埋藏浅、煤层厚、储量大厚、储量大, 多适合于露天开采多适合于露天开采, 如如小龙潭小龙潭矿的煤层矿的煤层厚
4、达厚达20100 m, 最厚处可达最厚处可达200m, 胜利煤田的探明储量达胜利煤田的探明储量达150亿亿t。2.2 褐煤的特征组分及性质褐煤的特征组分及性质 腐植酸：腐植酸：煤中能溶于稀苛性碱和焦磷酸钠溶液的多种缩煤中能溶于稀苛性碱和焦磷酸钠溶液的多种缩合酸性基的大分子化合物即为腐植酸。合酸性基的大分子化合物即为腐植酸。 褐煤大多数无光泽褐煤大多数无光泽, 真密度在真密度在1.101.40g/ cm3 之间之间,水分高水分高达达30 %60 % , 挥发分高挥发分高, 燃点低燃点低, 不粘结不粘结, 易风化变质易风化变质, 含原含原生腐植酸生腐植酸, 含氧高含氧高, 化学反应性强化学反应性强
5、, 热稳定性差。热稳定性差。 原生腐植酸（原生腐植酸（primary humic acid）：成煤过程中形成的腐植）：成煤过程中形成的腐植酸为原生腐植酸；原生腐植酸是褐煤区别于其它煤种的主酸为原生腐植酸；原生腐植酸是褐煤区别于其它煤种的主要特征组分。要特征组分。 次生腐植酸（次生腐植酸（secondary humic acid）：煤经氧化）：煤经氧化(包括风化包括风化) 形成的腐植酸为次生腐植酸。形成的腐植酸为次生腐植酸。腐植酸分类腐植酸分类 溶于丙酮或乙醇的部分称为棕腐酸；溶于丙酮或乙醇的部分称为棕腐酸； 不溶于丙酮部分称为黑腐酸；不溶于丙酮部分称为黑腐酸； 溶于水或稀酸的部分称为黄腐酸（又
6、称溶于水或稀酸的部分称为黄腐酸（又称富里酸）。富里酸）。腐植酸的结构腐植酸的结构 大分子的基本结构是芳环和脂环，环上连有羧基大分子的基本结构是芳环和脂环，环上连有羧基、羟基、羰基、醌基、甲氧基等官能团。、羟基、羰基、醌基、甲氧基等官能团。 从黄腐酸（从黄腐酸（fulvic acid）、棕腐酸（）、棕腐酸（hymatomalenic acid）到黑腐酸（）到黑腐酸（pyrotomalenic acid），分子量），分子量逐渐增大，从逐渐增大，从102103、103104到到104106。 结合腐植酸结合腐植酸(combined humic acid)和游离腐植酸和游离腐植酸(free humic
7、 acid)等等 。 测定腐植酸分子量分布最常用的方法：测定腐植酸分子量分布最常用的方法： 超滤超滤-膜法测定非连续分布；膜法测定非连续分布； 色谱法测定其连续分布。色谱法测定其连续分布。 已知基 需要换算的基 空气干燥基 ad 收到基 ar 干基 d 干燥无灰基daf 干燥无矿物质基dmmf 空气干燥基ad adarMM100100 adM100100 )(100100adadAM )(100100adadMMM 收到基 ar aradMM100100 arM100100 )(100100ararAM )(100100ararMMM 干基 d 100100adM 100100arM dA10
8、0100 dMM100100 干燥无灰基daf 100)(100adadAM 100)(100ararAM 100100dA ddMMA100100 干燥无矿物质基 dmmf 100)(100adadMMM 100)(100ararMMM 100100dMM ddAMM100100 煤分析各种基准之间的换算公式煤分析各种基准之间的换算公式 褐煤的煤质特征与其成煤时代密切相关：褐煤的煤质特征与其成煤时代密切相关： 经统计经统计, , 全国生产矿区褐煤的煤层平均灰分全国生产矿区褐煤的煤层平均灰分( Ad)( Ad)为为21.90 % , 21.90 % , 其中以早、中侏罗世褐煤的其中以早、中侏罗
9、世褐煤的灰分最低灰分最低, , 平均仅平均仅10.55 % , 10.55 % , 而早第三纪褐煤而早第三纪褐煤的平均的平均AdAd则高达则高达23126 % , 23126 % , 两者相差两者相差1 1 倍以上。倍以上。 不同时代的褐煤挥发分相差更大不同时代的褐煤挥发分相差更大, , 如全国褐如全国褐煤的平均挥发分煤的平均挥发分( V( Vdafdaf ) ) 为为45.21 % , 45.21 % , 其中其中以成煤时代越迟的晚第三纪褐煤的挥发分最以成煤时代越迟的晚第三纪褐煤的挥发分最高高, , 平均为平均为55.92 % , 55.92 % , 成煤时代越早的早、成煤时代越早的早、中侏
10、罗世褐煤的挥发分最低中侏罗世褐煤的挥发分最低, , 平均平均38.60 %38.60 %。 褐煤的纯煤发热量褐煤的纯煤发热量( Qgr ,daf) 也与成煤时代有关也与成煤时代有关, 如全国褐煤的平均如全国褐煤的平均Qgr ,daf为为28.71 MJ / kg ,其中以其中以早、中侏罗世褐煤的发热量最高早、中侏罗世褐煤的发热量最高, 晚第三纪褐煤的晚第三纪褐煤的发热量最低发热量最低, 分别为分别为28.54 MJ / kg 和和27.24MJ / kg。 褐煤的水分褐煤的水分( M) 也与成煤时代密切相关也与成煤时代密切相关, 即以晚第即以晚第三纪褐煤的水分最高三纪褐煤的水分最高, 侏罗纪褐
11、煤的水分最低侏罗纪褐煤的水分最低, 如如云南可保的晚第三纪褐煤的全水分云南可保的晚第三纪褐煤的全水分( Mt) 平均高达平均高达4616 % , 昭通褐煤的水分可达昭通褐煤的水分可达50 %以上以上, 而内蒙古而内蒙古霍林河矿区的晚侏罗世褐煤的霍林河矿区的晚侏罗世褐煤的Mt为为32. 2 %。 我国褐煤腐植酸以晚第三纪的最高我国褐煤腐植酸以晚第三纪的最高, 平均平均38.67 % , 早、中侏罗世的最低早、中侏罗世的最低, 平均平均5.29 %。 煤的发热量有高位发热量（煤的发热量有高位发热量（high heat value，HHV）和低位发热量（和低位发热量（low heat value，L
12、HV）之分。）之分。 高位发热量是指每公斤煤完全燃烧后所产生的热量，高位发热量是指每公斤煤完全燃烧后所产生的热量，它包括了煤燃烧时，煤中水分所生成的水蒸气全部它包括了煤燃烧时，煤中水分所生成的水蒸气全部凝结成水所放出的热量。实际上，在燃烧设备中，凝结成水所放出的热量。实际上，在燃烧设备中，煤燃烧后的排烟还具有一定的温度，煤中水分所生煤燃烧后的排烟还具有一定的温度，煤中水分所生成的水蒸气并不能凝结下来，此部分汽化潜热并不成的水蒸气并不能凝结下来，此部分汽化潜热并不能包括在煤的发热量中。能包括在煤的发热量中。 从煤的高位发热量中扣除了这部分水蒸气的汽化潜从煤的高位发热量中扣除了这部分水蒸气的汽化潜
13、热之后，所得到的煤的发热量称为煤的低位发热量。热之后，所得到的煤的发热量称为煤的低位发热量。 用乙醇和苯混合物萃取褐煤可得沥青（蜡和焦用乙醇和苯混合物萃取褐煤可得沥青（蜡和焦油）；油）； 萃取残渣用碱处理可得腐植酸；萃取残渣用碱处理可得腐植酸； 褐煤的利用褐煤的利用 气化气化 液化液化 干馏干馏 按加热的温度主要可分为低温按加热的温度主要可分为低温(550600 ) 干馏和中干馏和中温温(700800 ) 干馏。干馏。褐煤干馏产出的煤气产品可以褐煤干馏产出的煤气产品可以作为燃料气和化工合成气作为燃料气和化工合成气, 焦油或酚类可作化工原料焦油或酚类可作化工原料, 半半焦是良好的炭质还原剂和无烟
14、燃料。焦是良好的炭质还原剂和无烟燃料。 制备水煤桨；制备水煤桨； 提取提取褐煤蜡褐煤蜡（酯蜡中为长链的饱和脂肪羧酸（酯蜡中为长链的饱和脂肪羧酸(C16C36 ) 和长链的脂肪族醇和长链的脂肪族醇(C10C21 ) 的单酯及腐植酸的单酯及腐植酸2.3 2.3 褐煤的综合利用褐煤的综合利用褐煤蜡褐煤蜡一种稀缺矿产，一种稀缺矿产，1897年德国最早开始从褐煤中提取蜡，因此年德国最早开始从褐煤中提取蜡，因此在国外又称作蒙旦蜡在国外又称作蒙旦蜡(Montan Wax）。它是一种含有蜡，树）。它是一种含有蜡，树脂和地沥青的矿物蜡。脂和地沥青的矿物蜡。亦称蒙旦蜡。由含蜡质的煤（主要是褐煤或某些泥炭），经亦称
15、蒙旦蜡。由含蜡质的煤（主要是褐煤或某些泥炭），经溶剂溶剂(苯、汽油等苯、汽油等)萃取得到的一种含有蜡、树脂和地沥青的萃取得到的一种含有蜡、树脂和地沥青的混合物。混合物。褐煤蜡的性质主要取决于原料、所采用的溶剂和萃取条件。褐煤蜡的性质主要取决于原料、所采用的溶剂和萃取条件。随地沥青含量的增加，其颜色由棕色至黑色。随地沥青含量的增加，其颜色由棕色至黑色。熔点熔点7586，密度（，密度（20）0.981.03g/cm3。蜡的主要成。蜡的主要成分为：由分为：由C16C34酸和酸和 C24、C26、C30醇组成的蜡酯；长链脂肪醇组成的蜡酯；长链脂肪酸酸(C16C35)；脂肪醇；脂肪醇(C20C34)和烷
16、烃和烷烃(C23C33)。树脂的成分。树脂的成分是树脂酸，少量甾醇和萜烯类物质。是树脂酸，少量甾醇和萜烯类物质。地沥青主要是聚合的、酯化的含氧树脂酸。粗蜡经氧化脱色等，地沥青主要是聚合的、酯化的含氧树脂酸。粗蜡经氧化脱色等，可得精制蜡。可得精制蜡。评价褐煤蜡质量的主要指标是熔点、密度、粘度、酸值、皂化评价褐煤蜡质量的主要指标是熔点、密度、粘度、酸值、皂化值、树脂含量、地沥青含量、苯不溶物、灰分和加热损失量等，值、树脂含量、地沥青含量、苯不溶物、灰分和加热损失量等，中国已制定出国家标准测定方法。中国已制定出国家标准测定方法。褐煤蜡质地比较坚硬，熔点较高，耐酸，化学稳定性、光泽度、褐煤蜡质地比较坚
17、硬，熔点较高，耐酸，化学稳定性、光泽度、电绝缘性均好，易溶于有机溶剂，能与石油蜡、硬脂酸等混合，电绝缘性均好，易溶于有机溶剂，能与石油蜡、硬脂酸等混合，无致癌作用。无致癌作用。广泛用作价格昂贵的天然动、植物蜡的代用品和补充品，如用广泛用作价格昂贵的天然动、植物蜡的代用品和补充品，如用于制复写纸、皮鞋油、地板蜡、上光蜡、金属擦光剂等，也用于制复写纸、皮鞋油、地板蜡、上光蜡、金属擦光剂等，也用于熔模精密铸造用的中温模料以及皮革整理、电气绝缘等方面。于熔模精密铸造用的中温模料以及皮革整理、电气绝缘等方面。20世纪世纪80年代，世界上产褐煤蜡的国家，主要是民主德国、苏年代，世界上产褐煤蜡的国家，主要是
18、民主德国、苏联和美国。精制蜡主要在联邦德国生产。中国在云南、吉林也联和美国。精制蜡主要在联邦德国生产。中国在云南、吉林也建有褐煤蜡工厂。建有褐煤蜡工厂。澳大利亚怀特能源公司拥有的热烟气直接干燥成型技术（简称澳大利亚怀特能源公司拥有的热烟气直接干燥成型技术（简称BCB 技技术），该技术在澳大利亚分别建有术），该技术在澳大利亚分别建有0.2 t/h 和和10 t/h 的试验装置。的试验装置。褐煤多联产技术褐煤多联产技术 集预处理、气化预处理、气化、化工合成、发电、供热、废弃物资源循环利用等单元工艺构成的褐煤综合利用系统。2.4 褐煤的成型褐煤的成型 褐煤成型主要分为无粘结剂成型和有粘结褐煤成型主要
19、分为无粘结剂成型和有粘结剂成型两大类。剂成型两大类。 年轻褐煤无粘结剂成型技术比较成熟年轻褐煤无粘结剂成型技术比较成熟, 已实现已实现了工业化大规模生产。褐煤无粘结剂成型工艺了工业化大规模生产。褐煤无粘结剂成型工艺一般需经过原煤的破碎和筛分、干燥、冷却、一般需经过原煤的破碎和筛分、干燥、冷却、压制成型等过程压制成型等过程。 褐煤有粘结剂成型工艺主要是针对煤化度高的褐煤有粘结剂成型工艺主要是针对煤化度高的褐煤褐煤,粘结剂的种类有粘土、腐植酸、生物质、粘结剂的种类有粘土、腐植酸、生物质、淀粉、沥青等。淀粉、沥青等。2.5 褐煤干燥技术褐煤干燥技术 提质按干燥介质与褐煤接触的方式划分：提质按干燥介质
20、与褐煤接触的方式划分： 直接干燥直接干燥：褐煤直接与热介质接触，通过热介质蒸发褐褐煤直接与热介质接触，通过热介质蒸发褐煤水分而达到干燥褐煤的目的。煤水分而达到干燥褐煤的目的。 普通蒸发干燥、热油干燥、热水干燥、蒸汽空气联普通蒸发干燥、热油干燥、热水干燥、蒸汽空气联合干燥等。合干燥等。 普通干燥方式有固定床、流化床、回转窑等普通干燥方式有固定床、流化床、回转窑等。 间接干燥：间接干燥：间接干燥通常是褐煤不直接与热介质接触，间接干燥通常是褐煤不直接与热介质接触，通过换热器与热介质换热，吸收热量蒸发水分而达到干通过换热器与热介质换热，吸收热量蒸发水分而达到干燥的目的。燥的目的。 管式干燥机就是采用这
21、种间接干燥的原理，煤在管管式干燥机就是采用这种间接干燥的原理，煤在管内流动，蒸汽通过管壁传热，褐煤吸热达到干燥的内流动，蒸汽通过管壁传热，褐煤吸热达到干燥的目的。目的。这种工艺具有安全性、可靠性的特点，因而这种工艺具有安全性、可靠性的特点，因而，特别适用于燃点低、易燃、易爆的年轻煤种。，特别适用于燃点低、易燃、易爆的年轻煤种。 国外新技术国外新技术：气流干燥、流化床干燥等技术；：气流干燥、流化床干燥等技术； 属于快速直接干燥，其效率高，蒸发强度大，自动化程度属于快速直接干燥，其效率高，蒸发强度大，自动化程度高，但其投资较高，目前尚处于试验阶段。如德国高，但其投资较高，目前尚处于试验阶段。如德国
22、 RWE 公司研发的蒸汽流化床干燥褐煤的工艺、澳大利亚研发的公司研发的蒸汽流化床干燥褐煤的工艺、澳大利亚研发的闪蒸干燥管干燥褐煤技术等。闪蒸干燥管干燥褐煤技术等。 国内技术：国内技术：大连理工大学的褐煤固体热载体法快速热解技术大连理工大学的褐煤固体热载体法快速热解技术、鞍山热能研究院的褐煤低温干馏改质技术、北京柯林斯达、鞍山热能研究院的褐煤低温干馏改质技术、北京柯林斯达能源技术开发公司的褐煤低温干燥改性提质技术等。能源技术开发公司的褐煤低温干燥改性提质技术等。 均已在国内褐煤产地建立了工业化试生产装置均已在国内褐煤产地建立了工业化试生产装置 其它方法：回转圆筒干燥机，属于直接干燥，技术成熟，其
23、它方法：回转圆筒干燥机，属于直接干燥，技术成熟，操作稳定，但设备体积、质量大，蒸发强度低，干燥停留操作稳定，但设备体积、质量大，蒸发强度低，干燥停留时间长，不适宜用于高挥发分的褐煤干燥。时间长，不适宜用于高挥发分的褐煤干燥。2.5.1 褐煤中的水分褐煤中的水分 在较大的毛细管中有游离水或微弱结合的在较大的毛细管中有游离水或微弱结合的水水,经过等温抽气即可出去。经过等温抽气即可出去。 在微孔中有紧紧吸住的水在微孔中有紧紧吸住的水,它们在适度增它们在适度增高的压力和温度下可以出去。高的压力和温度下可以出去。 水还能化学吸附在煤上水还能化学吸附在煤上,这种水只有在较这种水只有在较高的蒸汽压力下才能释
24、放出来。高的蒸汽压力下才能释放出来。2.5.2 褐煤脱水预干燥技术褐煤脱水预干燥技术 回转管式干燥技术回转管式干燥技术 以饱和蒸汽以饱和蒸汽(压力为压力为0.150.55MPa )为加热介质的间接加热干燥器。为加热介质的间接加热干燥器。 常压下常压下, 用低压蒸气通过管式干燥器将煤加热到大约用低压蒸气通过管式干燥器将煤加热到大约100, 使水分蒸使水分蒸发发, 并利用和煤一起进入干燥器的空气作为脱水介质并利用和煤一起进入干燥器的空气作为脱水介质, 通过除尘器将通过除尘器将煤粉分离煤粉分离, 部分空气经压缩进入干燥器循环部分空气经压缩进入干燥器循环, 部分排入大气。部分排入大气。 热脱水工艺热脱
25、水工艺 热源为过热蒸气热源为过热蒸气, 工艺过程温度大约为工艺过程温度大约为235。为维持水。为维持水分不被汽化分不被汽化, 系统压力必须维持在同温度下水的饱和蒸汽系统压力必须维持在同温度下水的饱和蒸汽压之上压之上, 一般在一般在3MPa左右。左右。 机械脱水工艺机械脱水工艺 在大约在大约100、小于、小于16MPa 热压下对褐煤脱水。热压下对褐煤脱水。由天华化工机械及自动化研究设计院为国华由天华化工机械及自动化研究设计院为国华( 印尼印尼) 南苏发电有限公司南苏发电有限公司2X150MW 发电工程配套设计的高水分褐煤预干燥系统，于发电工程配套设计的高水分褐煤预干燥系统，于2011 年年7 月
26、月10 日正式投运，实现了连续日正式投运，实现了连续96h 不间断运行，各项参数达到设计要求。不间断运行，各项参数达到设计要求。该系统采用蒸汽管回转干燥机加上湿法洗涤除尘成套工艺装置，加热蒸该系统采用蒸汽管回转干燥机加上湿法洗涤除尘成套工艺装置，加热蒸汽取自蒸汽轮机四段抽汽，将高水分汽取自蒸汽轮机四段抽汽，将高水分( 62%) 褐煤干燥后送入中速磨煤机褐煤干燥后送入中速磨煤机制粉燃烧，满足了制粉燃烧，满足了2 150MW 发电机组满负荷发电的要求。此套装置发电机组满负荷发电的要求。此套装置的自动化控制程度高，在集控室可实现全部运行操作，极大地保证了系的自动化控制程度高，在集控室可实现全部运行操
27、作，极大地保证了系统的可靠运行，提高了工作效率。统的可靠运行，提高了工作效率。在装置的调试过程中，天华通过调整实际运行参数，攻克了褐煤在干燥在装置的调试过程中，天华通过调整实际运行参数，攻克了褐煤在干燥过程中易自燃着火闪爆的特性，尾气排放符合环保要求，并克服了高水过程中易自燃着火闪爆的特性，尾气排放符合环保要求，并克服了高水分褐煤脱水难的问题。分褐煤脱水难的问题。1、管式干燥技术、管式干燥技术采用间接干燥原理采用间接干燥原理, 煤在管内流动煤在管内流动, 蒸汽通过管壁传热蒸汽通过管壁传热, 具有安全可靠具有安全可靠、结构合理、传热效率高、干燥效果较好等特点、结构合理、传热效率高、干燥效果较好等
28、特点, 特别适用于燃点低特别适用于燃点低的易燃易爆的年青煤种。的易燃易爆的年青煤种。褐煤的蒸汽管式干燥机技术有两种褐煤的蒸汽管式干燥机技术有两种: 一种是管内通蒸汽加热一种是管内通蒸汽加热, 壳内走煤壳内走煤的管式干燥机的管式干燥机; 另一种是管内走煤另一种是管内走煤, 壳体通蒸汽加热的管式干燥机。壳体通蒸汽加热的管式干燥机。管式干燥是一种以压力为管式干燥是一种以压力为0.15 0.55MPa的饱和蒸汽为加热介质的间的饱和蒸汽为加热介质的间接加热干燥技术。接加热干燥技术。工艺流程：工艺流程：干燥管中内设螺旋状叶片, 煤通过重力和螺旋叶片导流作用在干燥管内运动。在滚筒内部干燥管周围通入4.5ba
29、r, 170 。C 的过热蒸汽, 通过间接热交换将干燥管内的原煤升温, 使煤表面吸附水分受热蒸发,从而达到降低水分的目的。该公司生产的管式干燥机目前主要的运行业绩是位于德国德累斯顿的黑泵( SCHWARZE PUMPE )型煤厂。特点：特点：1)传热介质不与煤直接接触, 使得干燥过程安全、可靠,解决了低燃点煤采用直接干燥带来的生产安全问题; 2) 采用众多干燥管对煤进行分散加热, 强化了干燥效果, 增加了干燥机的有效换热面积, 增大了降水幅度; 3)体积小, 便于安装布置和运输。缺陷缺陷: 1) 单台设备干燥能力小, 需要多台干燥机才能满足系统出力;2)对原煤入料粒度要求较高( 必须小于6.3
30、mm) , 因此干燥机前必须设置两级破碎; 3) 煤在干燥管中运动时, 由于干燥管管径较细(108mm) mm ), 容易发生堵煤现象, 且清理困难; 4) 主轴的加工要求较高, 由于干燥管众多(约1 500根) , 现场安装周期长。2、蒸汽管回转干燥机、蒸汽管回转干燥机原理：原理：蒸汽管回转干燥机是一种低温间接加热干燥技术，蒸汽走管内蒸汽管回转干燥机是一种低温间接加热干燥技术，蒸汽走管内, 煤走煤走筒内筒内, 即高水分的煤料由端部进入回转筒体即高水分的煤料由端部进入回转筒体, 而蒸汽则进入回转筒体内的小而蒸汽则进入回转筒体内的小蒸汽管中蒸汽管中, 煤料与蒸汽进行间接换热（煤料与蒸汽进行间接换
31、热（管式干燥机：煤走管内管式干燥机：煤走管内, 蒸汽走筒内蒸汽走筒内）。）。工艺流程：工艺流程：褐煤通过干燥机进料溜槽加入到干燥机筒体内。干燥机加热蒸褐煤通过干燥机进料溜槽加入到干燥机筒体内。干燥机加热蒸汽从干燥机尾部的旋转接头进入汽从干燥机尾部的旋转接头进入, 经过汽室进入换热管。湿煤与蒸汽管充分经过汽室进入换热管。湿煤与蒸汽管充分接触换热接触换热, 煤中的水分被不断蒸发。干燥机的筒体具有一定斜度煤中的水分被不断蒸发。干燥机的筒体具有一定斜度, 随着筒体随着筒体的转动的转动, 煤一边干燥一边向出口方向运动煤一边干燥一边向出口方向运动, 当煤到达干燥机出料口时其水含当煤到达干燥机出料口时其水含
32、量符合要求量符合要求, 干燥后的煤从干燥机出料箱排出进入下一工序。蒸汽换热产生干燥后的煤从干燥机出料箱排出进入下一工序。蒸汽换热产生的冷凝液经旋转接头进入凝液回收单元。湿煤携带的空气以及干燥过程中的冷凝液经旋转接头进入凝液回收单元。湿煤携带的空气以及干燥过程中产生的水蒸汽从干燥机出料箱顶部排出产生的水蒸汽从干燥机出料箱顶部排出, 进入干燥尾气处理系统。进入干燥尾气处理系统。 特点特点:1)采用煤走滚筒内、蒸汽走管内的方式采用煤走滚筒内、蒸汽走管内的方式, 增大了煤的流增大了煤的流动空间动空间, 能有效防止堵煤现象的发生能有效防止堵煤现象的发生; 2) 单台设备处理能力大单台设备处理能力大, 可
33、以减少设备使用量可以减少设备使用量, 便于控制和运行维护便于控制和运行维护; 3)传热介质同样传热介质同样不直接与煤接触不直接与煤接触, 并且通过先进的氧含量检测和控制技术并且通过先进的氧含量检测和控制技术, 严严格防止干燥过程中的粉尘爆炸格防止干燥过程中的粉尘爆炸, 使得干燥过程安全、可靠使得干燥过程安全、可靠; 4) 对原煤入料粒度要求不高对原煤入料粒度要求不高(不大于不大于20mm) , 干燥机前只须设置干燥机前只须设置一级破碎。一级破碎。 缺陷缺陷: 1)煤料在筒内分布较集中煤料在筒内分布较集中, 换热面积相对管式干燥机较换热面积相对管式干燥机较小小; 2) 设备体积大设备体积大, 运
34、输安装困难。运输安装困难。 蒸汽管回转干燥机设计选型涉及到传热与传质计算模型与实验、排液模型与实验、干燥时间与停留时间模型及工业数据标定等技术。3、蒸汽流化床干燥技术、蒸汽流化床干燥技术(DWT法法)在流化床干燥器内在流化床干燥器内,过热蒸汽将褐煤流从干燥机的底部吹向沸腾床上过热蒸汽将褐煤流从干燥机的底部吹向沸腾床上部产生流化现象。流化床中的蒸汽吸收褐煤原煤中蒸发出的水分部产生流化现象。流化床中的蒸汽吸收褐煤原煤中蒸发出的水分,原原煤从干燥机的上部输入经过旋风分离器煤从干燥机的上部输入经过旋风分离器,蒸汽再被部分导回干燥机。蒸汽再被部分导回干燥机。干燥机所需能量由汽轮机出来的蒸汽提供。该工艺过
35、程的特点是蒸汽干燥机所需能量由汽轮机出来的蒸汽提供。该工艺过程的特点是蒸汽不仅作为干燥介质还作为流化介质不仅作为干燥介质还作为流化介质,干燥蒸发的蒸汽是不含空气和其干燥蒸发的蒸汽是不含空气和其他杂物的。因此他杂物的。因此,可进一步利用。由此出现了带内部热循环的流化床可进一步利用。由此出现了带内部热循环的流化床蒸汽干燥工艺蒸汽干燥工艺(WTA) 在流化床干燥器内在流化床干燥器内, 过热蒸汽将高水分褐煤从干燥过热蒸汽将高水分褐煤从干燥机的底部吹向沸腾床上部产生流化现象。机的底部吹向沸腾床上部产生流化现象。 在流化床的蒸汽吸收褐煤原煤中蒸发出的水分在流化床的蒸汽吸收褐煤原煤中蒸发出的水分, 原原煤从
36、干燥机的上部输入进去煤从干燥机的上部输入进去,经过旋风分离器经过旋风分离器, 蒸蒸汽再被部分导回干燥机。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。干燥机所需能量是由从汽轮机出来的蒸汽提供。 该工艺过程的特点是蒸汽不仅作为干燥介质而且该工艺过程的特点是蒸汽不仅作为干燥介质而且还作为流化介质还作为流化介质, 干燥蒸发的蒸汽是不含空气和其干燥蒸发的蒸汽是不含空气和其他杂物。他杂物。带内部热循环的流化床蒸汽干燥工艺带内部热循环的流化床蒸汽干燥工艺1,原煤; 2,预热后湿煤; 3,流化干燥介质; 4,干煤; 5,蒸汽和煤尘; 6,蒸汽; 7,没循环的蒸汽; 8,过热蒸汽; 9,空
37、气预热器; 10,废热; 11,蒸汽压缩机; 12,蒸汽; 13,过热蒸汽; 14,利用后的蒸汽; 15,利用后的蒸汽; 16,蒸汽; 17,蒸汽; 18,冷凝水; 19,冷水; 20,热空气 在此工艺中在此工艺中,过热蒸汽经过流化床后过热蒸汽经过流化床后,经过疏水经过疏水阀阀,冷凝的水用于湿煤的预热冷凝的水用于湿煤的预热,而蒸汽部分则通而蒸汽部分则通过蒸汽压缩机过蒸汽压缩机,以消耗部分电能后转化为过热以消耗部分电能后转化为过热蒸汽重新循环使用。由此蒸汽潜热则完全在蒸汽重新循环使用。由此蒸汽潜热则完全在工艺过程中循环使用工艺过程中循环使用,由此热能利用率明显得由此热能利用率明显得到提高。到提高
38、。4、热脱水工艺、热脱水工艺/法法 热源为过热蒸气热源为过热蒸气,工艺过程温度为大约工艺过程温度为大约235。因此为维持。因此为维持水分不被汽化水分不被汽化,系统压力必须维持在同温度下水的饱和蒸系统压力必须维持在同温度下水的饱和蒸汽压之上汽压之上,一般在一般在3MPa左右。该工艺过程将水在液态下移左右。该工艺过程将水在液态下移除除,同时工艺过程废热蒸气可分级使用同时工艺过程废热蒸气可分级使用,热能能够得到了回热能能够得到了回收利用收利用,能耗较低。另外能耗较低。另外,由于过程原料煤细粉较少由于过程原料煤细粉较少,经脱除经脱除水分后的褐煤不易在空气中自燃水分后的褐煤不易在空气中自燃,因此因此,可
39、利用空气进一步可利用空气进一步自然干燥。此法的缺点为水分不能得到最大限度的脱除自然干燥。此法的缺点为水分不能得到最大限度的脱除,系统干煤含水量大约为系统干煤含水量大约为23%。5、机械脱水工艺、机械脱水工艺/法法 该法在大约100、小于16MPa 热压下对褐煤脱水。在此压力条件下操作, 对设备加工制作等要求较高, 但该过程能耗最低。目前该过程仅处于实验室研究阶段, 未见工业应用报道。6、床混式干燥工艺、床混式干燥工艺(BMD) 流化床作为热源流化床作为热源,用来干燥高水分的燃料。干燥机是在蒸用来干燥高水分的燃料。干燥机是在蒸汽环境下工作汽环境下工作,这就有可能回收蒸汽的潜热这就有可能回收蒸汽的
40、潜热,将之送回干燥将之送回干燥工序中使用工序中使用, BMD的示意如图下图所示。过热蒸汽高速进的示意如图下图所示。过热蒸汽高速进入干燥管底部入干燥管底部,从流化床分出的一股热床料流在干燥机燃从流化床分出的一股热床料流在干燥机燃料入口前就同过热蒸汽混合。蒸汽携带着燃料同床料一起料入口前就同过热蒸汽混合。蒸汽携带着燃料同床料一起经过干燥器后进入旋风分离器经过干燥器后进入旋风分离器,干燥燃料和床料从蒸汽流干燥燃料和床料从蒸汽流中分离后直接送往流化床锅炉燃烧。一部分蒸汽从旋风分中分离后直接送往流化床锅炉燃烧。一部分蒸汽从旋风分离器回收后被返回到干燥机的底部重新与新的床料混合。离器回收后被返回到干燥机的
41、底部重新与新的床料混合。从燃料中蒸发的其他蒸汽从蒸汽循环管路中分离后被引到从燃料中蒸发的其他蒸汽从蒸汽循环管路中分离后被引到热交换器热交换器,蒸汽被冷凝。此种干燥机没有运动部分和热交蒸汽被冷凝。此种干燥机没有运动部分和热交换器换器,建造简单。又燃料中的水分不进入锅炉建造简单。又燃料中的水分不进入锅炉,故排烟热损故排烟热损失减少失减少,烟道可以小型化烟道可以小型化,降低了锅炉的投资和规模。一个降低了锅炉的投资和规模。一个更重要优势是有比较高的电厂热效率。更重要优势是有比较高的电厂热效率。床混式干燥机床混式干燥机(BMD)7、热压脱水工艺、热压脱水工艺(MTE工艺工艺)该工艺过程由德国多特蒙德大学
42、该工艺过程由德国多特蒙德大学Strauss等研究开发等研究开发,该过程综合了热该过程综合了热法脱水和机械力脱水的优点法脱水和机械力脱水的优点,将褐煤加热到不大于将褐煤加热到不大于220的条件下的条件下,通过通过机械挤压将水挤出。如图下图所示机械挤压将水挤出。如图下图所示,该工艺过程分为该工艺过程分为4个阶段个阶段: 用工用工艺热水预热艺热水预热; 过热蒸气加热过热蒸气加热; 加压脱水加压脱水; 闪蒸进一步脱水。为了闪蒸进一步脱水。为了使干燥介质均匀分布在煤层中使干燥介质均匀分布在煤层中,原煤必须用压盘稍微预压一下。预压原煤必须用压盘稍微预压一下。预压时时,热水从压盘里的喷洒系统均匀地分布在煤层
43、表面。在饱和蒸汽压热水从压盘里的喷洒系统均匀地分布在煤层表面。在饱和蒸汽压力下力下,水进入压力室水进入压力室,热水经过煤层并且向煤释放所有的热量热水经过煤层并且向煤释放所有的热量,然后用蒸然后用蒸汽加热并使煤中的水分部分从煤层中脱离出来。最后再经机械压力和汽加热并使煤中的水分部分从煤层中脱离出来。最后再经机械压力和进一步闪蒸过程进一步闪蒸过程,脱除大部分水分。目前这种装置已在澳大利亚一电脱除大部分水分。目前这种装置已在澳大利亚一电厂建一套厂建一套25 t/h的中试装置的中试装置,装置运行状况良好装置运行状况良好,技术基本成熟。技术基本成熟。热压脱水工艺热压脱水工艺1原煤; 2预热; 3加热;
44、4热压作用; 5煤饼;6破碎机; 7冷凝器8加热介质; 9冷却后加热介质; 10饱和蒸汽; 11热蒸汽; 12降温后蒸汽;13脱除水; 14循环废水; 15干净水; 16泵;17冷空气; 18热空气; 19冷空气; 20热空气 德国的德国的MTE工艺比较适合中国褐煤不同组成及结构的特点。工艺比较适合中国褐煤不同组成及结构的特点。MTE工艺条件较为温和工艺条件较为温和,过程较为简单过程较为简单,利于工业化。利于工业化。MTE脱水脱水基本原理基本原理,随着系统温度的提高随着系统温度的提高,煤中会发生各种物理化学变化煤中会发生各种物理化学变化。当温度大约。当温度大约150时时,由于水的膨胀及煤质固相
45、收缩由于水的膨胀及煤质固相收缩,会释放部会释放部分水分。同时分水分。同时,随着有机质的分解随着有机质的分解,会释放出会释放出CO2 气体气体,将进入毛将进入毛细孔内同时排出相应水分。温度的进一步升高细孔内同时排出相应水分。温度的进一步升高,会改变煤质表会改变煤质表面有机官能团性质及煤中水的物理性能面有机官能团性质及煤中水的物理性能,煤的表面变得更加疏煤的表面变得更加疏水水,而水的粘度、密度、表面张力降低而水的粘度、密度、表面张力降低,有助于煤中水的移除。有助于煤中水的移除。另一方面另一方面,在机械力作用下在机械力作用下,借助于挤压及孔容的减小借助于挤压及孔容的减小,进一步将进一步将水分移除。而
46、蜡质和沥青质物质的熔融水分移除。而蜡质和沥青质物质的熔融,也利于挤压的进行。也利于挤压的进行。 传统褐煤干燥技术用蒸汽直接加热使水分传统褐煤干燥技术用蒸汽直接加热使水分蒸发而脱水蒸发而脱水,过程中由于水分的汽化过程中由于水分的汽化,要吸收要吸收热量热量,能耗高能耗高,热效率低热效率低,尾气排放量大。而热尾气排放量大。而热压脱水是在热和机械力共同作用下压脱水是在热和机械力共同作用下,将煤中将煤中水分以液态形态移除。水分以液态形态移除。Strauss等在系统脱等在系统脱水的同时水的同时,还考察了过程对一些还考察了过程对一些Na、Ca、Fe、S等离子的脱除作用等离子的脱除作用,结果表明结果表明,可溶
47、离子可溶离子大部分可同时脱除。由于从煤中通过热压大部分可同时脱除。由于从煤中通过热压作用可使矿物质析出作用可使矿物质析出,特别是碱金属特别是碱金属,因此可因此可以减少积灰、结渣。电厂具有丰富的蒸汽以减少积灰、结渣。电厂具有丰富的蒸汽资源资源,因此十分适合与电厂的集成。因此十分适合与电厂的集成。 李培等.蒙东褐煤脱水改质的孔隙特性研究,动 力 工 程 学 报,2011,31(3).Schematic of pressurized dewatering device f or lignite 褐煤煤样置于内径30 mm、高70 mm 的不锈钢加压圆筒内, 圆筒外表面缠绕加热电阻丝, K 型热电偶实
48、时监控温度, 通过信号反馈控制加热电阻丝的电流, 电阻丝外侧缠绕保温材料. 利用ENERPAC P392 型加压泵提供最大70 MPa 的液压, 通过RC106 型液压缸对圆筒内褐煤加压. 液压缸活塞有效行程156 mm, 承载能力101 kN. 安全阀提供过载保护并控制加压泵开关, 通过精度为 1. 0% 的压力表控制液压缸压力. 加压圆筒上部和底部分别留有供脱水过程中产生的气体和液态水溢出的通道。加压前后褐煤的加压前后褐煤的SEM 图片图片SEM pictures of l ignite before and after dewatering试验煤样的吸附脱附等温曲线试验煤样的吸附脱附等温
49、曲线Adsorption resorption isotherms of lignite samples试验煤样的孔径分布试验煤样的孔径分布Pore size distribution of lignite samples 褐煤煤样的灰分经热压作用后比表面积和孔体积并未减小褐煤煤样的灰分经热压作用后比表面积和孔体积并未减小, 且几乎全为半封闭且几乎全为半封闭性孔性孔, 与原煤样相比与原煤样相比, 在相同压力作用下其孔隙特征变化不大在相同压力作用下其孔隙特征变化不大. 与印尼煤相比与印尼煤相比, 蒙东蒙东褐煤的灰分较高褐煤的灰分较高, 影响了脱水改质的效果。影响了脱水改质的效果。 Kinetic
50、s and mechanism during mechanical/thermal dewatering of lignite C. Bergins / Fuel 82 (2003) 355364 Depending on its provenance（起源）（起源） the water content of lignite ranges from 40 to 65% by weight. When the raw lignite is burnt in conventional power stations, up to 20% of the chemical energy of the c
