褐煤干燥技术分析比较

摘 要:我国褐煤资源丰富,褐煤含水分高,灰分高,热值低,不宜长途运输。本文介绍了几种主流的褐煤干燥工艺及在国内外的应用现状,并比较褐煤干燥的技术特点。

关键词:褐煤 干燥 脱水

中图分类号:TK173文献标识码:Ａ文章编号:1672-3791(2012)06(c)-0121-02

褐煤是一种煤化程度介于泥炭与沥青煤之间的棕黑色的低级煤,是泥炭经成岩作用形成的腐殖煤,煤化程度最低,呈褐色、黑褐色或黑色,一般暗淡或呈沥青光泽。具有高挥发份、高水分、高灰分、低热值、低灰熔点、易风化碎裂、密度小,含有腐殖酸、易氧化自燃、孔隙度大、无粘结性等特点[1～2]。

褐煤是泥炭经成岩作用形成的腐殖煤,是一种煤化程度介于泥炭与沥青煤之间的棕黑色的低级煤,呈褐色、黑褐色或黑色,一般暗淡或呈沥青光泽,故得名褐煤。褐煤具有高高水分、高灰分、挥发份、低灰熔点、低热值、易风化碎裂、密度小,含有腐殖酸、孔隙度大、易氧化自燃、无粘结性等特点[1～2]。

我国褐煤资源丰富,主要分布在内蒙古东部、云南中西部和黑龙江东部地区,已探明的保有储量高达1300亿吨,约占全国煤炭总储量的13％。褐煤有以下特点:高水分、低热值、易自然、易风化,所以不易长期运输,也不利于进行长期储存;将高水分的褐煤放入锅炉中燃烧将导致火焰温度降低,热效率下降;同时也很难满足气化、液化等对煤质的要求。褐煤提质加工处理的关键性问题在于减少水分、提高能量密度、防止自然。褐煤脱干是褐煤发电、电气、液化、成型、焦化和加工水煤浆等综合利用的前提,经济效益显著,符合了中国现行的节能政策[3,4]。

1 国内外现状和发展趋势

褐煤的优点如下:它属于清洁能源、低挥发、低硫,是也存着一些缺点,如:湿度大、燃点低、二氧化碳排放量大,这些缺点是导致全球温室效应的重要因素之一。现在的全球能源日渐紧张,褐煤的经济价值及其加工生产技术又重新被世界能源界所重视。

国内主要的褐煤干燥装置分为两大类:(1)燃煤烟气直接接触:链板式,移动床式,转筒干燥等。(2)间接干燥:过热蒸汽内加热流化床,过热蒸汽回转圆筒。国外比较成熟的褐煤干燥工艺主要为间接干燥:例如德国RWE公司(DWT)的过热蒸汽流化床技术,德国ZEMAG公司的间接接触回转干燥机等[5]。

2 褐煤干燥技术特点以及生产应用

褐煤在常温下加热到100°以上时,大部分的自由水能够被蒸发。若需要继续干燥和脱水,即脱除结合水时,由于褐煤与结合水有较强的结合力,则需要较高的温度和能量才能够进行。进一步提高温度,将导致越来越多的羟基官能团分解,会有可燃气体的释放,所以褐煤的干燥存在一定的危险性。目前国内外较为成熟的褐煤干燥技术主要有如下几种。

2.1 高温烟气回转圆筒干燥

国内常见的回转圆筒干燥机属于直接干燥。其原理为:原煤仓中的原煤(常温)通过给料机进入干燥机的滚筒,在干燥滚筒入口与热风炉提供的烟气(约650℃)混合。在转动的滚筒内,有滚筒壁上的抄板使物料在干燥筒体内形成稳定的全断面料幕,大约25min～35min左右烟气与原煤充分交换热量。滚筒末端的干燥煤温度上升到60℃,烟气温度下降到120℃左右。该工艺技术成熟,操作稳定,但体积和重量大、蒸发强度低,干燥停留时间长,易爆炸,不适宜用于高挥发分的褐煤干燥。同时由于回转圆筒干燥机出力较低,不太适用于褐煤干燥工业化生产。

2.2 回转管式干燥技术

管式干燥机为一鼓形体内有多管的回转窑系统,鼓体倾斜一定角度。原煤(＜6.3mm)连续不断地从上方通过布料器均匀分布到旋转的滚筒内部的众多干燥管中,干燥管内设有螺旋状叶片,由于鼓体是倾斜的,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4.5bar 170℃的过热蒸汽,干燥管内的原煤通过间接热交换升温而使煤表面所带水分蒸发,从而达到降低水分的目的。与煤一起进入机体内的空气吸收了水分以后在除尘器内与干煤粉分离,一部分重新压缩进入干燥机,另一部分排入大气[6]。

该干燥机具有以下技术特点:(1)原理先进,构思新颖,由于传热介质不直接与煤接触,且温度低于褐煤着火温度,整个干燥过程会更加安全,解决了低燃点煤采用“直接式”干燥带来的问题。(2)结构合理,采用众多干燥管对煤进行分散,强化了干燥效果,大大的增加了干燥机的有效干燥面积,增大褐煤干燥能力。(3)设备成熟可靠,控制简单。主要通过检测干燥机出口煤的水分,来确定干燥机进口原煤的给料量。进口原煤的给料量主要通过调整干燥机的旋转速度,以及调整进干燥机双轴给料机的进口开度来调整给料量。(4)系统简单,运转设备少,控制方便、简单,安全性高。

2.3 蒸汽流化床干燥技术

德国RWE公司(DWT法)在流化床干燥器内,过热蒸汽的吹入,使褐煤流在沸腾床产生流化现象。原煤从干燥机的上部布料器输入,流化床中的蒸汽带走褐煤中蒸发出的水分,经过旋风分离器,蒸汽部分返回利用。干燥机由汽轮机出来的蒸汽提供所需能量。该工艺过程的特点是蒸汽同时作为干燥介质和流化介质,整个过程中蒸汽内不含空气和其他杂物,因此可进一步利用。由此出现了带内部热循环的流化床蒸汽干燥工艺(WTA)。在此工艺中,过热蒸汽经过流化床后,经过疏水阀冷凝的水用于湿煤的预热,而蒸汽部分则通过蒸汽压缩机变成过热蒸汽后重新循环使用。由此蒸汽潜热则完全在工艺过程中循环使用,大大提高了热能利用率[7]。

目前山东天力研发的褐煤过热蒸汽内加热流化床干燥技术具备安全、经济、处理量大、环保节能等特点。干燥设备采用高床层,换热器可设置多达3层,流化面积和换热面积均较大,从而提高了产能。

2.4 闪蒸干燥管干燥技术

闪蒸干燥管干燥技术原理属对流干燥的一种,湿物料的干燥是由传热和传质两个过程所组成。当湿物料与热空气相接触时,干燥介质将热能传递至湿物料表面,由表面传递至物料内部,这是一个热量传递过程;与此同时,湿物料中的水分从物料表面通过气膜扩散到热空气中,这是一个传质过程。气流干燥技术具有干燥强度大、干燥时间短、生产能力大、热效率高、设备简单、应用范围广等优点。

3 结语

褐煤资源丰富,面对日益紧张的能源压力,褐煤干燥加工利用技术具有广阔的发展空间,也代表着今后节能环保的发展方向。因此,褐煤干燥的探讨研究具有十分重要的理论意义和实际价值,更多更好的褐煤干燥技术需要在实际生产运行中得以验证。

参考文献

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[3]曲万山,杜遂卿,殷玉莲.褐煤提质干燥成型一体化技术[C].全国褐煤干燥、提质技术与产业发展论坛报告论文集,2009:69～77.

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[6]汪寿建,傅敏燕,林彬彬,等.回转鼓形体多管干燥装置[P].中国专利,200920083965.6,2009.

[7]高俊荣,陶秀祥,侯彤,等.褐煤干燥脱水技术的研究进展[J].洁净煤技术,2008,14(6):74～77.

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