褐煤干燥技术的应用

褐煤干燥技术的应用

1.1降低燃料运输成本目前，中国有1903亿吨棕榈油，占中国煤炭开采资源的41.18%。褐煤主要用于直接燃烧发电。以原煤状态长距离运输这些高水分和低热值的褐煤,要花费过高的费用。通过干燥处理降低煤的水分,一方面可以提高热值和能量密度,降低运输成本,另一方面还可以提高下游装置的利用效率,降低设备规模。TiborG.Rozgonyi曾做过试验,用褐煤(11.93MJ/kg热值,42.52%水分)经2.026MPa的蒸汽处理后,水分降至14.43%,热值增加到18.084MJ/kg,增加51.6%。若1座电厂用上述褐煤约10000t/d。经过蒸汽处理后,电厂用处理过的褐煤将是5000t/d,这就意味着燃料运输量减少了50%。因此煤炭干燥技术的开发有利于扩大年轻煤种的综合利用途径,可以很大程度上提高年轻煤种的市场竞争力。1.2煤中含氧官能团的水研究表明有3种形式的水分以特定的状态同煤相结合。①在较大的毛细管中有游离水或微弱结合的水,经过等温抽气即可出去。②在微孔中有紧紧吸住的水,它们在适度增高的压力和温度下可以出去。③水还能化学吸附在煤上,这种水只有在较高的蒸汽压力下才能释放出来。第3种水同煤中含氧官能团的热分解相联系,也同煤中附着的矿物质的水合状态的水的热分解相联系。在发电厂,褐煤的不可燃物每降低1%,无论是降低灰分还是水分,其热值都能显著提高。一方面,排出气中较少的水使气体出口温度降低,可避免空气加热器中生成腐蚀性硫酸冷凝液。另一方面,若褐煤是湿态燃烧,将导致火焰温度低,则热效率降低。2黄褐色煤提取和干燥技术的进展目前国内对此研究较少,未见有详细报道。国外对此研究较多,较为成熟的褐煤干燥技术主要有如下几种:2.1蒸发褐煤的制备技术这是一种以饱和蒸汽(压力为0.15～0.55MPa)为加热介质的间接加热干燥器。其基本原理为热法干燥。如图1所示,常压下用低压蒸气通过管式干燥器将煤加热到大约100℃,使水分蒸发,并利用和煤一起进入干燥器的空气作为脱水介质,通过除尘器将煤粉分离,部分空气经压缩进入干燥器循环,部分排入大气。德国拥有该干燥技术。该技术方法由于通过蒸发褐煤中的水分而将水脱除,因此,能耗较高,尾气排放量较大。此法为目前工业应用最为成熟的褐煤干燥方法。2.2流化床蒸汽干燥如图2所示,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。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,干燥蒸发的蒸汽是不含空气和其他杂物的。因此,可进一步利用。由此出现了带内部热循环的流化床蒸汽干燥工艺(WTA)。如图3所示。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,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工艺过程中循环使用,由此热能利用率明显得到提高。2.3蒸汽压蒸发法该工艺过程与前述方法不同之处在于其水的移除状态不同,为热法脱水过程。热源为过热蒸气,工艺过程温度为大约235℃。因此为维持水分不被汽化,系统压力必须维持在同温度下水的饱和蒸汽压之上,一般在3MPa左右。该工艺过程将水在液态下移除,同时工艺过程废热蒸气可分级使用,热能能够得到了回收利用,能耗较低。另外,由于过程原料煤细粉较少,经脱除水分后的褐煤不易在空气中自燃,因此,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,系统干煤含水量大约为23%。2.4压力条件操作该法在大约100℃、小于16MPa热压下对褐煤脱水。在此压力条件操作,对设备加工制作等要求较高,但该过程能耗最低。该过程仅处于实验室研究阶段,未见工业应用报道。2.5干燥机蒸汽回收利用流化床作为热源,用来干燥高水分的燃料。干燥机是在蒸汽环境下工作,这就有可能回收蒸汽的潜热,将之送回干燥工序中使用,BMD的示意如图4所示。过热蒸汽高速进入干燥管底部,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经过干燥器后进入旋风分离器,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离器回收后被返回到干燥机的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热交换器,蒸汽被冷凝。此种干燥机没有运动部分和热交换器,建造简单。又燃料中的水分不进入锅炉,故排烟热损失减少,烟道可以小型化,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。2.6煤层蒸发煤调湿的工艺流程该工艺过程由德国多特蒙德大学Strauss等研究开发,该过程综合了热法脱水和机械力脱水的优点,将褐煤加热到不大于220℃的条件下,通过机械挤压将水挤出。如图5所示,该工艺过程分为4个阶段:①用工艺热水预热;②过热蒸气加热;③加压脱水;④闪蒸进一步脱水。为了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。预压时,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,水进入压力室,热水经过煤层并且向煤释放所有的热量,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厂建一套25t/h的中试装置,装置运行状况良好,技术基本成熟。3热压脱水作用煤中水分的去除机理德国的MTE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,过程较为简单,利于工业化。MTE脱水基本原理,随着系统温度的提高,煤中会发生各种物理化学变化。当温度大约150℃时,由于水的膨胀及煤质固相收缩,会释放部分水分。同时,随着有机质的分解,会释放出CO2气体,将进入毛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水,而水的粘度、密度、表面张力降低,有助于煤中水的移除。另一方面,在机械力作用下,借助于挤压及孔容的减小,进一步将水分移除。而蜡质和沥青质物质的熔融,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蒸发而脱水,过程中由于水分的汽化,要吸收热量,能耗高,热效率低,尾气排放量大。而热压脱水是在热和机械力共同作用下,将煤中水分以液态形态移除。Strauss等在系统脱水的同时,还考察了过程对一些Na、Ca、Fe、S等离子的脱除作用,结果表明,可溶离子大部分可同时脱除。由于从煤中通过热压作用可使矿物质析出,特别是碱金属,因此可以减少积灰、结渣。电厂具有丰富的蒸汽资源,因此十分适合与电厂的集成。4mte工艺的优点对褐煤进行脱水成型实验,不仅可以脱除煤中大部分水分,并且可以同