高水分褐煤干燥技术的综合利用

高水分褐煤干燥技术的综合利用

中国的棕榈树种植面积超过1000亿h，主要分布在内蒙古、云南和东北地区。褐煤、长焰煤等年轻煤种具有含水量高(20%～50%)、热值低、挥发分高、热稳定性差、化学活性高、易自燃等特点,难以运输、储存和销售。年轻煤炭中的高含水量直接增加了运输成本、装置建设和运行成本,甚至影响生产装置的正常运行,降低了以这些煤为原料的发电或煤化工项目的经济性。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。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,可以在很大程度上提高年轻煤种的市场竞争力。因此,怎样高效地脱除褐煤的水分是解决此难题的重要途径之一。本文针对褐煤脱水预干燥的几种工艺方法进行介绍,并探讨了适合我国褐煤脱水预干燥的工艺方法。1黄褐色杆表面处理技术1.1管式干燥器蒸发煤气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。该技术方法基本原理为热法干燥。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。1.2流化床蒸汽干燥法wta在流化床干燥器内,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。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,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1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,消耗部分电能后转化为过热蒸汽重新循环使用。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。1.3蒸汽压蒸发法ms该工艺过程与前述方法不同之处在于水的移除状态不同,为热法脱水过程。热源为过热蒸气,工艺过程温度大约为235℃。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,同时工艺过程产生的废热蒸汽可分级使用,热能能够得到循环再利用,因此能耗较低。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%。1.4褐煤脱水法该法在大约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。1.5热压脱水工艺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2所示,该工艺过程分为四个阶段: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。相对其它热法或机械脱水法,热压脱水工艺操作条件较为温和,工艺过程较为简单,利于工艺过程的工业实现;水以液态脱除,能耗较低;工艺过程蒸汽以及过程热水能充分得到再循环利用,热效率较高;同时,工艺温度相对热脱水工艺低,由此对工艺废水处理相对容易些。同时,该过程对一些金属离子如Na、Ca、Fe、S等具有一定的脱除作用,实验结果表明,可溶离子大部分可同时得到脱除。由于从煤中通过热压力使矿物质同时析出,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。1.6固体与固体材料的混合回收技术该法为日本中央电力工业研究所正在开发的一种脱水技术,使用该技术干燥褐煤或煤泥时,所需能量是传统热脱水方法的50%。该技术使用液化的二甲醚(DME)为脱水剂,利用了DME低沸点(-24.8℃)、易通过压缩液化、与水互溶、无毒、易渗透进入固体材料且对环境无害的优点。而且,由于中国正在建设大规模的DME项目,预期将来DME的价格将比液化石油气低。在该工艺中,固体原料与液化的DME在36℃、0.78Ma的条件下混合,水被快速地从固体中抽提出来形成饱和溶液,用过滤的方法将干燥的固体与液相分离;在25℃、0.53MPa的条件下闪蒸液相回收DME,水留在塔底,DME蒸气被压缩到0.78MPa进行液化,再重新加热到36℃(用闪蒸出的DME蒸气加热)并循环使用。该技术已用1kg含水53%的褐煤进行验证,褐煤中水含量降低到了5%以下,DME的残留量约为1%。该技术也可将下水道污泥中的水含量降低到30%左右。规模瓶颈将是该方法工业化的最大障碍。2煤调湿技术的应用状况在云南、内蒙等富含褐煤的省份,大量开采高达30%～50%水分的褐煤直接用于燃烧,不仅锅炉燃烧不稳定,而且电厂效率也很低;高水分使得这些煤种只能在当地使用,不可能长距离运输,因此,极大地限制了煤炭的开采规模。因此,开发先进的褐煤干燥技术和设备,对于提高褐煤市场竞争力,降低发电成本具有重要意义。随着石油资源的紧缺,煤炭单价的升高,国内对低阶煤预干燥的技术研究也越来越重视,但在褐煤这种高水分含量物料的脱水预干燥技术上缺乏