褐煤干燥技術(shù)的應(yīng)用

褐煤干燥技術(shù)的應(yīng)用

1.1降低燃料運(yùn)輸成本目前，中國有1903億噸棕櫚油，占中國煤炭開采資源的41.18%。褐煤主要用于直接燃燒發(fā)電。以原煤狀態(tài)長距離運(yùn)輸這些高水分和低熱值的褐煤,要花費(fèi)過高的費(fèi)用。通過干燥處理降低煤的水分,一方面可以提高熱值和能量密度,降低運(yùn)輸成本,另一方面還可以提高下游裝置的利用效率,降低設(shè)備規(guī)模。TiborG.Rozgonyi曾做過試驗(yàn),用褐煤(11.93MJ/kg熱值,42.52%水分)經(jīng)2.026MPa的蒸汽處理后,水分降至14.43%,熱值增加到18.084MJ/kg,增加51.6%。若1座電廠用上述褐煤約10000t/d。經(jīng)過蒸汽處理后,電廠用處理過的褐煤將是5000t/d,這就意味著燃料運(yùn)輸量減少了50%。因此煤炭干燥技術(shù)的開發(fā)有利于擴(kuò)大年輕煤種的綜合利用途徑,可以很大程度上提高年輕煤種的市場競爭力。1.2煤中含氧官能團(tuán)的水研究表明有3種形式的水分以特定的狀態(tài)同煤相結(jié)合。①在較大的毛細(xì)管中有游離水或微弱結(jié)合的水,經(jīng)過等溫抽氣即可出去。②在微孔中有緊緊吸住的水,它們在適度增高的壓力和溫度下可以出去。③水還能化學(xué)吸附在煤上,這種水只有在較高的蒸汽壓力下才能釋放出來。第3種水同煤中含氧官能團(tuán)的熱分解相聯(lián)系,也同煤中附著的礦物質(zhì)的水合狀態(tài)的水的熱分解相聯(lián)系。在發(fā)電廠,褐煤的不可燃物每降低1%,無論是降低灰分還是水分,其熱值都能顯著提高。一方面,排出氣中較少的水使氣體出口溫度降低,可避免空氣加熱器中生成腐蝕性硫酸冷凝液。另一方面,若褐煤是濕態(tài)燃燒,將導(dǎo)致火焰溫度低,則熱效率降低。2黃褐色煤提取和干燥技術(shù)的進(jìn)展目前國內(nèi)對此研究較少,未見有詳細(xì)報(bào)道。國外對此研究較多,較為成熟的褐煤干燥技術(shù)主要有如下幾種:2.1蒸發(fā)褐煤的制備技術(shù)這是一種以飽和蒸汽(壓力為0.15～0.55MPa)為加熱介質(zhì)的間接加熱干燥器。其基本原理為熱法干燥。如圖1所示,常壓下用低壓蒸氣通過管式干燥器將煤加熱到大約100℃,使水分蒸發(fā),并利用和煤一起進(jìn)入干燥器的空氣作為脫水介質(zhì),通過除塵器將煤粉分離,部分空氣經(jīng)壓縮進(jìn)入干燥器循環(huán),部分排入大氣。德國擁有該干燥技術(shù)。該技術(shù)方法由于通過蒸發(fā)褐煤中的水分而將水脫除,因此,能耗較高,尾氣排放量較大。此法為目前工業(yè)應(yīng)用最為成熟的褐煤干燥方法。2.2流化床蒸汽干燥如圖2所示,在流化床干燥器內(nèi),過熱蒸汽將褐煤流從干燥機(jī)的底部吹向沸騰床上部產(chǎn)生流化現(xiàn)象。流化床中的蒸汽吸收褐煤原煤中蒸發(fā)出的水分,原煤從干燥機(jī)的上部輸入經(jīng)過旋風(fēng)分離器,蒸汽再被部分導(dǎo)回干燥機(jī)。干燥機(jī)所需能量由汽輪機(jī)出來的蒸汽提供。該工藝過程的特點(diǎn)是蒸汽不僅作為干燥介質(zhì)還作為流化介質(zhì),干燥蒸發(fā)的蒸汽是不含空氣和其他雜物的。因此,可進(jìn)一步利用。由此出現(xiàn)了帶內(nèi)部熱循環(huán)的流化床蒸汽干燥工藝(WTA)。如圖3所示。在此工藝中,過熱蒸汽經(jīng)過流化床后,經(jīng)過疏水閥,冷凝的水用于濕煤的預(yù)熱,而蒸汽部分則通過蒸汽壓縮機(jī),以消耗部分電能后轉(zhuǎn)化為過熱蒸汽重新循環(huán)使用。由此蒸汽潛熱則完全在工藝過程中循環(huán)使用,由此熱能利用率明顯得到提高。2.3蒸汽壓蒸發(fā)法該工藝過程與前述方法不同之處在于其水的移除狀態(tài)不同,為熱法脫水過程。熱源為過熱蒸氣,工藝過程溫度為大約235℃。因此為維持水分不被汽化,系統(tǒng)壓力必須維持在同溫度下水的飽和蒸汽壓之上,一般在3MPa左右。該工藝過程將水在液態(tài)下移除,同時(shí)工藝過程廢熱蒸氣可分級使用,熱能能夠得到了回收利用,能耗較低。另外,由于過程原料煤細(xì)粉較少,經(jīng)脫除水分后的褐煤不易在空氣中自燃,因此,可利用空氣進(jìn)一步自然干燥。此法的缺點(diǎn)為水分不能得到最大限度的脫除,系統(tǒng)干煤含水量大約為23%。2.4壓力條件操作該法在大約100℃、小于16MPa熱壓下對褐煤脫水。在此壓力條件操作,對設(shè)備加工制作等要求較高,但該過程能耗最低。該過程僅處于實(shí)驗(yàn)室研究階段,未見工業(yè)應(yīng)用報(bào)道。2.5干燥機(jī)蒸汽回收利用流化床作為熱源,用來干燥高水分的燃料。干燥機(jī)是在蒸汽環(huán)境下工作,這就有可能回收蒸汽的潛熱,將之送回干燥工序中使用,BMD的示意如圖4所示。過熱蒸汽高速進(jìn)入干燥管底部,從流化床分出的一股熱床料流在干燥機(jī)燃料入口前就同過熱蒸汽混合。蒸汽攜帶著燃料同床料一起經(jīng)過干燥器后進(jìn)入旋風(fēng)分離器,干燥燃料和床料從蒸汽流中分離后直接送往流化床鍋爐燃燒。一部分蒸汽從旋風(fēng)分離器回收后被返回到干燥機(jī)的底部重新與新的床料混合。從燃料中蒸發(fā)的其他蒸汽從蒸汽循環(huán)管路中分離后被引到熱交換器,蒸汽被冷凝。此種干燥機(jī)沒有運(yùn)動(dòng)部分和熱交換器,建造簡單。又燃料中的水分不進(jìn)入鍋爐,故排煙熱損失減少,煙道可以小型化,降低了鍋爐的投資和規(guī)模。一個(gè)更重要優(yōu)勢是有比較高的電廠熱效率。2.6煤層蒸發(fā)煤調(diào)濕的工藝流程該工藝過程由德國多特蒙德大學(xué)Strauss等研究開發(fā),該過程綜合了熱法脫水和機(jī)械力脫水的優(yōu)點(diǎn),將褐煤加熱到不大于220℃的條件下,通過機(jī)械擠壓將水?dāng)D出。如圖5所示,該工藝過程分為4個(gè)階段:①用工藝熱水預(yù)熱;②過熱蒸氣加熱;③加壓脫水;④閃蒸進(jìn)一步脫水。為了使干燥介質(zhì)均勻分布在煤層中,原煤必須用壓盤稍微預(yù)壓一下。預(yù)壓時(shí),熱水從壓盤里的噴灑系統(tǒng)均勻地分布在煤層表面。在飽和蒸汽壓力下,水進(jìn)入壓力室,熱水經(jīng)過煤層并且向煤釋放所有的熱量,然后用蒸汽加熱并使煤中的水分部分從煤層中脫離出來。最后再經(jīng)機(jī)械壓力和進(jìn)一步閃蒸過程,脫除大部分水分。目前這種裝置已在澳大利亞一電廠建一套25t/h的中試裝置,裝置運(yùn)行狀況良好,技術(shù)基本成熟。3熱壓脫水作用煤中水分的去除機(jī)理德國的MTE工藝比較適合中國褐煤不同組成及結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。MTE工藝條件較為溫和,過程較為簡單,利于工業(yè)化。MTE脫水基本原理,隨著系統(tǒng)溫度的提高,煤中會(huì)發(fā)生各種物理化學(xué)變化。當(dāng)溫度大約150℃時(shí),由于水的膨脹及煤質(zhì)固相收縮,會(huì)釋放部分水分。同時(shí),隨著有機(jī)質(zhì)的分解,會(huì)釋放出CO2氣體,將進(jìn)入毛細(xì)孔內(nèi)同時(shí)排出相應(yīng)水分。溫度的進(jìn)一步升高,會(huì)改變煤質(zhì)表面有機(jī)官能團(tuán)性質(zhì)及煤中水的物理性能,煤的表面變得更加疏水,而水的粘度、密度、表面張力降低,有助于煤中水的移除。另一方面,在機(jī)械力作用下,借助于擠壓及孔容的減小,進(jìn)一步將水分移除。而蠟質(zhì)和瀝青質(zhì)物質(zhì)的熔融,也利于擠壓的進(jìn)行。傳統(tǒng)褐煤干燥技術(shù)用蒸汽直接加熱使水分蒸發(fā)而脫水,過程中由于水分的汽化,要吸收熱量,能耗高,熱效率低,尾氣排放量大。而熱壓脫水是在熱和機(jī)械力共同作用下,將煤中水分以液態(tài)形態(tài)移除。Strauss等在系統(tǒng)脫水的同時(shí),還考察了過程對一些Na、Ca、Fe、S等離子的脫除作用,結(jié)果表明,可溶離子大部分可同時(shí)脫除。由于從煤中通過熱壓作用可使礦物質(zhì)析出,特別是堿金屬,因此可以減少積灰、結(jié)渣。電廠具有豐富的蒸汽資源,因此十分適合與電廠的集成。4mte工藝的優(yōu)點(diǎn)對褐煤進(jìn)行脫水成型實(shí)驗(yàn),不僅可以脫除煤中大部分水分,并且可以同