褐煤若干用途地干燥技術(shù)要求

1、若干用途之褐煤的干燥技術(shù)要求褐煤的用途主要包括氣化、液化、煉焦、燃燒等，幾乎所有褐煤作為原料的 煤炭加工都需要進(jìn)行預(yù)先的煤炭干燥，針對褐煤的不同用途對褐煤干燥技術(shù)的要 求在此簡練總結(jié)，為公司干燥技術(shù)的精品工程研發(fā)及系統(tǒng)化研發(fā)提供一定的技術(shù) 背景參考。不同用途的褐煤對干燥產(chǎn)品的多項要求都不相同，其中粒度和濕含量 是最基本的兩項。粒度生產(chǎn)不同用途的褐煤型煤，對褐煤破碎粒度要求是不同的，見表1。對生產(chǎn) 高溫?zé)捊购偷蜏馗绅s用的型煤，褐煤破碎粒度分別要求小于1mm和小于3mm，作 動力用時則粒度可更粗些。表1生產(chǎn)不同用途的褐煤型煤對煤破碎粒度的要求（mm）型煤用途動力用低溫干餾用高溫?zé)捊褂煤置浩扑榱６?

2、 或631濕含量滿足不同褐煤用途之工藝要求，壓塊、煉焦、制備煤氣、液態(tài)燃料合成以及 現(xiàn)代蒸汽鍋爐燃燒等用煤對濕含量都有嚴(yán)格的限制，褐煤水分究竟脫除多少合 適，需要綜合考慮諸如原煤水分、價格、脫水特性和運輸距離等因素。表2列出 了若干用途之煤的允許濕含量范圍。表2不同用途之褐煤的濕含量范圍褐煤用途壓塊制備煤氣氫化粉煤爐燃燒濕含量范圍/%81851501215實驗室的研究認(rèn)為，決定褐煤脫水率的因素主要是熱源溫度和壓力。此外， 處理時間、原料煤粒度、配管方式、熱源和物料向干燥器內(nèi)的流入方式，脫水過 程中生成的分解氣體與熱水和褐煤的分離方法等均對脫水率有很大的影響。除粒度和濕含量外，針對不同的褐煤用途

3、，抑或同種用途選擇的工藝不同， 褐煤干燥工藝段的技術(shù)和產(chǎn)品要求各有不同。氣化原理上講，現(xiàn)有的固定床氣化法、流化床氣化法和氣流床氣化法都可用于褐煤氣化，氣化方法選擇時受到煤的性質(zhì)、用途時等因素的制約。表不同氣化方法的比較氣化方法適用煤種產(chǎn)氣能力干燥要點方法固定床年老褐煤粒度均勻性好的塊煤幾千立方米/時提高其熱態(tài)抗壓 強度和熱穩(wěn)定性制備氣化用褐煤型煤加壓固定床幾十萬立方米/天流化床年輕褐煤09mm的細(xì)粒煤對煤的熱穩(wěn)定 性、粘結(jié)性均無 要求，可以空氣 氣化，生產(chǎn)安全 性比氣流床氣化要好，灰熔聚成球排灰加壓流化床對于易碎的褐煤 是最合適的；比 較合適于小規(guī)模IGCC電站氣流床活性高的褐煤尤為合適，粒徑

4、小于 0.1mm產(chǎn)氣能力最強；當(dāng)要求氣化爐容 量很大時則可以 考慮用加壓氣流 床氣化。褐煤的灰分和水分太高，對氣化過程不利先經(jīng)預(yù)干燥處理，然后再入爐氣化。綜述，褐煤、長焰煤往往由于抗碎強度不高或成漿濃度較低，不適合在固定（移動）床氣化爐或水煤漿氣化爐中使用。因為料層的孔隙率很難保證，會產(chǎn)生 大量粉末堵塞塊間的空隙或煤灰軟化熔融粘連，使整個料層不透氣，難以維持生 產(chǎn)。由于褐煤的灰分和水分太高，對氣流床氣化爐的氣化過程不利，一般采用先 經(jīng)預(yù)干燥處理，然后再入爐氣化。其研發(fā)投入較高，產(chǎn)氣能力最強，當(dāng)要求氣化 爐容量很大時則可以考慮用加壓氣流床氣化。流化床氣化爐對于易碎的褐煤是最 合適的，其產(chǎn)氣能力適

5、中，比較合適于小規(guī)模IGCC電站等相似級別的客戶需求。 目前國內(nèi)可選的流化床煤氣化技術(shù)只有幾家，而且技術(shù)不是很成熟，可靠 性不高。這種現(xiàn)狀給后續(xù)的流化床煤氣化技術(shù)開發(fā)留下了足夠的空間。我 公司是以流化床技術(shù)起家，在流化床技術(shù)領(lǐng)域積累豐富的經(jīng)驗，在行業(yè)內(nèi) 也有比較高的知名度。由我公司來開發(fā)流化床煤氣化技術(shù)成功的幾率比較 高，將來進(jìn)行技術(shù)推廣的難度也比較小。兩種適合有劣質(zhì)煤的氣化技術(shù)：1、GSP干煤粉加壓氣化技術(shù)采用干煤粉進(jìn)料、純氧氣流化床氣化、液態(tài)排 渣、粗合成氣激冷工藝流程，該流程包括備煤、氣化、氣體除塵冷卻、黑水處理 等。該技術(shù)具有如下特點：原料適應(yīng)性廣，適合于各種灰分的多種物料，包括從 褐

6、煤到無煙煤的各種變質(zhì)程度的煤、城市污泥、工業(yè)廢渣、石油焦及一些固體廢 物的干餾產(chǎn)物等；碳轉(zhuǎn)化率大于98%，產(chǎn)品氣體純凈，不含重?zé)N，煤氣中有效氣 體（CO+H2）達(dá)到90%以上；采用干法進(jìn)料，耗氧低，空分裝置規(guī)模較小，投資較 低；單爐生產(chǎn)能力大，日投煤量20004000t。2、KBR公司的TRIG煤氣化技術(shù)是專門為處理低階煤開發(fā)的，其核心技術(shù)是 KBR輸運床氣化技術(shù)（也成為TRIGTM），是一種先進(jìn)的循環(huán)流化床氣化技術(shù)，沒 有內(nèi)部或移動部件，設(shè)計在空氣和氧氣兩種模式下都可工作。TRIG與其他商業(yè) 氣化爐相比，具有多方面的特點：TRIG適用于多種煤，尤其適用于數(shù)量巨大、 價格低廉的低階煤；氣化爐的

7、可靠性更高，在中溫下操作，無內(nèi)部或移動部件， 提高了氣化爐的可靠性；降低投資費用：高度緊湊的設(shè)計和溫和的操作條件節(jié)省 了設(shè)備空間，降低了投資費用；耗氧量低，降低了空分裝置的負(fù)荷和費用；無渣 式氣化器，無需額外的融渣處理和清除設(shè)備；TRIG的合成氣不含任何油焦，使 得氣體凈化相對簡單；該技術(shù)有廢鍋流程和激冷流程，其激冷流程主要由氣化和 合成氣洗滌組成。液化煤的液化分為直接液化和間接液化。直接液化是指水煤漿加氫液化制油，間 接液化是指先將煤氣化制備合成氣然后合成氣液化制油，因此間接液化對原煤要 求主要取決于所采用的氣化方式方法。本部分主要介紹直接液化對褐煤干燥工藝 的要求。褐煤尤其是年老褐煤比煙煤

8、活性高，更為適合直接液化。由于褐煤中含水量 大，煤漿進(jìn)入液化反應(yīng)系統(tǒng)前必須脫水。俄羅斯直接加氫液化技術(shù)采用瞬間渦流 倉煤干燥技術(shù)，在煤干燥的同時可以增加原料煤的比表面積和孔容積，并可以減 少煤顆粒粒度，有利于煤加氫液化反應(yīng)的強化。煤中水量一般干燥到2%3%，粒 度范圍為小于1mm。煤制油等大型煤化工項目的第一步就是煤氣化（F-T間接液化、直接液化的 制氫也是通過煤氣化）。適合煤制油等大型煤化工項目的煤氣化技術(shù)應(yīng)該滿足以 下幾個條件：大型化、較高的煤種適應(yīng)性及可靠的工藝設(shè)計、高效節(jié)能、環(huán)保與 減排、系統(tǒng)安全與服務(wù)保障、本地化和系統(tǒng)造價的優(yōu)化。燃燒我國褐煤多屬年老褐煤，成型性差，成型工藝和設(shè)備還存

9、在一些問題，目前 尚不具備商業(yè)化生產(chǎn)燃燒用褐煤型煤的條件，但在一些生產(chǎn)年輕褐煤的地區(qū)已開 始探索生產(chǎn)褐煤型煤，以滿足本地需要。煉焦為了保證生產(chǎn)焦炭的質(zhì)量，煉焦煤必須具有一定的膨脹和收縮性能。有些煤 的煉焦膨脹壓力很高，因此這類煤只能與較貧的添加物混合使用。因此，這種情 況的干燥裝置需要搭配配煤機。煉焦有一個重要的參數(shù)是堆密度，為了生產(chǎn)具有均一機械性能的焦炭；均一 的堆密度是重要的前提。在爐頂裝煤時，堆密度由煤料的重量、焦?fàn)t的大小和煤 料的高度來確定這個參數(shù)。煤的水分含量和粒度是影響堆密度的重要因素。煤的 堆密度在干煤時最大，根據(jù)粒度組成的不同水分在610%時降至最??；粒度不僅 決定堆密度隨水分

10、含量變化曲線的最低位置，而且也決定其絕對值的大小。通常， 細(xì)磨煤的煤堆密度降低。相關(guān)干燥方法、干燥器及其輔助系統(tǒng)的特點和適用范圍干燥方法從已應(yīng)用于褐煤脫水技術(shù)和正在開發(fā)的褐煤脫水技術(shù)來看，以下幾種脫水方 法和技術(shù)值得關(guān)注：直接干燥法，或稱熱氣流干燥，加熱氣體與煤直接接觸進(jìn)行干燥。由于加熱 氣體與煤直接接觸，操作不當(dāng)易導(dǎo)致褐煤自燃，甚至爆炸等安全事故。另外，由 于蒸發(fā)的水分中含有大量的空氣，會增加水分的潛熱利用的難度，但通過一定的 研究和技術(shù)途徑也不排除潛熱利用的可能性。但直接干燥法具有工藝簡單、操作 方便、處理量大、易于工業(yè)化等優(yōu)點。間接脫水法，利用低壓飽和蒸汽間接加熱，安全性高，連續(xù)操作運行

11、。此法 主要有筒式蒸汽干燥技術(shù)、流化床蒸汽干燥技術(shù)、空氣-蒸汽聯(lián)合干燥技術(shù)等。該法處理能力小、耗能及耗水量大，通常與熱電廠熱力循環(huán)集成，利用電廠蒸汽 輪機的抽汽進(jìn)行干燥。非蒸發(fā)脫水法，以高溫高壓蒸汽干燥技術(shù)為代表。這種褐煤脫水技術(shù)是人為 地制造成煤地質(zhì)條件，將若干萬年的成煤過程縮短為幾個小時，其本質(zhì)是一個化 工反應(yīng)。將褐煤與高溫、高壓蒸汽直接接觸，使褐煤水分呈液態(tài)脫出，勿需蒸發(fā) 潛熱，熱效率高，在脫水過程中褐煤不會自燃，安全性高。在這個過程中，褐煤 會出現(xiàn)收縮，但是煤粒仍保持塊狀結(jié)構(gòu)。除水機制是以物理形式通過加熱使液態(tài) 水從氣孔中蒸發(fā)，煤粒子在收縮的過程中的氣孔收縮而排除水分，根據(jù)水和褐煤 受

12、熱膨脹度的差異把水分從氣孔中排除。這一反應(yīng)過程中，褐煤內(nèi)外孔的表面的 一些親水官能團(tuán)發(fā)生分解，從而利用化學(xué)處理降低褐煤本身的吸水能力。通過加 熱使的水的黏性減弱進(jìn)而從氣孔中排出，或者通過發(fā)散出來的二氧化碳將水排擠 出去。由于這一過程的本質(zhì)是化學(xué)反應(yīng)，表面官能團(tuán)的破壞不可避免地產(chǎn)生一些 氣體。這種方法目前處于研究階段，尚未實現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用。目前國內(nèi)外褐煤加工提質(zhì)技術(shù)眾多，我們選取幾種代表性干燥方法詳細(xì)介 紹：1、固體熱載體干餾多聯(lián)產(chǎn)（DG）工藝以煤熱解自產(chǎn)半焦作為熱載體，用粉 煤為原料，原料利用率高理論上可達(dá)到100%;可有效處理易熱粉碎原料，對處 理易熱粉化的褐煤尤其有利。獨立系統(tǒng)，煤焦油

13、產(chǎn)率高，達(dá)到鋁甑含油率的75% 90%,且質(zhì)量優(yōu)良。煤氣有效成分含量高，煤氣熱值高，易于合成化工產(chǎn)品，可 與多個過程實現(xiàn)多聯(lián)產(chǎn)，可以與燃燒發(fā)電（即可采用循環(huán)流化床鍋爐也可以用于 煤粉爐，半焦燃燒發(fā)電不受電網(wǎng)負(fù)荷變化影響，可實現(xiàn)整體多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)平穩(wěn)運 行）、合成化工結(jié)合，也可以與煤焦油加氫等工藝結(jié)合優(yōu)化構(gòu)成多聯(lián)產(chǎn)。生產(chǎn)裝 置熱效率較高，冷凝設(shè)備小，能耗較低，生產(chǎn)過程耗水量少，廢水量少。2、多段回轉(zhuǎn)爐工藝是煤炭科學(xué)研究總院北京煤化所開發(fā)的低變質(zhì)煤熱解工 藝，該工藝分類特征是低（中）溫?zé)峤庖恢兴偌訜嵋煌鉄崾揭桓艚^空氣一常壓。 多段回轉(zhuǎn)爐工藝對原料煤的適應(yīng)粒度要求是630mm。一般需對原料煤進(jìn)行破碎 和

14、篩分，并將制備好的每送進(jìn)料倉。3、K-Fuel技術(shù)：改變了低質(zhì)煤的物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)，在干燥過程中能夠大量 地除去汞等重金屬以及硫和氮。主要控制煤塊在高壓釜中的停留時間，時間越長， 水分和雜質(zhì)越少，熱值越高。不過，水分過少會使煤塊在高壓釜中自燃，從而留 下灰燼。4、高溫?zé)煔夂置焊稍锛夹g(shù)：避免了部分粉煤顆粒滯留及其過干燥；干燥產(chǎn) 品煤的出口溫度較低，便于進(jìn)一步冷卻防止自燃；煙氣再循環(huán)量小，易于控制煙 氣中氧氣含量；干燥煙氣溫度高，合理控制溫度，在提高水分脫出率的前提下， 破壞顆粒表面親水官能團(tuán)，利于改善脫水后褐煤的水分復(fù)吸性能；為提高脫水率 提供條件；利于大型化，系統(tǒng)簡單，運行靈活。5、科林蒸汽流化

15、床煤干燥技術(shù)（DWT）的技術(shù)優(yōu)勢：（1）能源利用率高，蒸 汽消耗低。DWT干燥過程可以采用二次蒸汽再壓縮的方法回收大部分的能量，加 熱蒸汽以冷凝液形式回收，使得褐煤中的水分生成蒸汽的潛熱得以利用，故與傳 統(tǒng)干燥工藝相比具有更高的效率。（2）DWT采用框架式結(jié)構(gòu)，具有設(shè)備緊湊，占 地面積小，在流化床內(nèi)部，單位體積煤的表面積很大，傳質(zhì)和傳熱效率很高，使 干燥過程能夠很快進(jìn)行，因此單套設(shè)備生產(chǎn)能力大。（3）干燥機內(nèi)氣體和固體顆 粒成流化床，床層溫度均一，不會出現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象。（4）干燥后物料的含水量 可以按照工藝生產(chǎn)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，故可適用于不同含水量的進(jìn)料，尤其在褐煤水 分波動較大的情況下也能適應(yīng)。

16、（5）安全性能好。干燥工程中采取微正壓操作模 式，避免了空氣等的進(jìn)入。干燥過程采用蒸汽作為流化介質(zhì)，褐煤在蒸汽這種惰 性氣氛中進(jìn)行干燥，從而消除了褐煤在干燥過程中起火爆炸的潛在危險。（6）環(huán) 保。干燥過程為一個閉路循環(huán)過程，整個過程無排放，干燥過程產(chǎn)生的煤粉均在 除塵工段回收利用，干燥過程的產(chǎn)生的水以清潔的冷凝形式回收利用。（7）整個 干燥過程的溫度不高于151C，是一個純物理過程，無揮發(fā)分和焦油的益出和生 成。設(shè)備絕大部分可以國產(chǎn)化。現(xiàn)在的氣化技術(shù)基本均不含磨煤和煤干燥系統(tǒng)，針對這一空白，結(jié)合現(xiàn)有成 熟的氣化技術(shù)研發(fā)相配套的磨煤和煤干燥系統(tǒng)也是干燥技術(shù)系統(tǒng)化研發(fā)的方向 之一。干燥器回轉(zhuǎn)圓筒干

17、燥器：主要用于干燥混合精煤、浮選精煤和浮選尾煤。根據(jù)煤炭 在干燥機長度方向不同部位的狀態(tài)和要求，干燥機內(nèi)的抄板和內(nèi)部結(jié)構(gòu)沿長度方 向可采用不同的形式。對于復(fù)合式傳熱回轉(zhuǎn)圓筒干燥可采用套筒式。對浮選精煤，干燥器出口處的氣速不大于23m/s ;對浮選尾煤，為避免過量夾帶，不超過 0.51m/so流化床干燥器：適用于粒度在30mm以下，水分在15%以下的松散物料干燥。 優(yōu)點是：小時蒸發(fā)量大，單臺處理量大；采用濕式集塵，對空氣污染小；設(shè)備布 置緊湊，操作人員少，自動化程度高，運轉(zhuǎn)安全。缺點：以精粉煤或油作燃料； 蒸發(fā)強度低；電耗大；不能單獨干燥浮選精煤或煤泥；干燥系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜等。管式干燥機：一般適用于

18、水分較低的松散物料干燥。干燥強度大，干燥時間 短(0.52s)，熱效率高，處理量大，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，干燥爐使用的燃料為本身干 燥后的煤塵，減少了干燥后細(xì)顆粒粉煤在運輸過程的飛揚和損失，燃料運輸系統(tǒng) 簡單化。但安全性差，產(chǎn)品回收和廢氣凈化難度大，電耗高等。回轉(zhuǎn)管式干燥器：廣泛用于制塊廠的褐煤干燥，也可用于硬煤干燥。以飽和 蒸汽(壓力0.150.55MPa)為加熱介質(zhì)的間接加熱干燥器。在褐煤壓塊廠或煉 鋼廠等，可以用廢氣加熱蒸汽，有利于熱能的利用，但廢氣中的微油滴受熱炭化 沉積在管壁上，要注意及時清洗。灑落式干燥機：占地小，熱效率低，處理量小，單獨干燥浮選精煤時產(chǎn)品水 分高。螺旋式干燥機：以傳導(dǎo)方式

19、給熱進(jìn)行間接加熱，用于浮選粒度細(xì)、水分大、 粘度高的細(xì)粒級物料。過熱蒸汽干燥：最大的優(yōu)點是無著火或爆炸的危險；其次是采用高溫的過熱 蒸汽作干燥介質(zhì)，使干燥速率提高，可減少設(shè)備尺寸和節(jié)省熱量等。振動穿流床干燥器：熱耗低，生產(chǎn)能力取決于床寬、煤層高度及輸送速度。煤層高度一 般為：2030mm研磨煤粉；4060mm塊煤。床長不超過10m，驅(qū)動裝置安裝在床中部的情況 下，床長至30m。床過長會造成干燥介質(zhì)沿床長均勻分布的困難。移動床干燥器：結(jié)構(gòu)簡單緊湊，容易實現(xiàn)全自動操作；能夠通過選擇氣體流 速來盡量減少粉塵夾帶，因而在很多場合這種干燥器都不裝任何除塵裝置，可利 用蒸汽鍋爐的低溫廢氣(150200C)

20、作干燥介質(zhì)，大大減少引燃的危險；此外， 單位體積的干燥速率遠(yuǎn)高于回轉(zhuǎn)式干燥器和氣流干燥器；煤床移動速度低(1mm/s)，大大減少器壁及物料(煤)的磨損。煤泥濾餅碎干機：煤泥濾餅定量破碎后，增加了干燥表面積，使干燥熱介質(zhì) 熱交換充分。煤泥濾餅已達(dá)到機械脫水的極限，采用穿流干燥網(wǎng)帶蒸發(fā)脫除剩余 水分，不破壞被干燥物料的自身粒度。干燥產(chǎn)品的水分可通過一系列干燥工藝參 數(shù)調(diào)整來控制，粒度由碎給機構(gòu)溝槽輥溝截面的大小來決定，可使干后產(chǎn)品滿足 一定的質(zhì)量要求。研磨性干燥器：邊干燥邊破碎邊研磨，產(chǎn)品為干煤粉。火力發(fā)電廠用這種干 燥器為其噴粉燃煤蒸汽鍋爐制備優(yōu)質(zhì)干煤粉。干燥介質(zhì)及其溫度取決于煤的濕 度，磨煤機

21、取決于煤的硬度。噴霧干燥器：產(chǎn)品快速絕干，增加產(chǎn)品的抗磨損性。主要用于催化劑一類金 屬產(chǎn)品。滾筒干燥器：用于懸浮或膏狀物料干燥。回轉(zhuǎn)盤架式干燥器：用于需要和緩處理、干燥后會產(chǎn)生大量飛塵或干燥時要 回收溶劑的顆粒物料?？偟陌l(fā)展趨勢是各種不同干燥器取長補短，優(yōu)勢組合開發(fā)最優(yōu)化、個性化的 干燥裝置。為了配合干燥系統(tǒng)的運行，干燥系統(tǒng)還需要加料裝置、排料裝置、熱 風(fēng)爐、供熱系統(tǒng)、通風(fēng)、收塵系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)和磨煤機及干燥系統(tǒng)的控制等輔助 系統(tǒng)，而且針對不同的加工工藝，對輔助系統(tǒng)的要求各不相同。結(jié)合整體工藝要 求，對輔助系統(tǒng)的綜合開發(fā)也是干燥裝置精品化開發(fā)的方向之一。國內(nèi)干餾技術(shù)發(fā)展情況國內(nèi)目前已經(jīng)有多家褐煤干館項目已經(jīng)投運，現(xiàn)將國內(nèi)干館技術(shù)發(fā)展情況 （截至2012年底）統(tǒng)計如表8所示。表8國內(nèi)干餡技術(shù)發(fā)展情況（截至2012年底）單位地點建設(shè)及投運時間工藝產(chǎn)量總投資產(chǎn)品定位優(yōu)劣勢目前進(jìn)展情況神華海拉爾2009 年開工管式氣流干燥成型100萬噸/年，8臺成型機用作電煤，通過錦州港船運到南方干燥工藝 中有粉塵 爆炸隱患；大