高水分褐煤干燥技術(shù)的綜合利用

中國的棕櫚樹種植面積超過1000億h，主要分布在內(nèi)蒙古、云南和東北地區(qū)。褐煤、長焰煤等年輕煤種具有含水量高(20%～50%)、熱值低、揮發(fā)分高、熱穩(wěn)定性差、化學(xué)活性高、易自燃等特點(diǎn),難以運(yùn)輸、儲存和銷售。年輕煤炭中的高含水量直接增加了運(yùn)輸成本、裝置建設(shè)和運(yùn)行成本,甚至影響生產(chǎn)裝置的正常運(yùn)行,降低了以這些煤為原料的發(fā)電或煤化工項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性。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。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,可以在很大程度上提高年輕煤種的市場競爭力。因此,怎樣高效地脫除褐煤的水分是解決此難題的重要途徑之一。本文針對褐煤脫水預(yù)干燥的幾種工藝方法進(jìn)行介紹,并探討了適合我國褐煤脫水預(yù)干燥的工藝方法。1黃褐色桿表面處理技術(shù)1.1管式干燥器蒸發(fā)煤氣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。該技術(shù)方法基本原理為熱法干燥。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。1.2流化床蒸汽干燥法wta在流化床干燥器內(nèi),過熱蒸汽將高水分褐煤流從干燥機(jī)的底部吹向沸騰床上部產(chǎn)生流化現(xiàn)象。在流化床的蒸汽吸收褐煤原煤中蒸發(fā)出的水分,原煤從干燥機(jī)的上部輸入進(jìn)去經(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)所需能量是由從汽輪機(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)而且還作為流化介質(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1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),消耗部分電能后轉(zhuǎn)化為過熱蒸汽重新循環(huán)使用。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。1.3蒸汽壓蒸發(fā)法ms該工藝過程與前述方法不同之處在于水的移除狀態(tài)不同,為熱法脫水過程。熱源為過熱蒸氣,工藝過程溫度大約為235℃。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,同時工藝過程產(chǎn)生的廢熱蒸汽可分級使用,熱能能夠得到循環(huán)再利用,因此能耗較低。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%。1.4褐煤脫水法該法在大約100℃、小于16MPa熱壓下對褐煤脫水。在此壓力條件下操作,對設(shè)備加工制作等要求較高,但該過程能耗最低。目前該過程僅處于實(shí)驗(yàn)室研究階段,未見工業(yè)應(yīng)用報道。1.5熱壓脫水工藝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2所示,該工藝過程分為四個階段: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,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。相對其它熱法或機(jī)械脫水法,熱壓脫水工藝操作條件較為溫和,工藝過程較為簡單,利于工藝過程的工業(yè)實(shí)現(xiàn);水以液態(tài)脫除,能耗較低;工藝過程蒸汽以及過程熱水能充分得到再循環(huán)利用,熱效率較高;同時,工藝溫度相對熱脫水工藝低,由此對工藝廢水處理相對容易些。同時,該過程對一些金屬離子如Na、Ca、Fe、S等具有一定的脫除作用,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,可溶離子大部分可同時得到脫除。由于從煤中通過熱壓力使礦物質(zhì)同時析出,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。1.6固體與固體材料的混合回收技術(shù)該法為日本中央電力工業(yè)研究所正在開發(fā)的一種脫水技術(shù),使用該技術(shù)干燥褐煤或煤泥時,所需能量是傳統(tǒng)熱脫水方法的50%。該技術(shù)使用液化的二甲醚(DME)為脫水劑,利用了DME低沸點(diǎn)(-24.8℃)、易通過壓縮液化、與水互溶、無毒、易滲透進(jìn)入固體材料且對環(huán)境無害的優(yōu)點(diǎn)。而且,由于中國正在建設(shè)大規(guī)模的DME項(xiàng)目,預(yù)期將來DME的價格將比液化石油氣低。在該工藝中,固體原料與液化的DME在36℃、0.78Ma的條件下混合,水被快速地從固體中抽提出來形成飽和溶液,用過濾的方法將干燥的固體與液相分離;在25℃、0.53MPa的條件下閃蒸液相回收DME,水留在塔底,DME蒸氣被壓縮到0.78MPa進(jìn)行液化,再重新加熱到36℃(用閃蒸出的DME蒸氣加熱)并循環(huán)使用。該技術(shù)已用1kg含水53%的褐煤進(jìn)行驗(yàn)證,褐煤中水含量降低到了5%以下,DME的殘留量約為1%。該技術(shù)也可將下水道污泥中的水含量降低到30%左右。規(guī)模瓶頸將是該方法工業(yè)化的最大障礙。2煤調(diào)濕技術(shù)的應(yīng)用狀況在云南、內(nèi)蒙等富含褐煤的省份,大量開采高達(dá)30%～50%水分的褐煤直接用于燃燒,不僅鍋爐燃燒不穩(wěn)定,而且電廠效率也很低;高水分使得這些煤種只能在當(dāng)?shù)厥褂?不可能長距離運(yùn)輸,因此,極大地限制了煤炭的開采規(guī)模。因此,開發(fā)先進(jìn)的褐煤干燥技術(shù)和設(shè)備,對于提高褐煤市場競爭力,降低發(fā)電成本具有重要意義。隨著石油資源的緊缺,煤炭單價的升高,國內(nèi)對低階煤預(yù)干燥的技術(shù)研究也越來越重視,但在褐煤這種高水分含量物料的脫水預(yù)干燥技術(shù)上缺乏