褐煤是煤化程度最低的矿产煤俗称柴煤。处于烟煤和泥炭之间的棕黑色、无光泽的低级煤。含有可溶于硷液内的腐殖酸。含碳量在60%~77%之间,密度约为1.1-1.2,挥发成分大于40%。无胶质层厚度。恆湿无灰基高位发热量约为23.0-27.2兆焦/公斤(5500-6500千卡/公斤)。多呈褐色或褐黑色,相对密度1.2~1.45。褐煤水分大,挥发成分高(>40%),含游离腐植酸。褐煤脱水过程除脱去部分水分外,也伴随着一些煤的组成和结构的变化,它主要是由脱水作用和过程引起的。
褐煤提质简介
褐煤提质是指褐煤在小于250℃温度脱去部分大部分游离水后的乾燥褐煤,用甲苯等有机物提取褐煤中的褐煤蜡、腐植酸的过程。所以,褐煤的提质过程主要是褐煤的脱水过程。褐煤提质乾燥前后的对比见下表:
褐煤提质乾燥前后的性质对比
原褐煤 | 提质褐煤 | |
水分 | 高 | 低 |
发热量 | 低 | 高 |
氧化速率 | 高 | 低 |
燃后温室气体的排放 | 大 | 小 |
提质后的褐煤将更有利于利用、运输和贮存。若是将褐煤中的50%的水分除去,则将会把褐煤燃烧后产生的温室气体的排放量降低15%。实际测试得知,一种水分42.52%、发热量11.93MJ /kg的褐煤,经提质乾燥后,水分降14.43%,发热量增至18.08MJ /kg,相当于提高了热值51.6%,这对于褐煤电厂的影响无疑是十分巨大的。
技术工艺
褐煤提质按加工手段不同大体可分为脱水及热解两个工艺。通常热解工艺前也要进行脱水。褐煤乾燥脱水是最常见的褐煤提质技术。
褐煤脱水工艺
褐煤脱水工艺通常可以分为(蒸发)乾燥和非蒸发脱水两类。其中非蒸发脱水工艺主要包括:机械热压脱水;溶剂萃取脱水。这些技术仅处于实验室研究开发阶段。1985-2013年间褐煤提质技术的主要以褐煤乾燥技术为主,褐煤乾燥技术具体分为以下五类:
(1)转筒乾燥技术——转筒乾燥的核心是一个略带倾斜并能迴转的圆筒体,筒体的倾斜度可以调节,範围一般为2o~10o;按照湿物料和热载体的接触方式,工业中开发利用的褐煤转筒乾燥装置主要有直接加热转筒乾燥器、迴转管式乾燥器和蒸汽管间接加热转筒乾燥器。
(2)带式乾燥技术——褐煤由进料端经加料装置被均匀分布到输送带上,输送带通常用穿孔的不鏽钢薄板製成,由电机经变速箱带动,可以调速,最常用的乾燥介质是热空气或热烟气。
(3)气流乾燥技术——气流乾燥也称为“瞬间乾燥”,是流态化稀相输送在乾燥方面的套用;按照乾燥介质和操作温度的不同,气流乾燥可分为直管式和床混式两种。
(4)流化床乾燥技术——工业上开发套用的褐煤流化床乾燥设备主要是以过热蒸汽或空气作为流化介质(或乾燥介质),并且流化床内部带有换热器;褐煤流化床乾燥技术主要包括过热蒸汽流化床乾燥技术和蒸汽-空气联合乾燥技术。
(5)振动乾燥技术——振动乾燥是利用机械振动实现固体颗粒在乾燥器中流动,并同时在乾燥介质(如热烟气等)的作用下实现乾燥过程。最新褐煤振动乾燥设备主要有振动混流乾燥器和振动流化床乾燥器。转筒乾燥技术中的迴转管干燥技术是目前工业中套用最为成熟的褐煤脱水乾燥技术。
(6)K-燃料技术——作为一项非蒸髮式乾燥技术,该项技术利用原煤与蒸汽在提质装置中直接接触,通过调节时间、温度和压力三个要素,将原煤中的水分以液态水的方式脱除,在“挤”出煤中水分的同时,改变煤的孔隙结构及亲水性能,提升低阶煤的品质。2007年在美国怀俄明州建设有年处理75万吨的提质工厂。
褐煤热解提质工艺
褐煤热解提质工艺可分为:
(1)外热式热解工艺,即热解炉的加热方式为间接加热,此工艺与传统的炼焦炉相似。
(2)固体热载体热解工艺,即半焦作为热载体的热解工艺,或以炉渣作为热载体的热解工艺等。
(3)气体热载体热解工艺。
TDM褐煤低温乾馏炉
TDM型乾馏炉用于褐煤低温乾馏项目,主要产品有半焦及煤焦油。它主要有如下特点:
1.1 焦油回收率高,半焦产率高。
1.2 系统没有富余煤气。
1.3 半焦可磨性好。
1.4 半焦的挥发份高。
1.5 乾法熄焦。
1.6 没有固定碳损失。
1.7 净化系统零压工作。
1.8 原煤粒度要求1~50mm
工艺发展
2000年以来国内所採用的褐煤提质技术中,主要套用于实际生产的工艺是褐煤脱水工艺,该工艺的整体技术已经相当成熟。经过这些年的发展,国内企业已经不满足于现有的技术。有些企业已经开始对现有的褐煤脱水工艺进行最佳化和改良,比如褐煤提质工艺技术就结合了流化床和转筒乾燥两种技术优点,採用热烟气作为加热介质。与现有的转筒乾燥技术相比,该工艺的突出优点在于:通过在转筒内添加流化床强化了乾燥过程的传热传质,增加了颗粒与乾燥气体在转筒内的接触时间,从而提高了设备的乾燥能力。与流化床乾燥技术相比,该发明的突出优点在于:有效降低了流化床的床层压降,从而降低了对风机压头的需求,且通过与转筒的结合来控制颗粒在乾燥器内的停留时间,易于控制颗粒返混,并无需添加结构複杂的换热器,在保留流化床乾燥优点的同时简化了设备需求。