褐煤干燥技术.docx

1 绪 论1.1褐煤干燥的意义1.1.1 褐煤的利用现状和趋势褐煤是煤化程度最低的煤种，它是泥炭沉积后经脱水、压实转变为有机生物岩的初期产物，因外表呈褐色或暗褐色而得名1。我国煤炭资源可采储量位居世界第三，其中褐煤储量约占世界褐煤总储量的16% 2 。褐煤被认为是一种天然洁净、廉价的优质能源，主要分布在我国的内蒙古、云南等地。我国褐煤的探明储量为1291.32亿t，占全国煤炭总储量的13%3。我国的褐煤资源主要用于发电。褐煤的优势是价格低、反应性高，但热值低、含水量高。褐煤中的水分不仅增加其运输成本，而且影响锅炉运行、降低电厂效率、增加温室效应气体排放。褐煤干燥成本的介入会使煤价提高但综合评价表明燃烧干燥后的褐煤使电厂整体经济性提高、运输成本下降4。因此对褐煤进行干燥，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5。美国曾对褐煤脱水后减少运输量的效果做过评估，一种水分42.52%、发热量2847kcal/kg的褐煤，经2.02mpa的蒸汽处理后，水分降至14.43%，发热量增加到4315kcal/kg，相当于提高了热值51.6%6。因此褐煤干燥技术的发展可以有效的提高褐煤的市场竞争力。我国的褐煤资源除了主要用于直接发电外，还可以液化加工成汽油、柴油和其他化学产品，此外，褐煤还可生产化工原料，如生产合成氨、甲醇、焦油制品和半焦。由褐煤气化而生产的合成氨还可以生产醋酐、醋酸纤维素、甲醇和尿素等一系列化学产品7。在当今能源问题日益紧张和环保的要求越来越高的环境下，褐煤作为重要的能源，对其进行干燥处理有利于提高电厂效率，减少温室气体的排放，带来经济效益的同时保护环境节约能源。因此干燥技术的开发研究就成为了提高经济，节能，环保等可持续发展条件的途径。1.1.2 褐煤在干燥过程中所发生的物理和化学变化褐煤在常温下加热到100度以上时，大部分的自由水能够被蒸发。当褐煤水分低于15%时，若需要继续干燥和脱水，由于褐煤与结合水有较强的结合力，则需要较高的温度和能量才能够进行。当褐煤在常压下继续加热到180度以上时，褐煤结合水（内在水）能够被脱除。当褐煤温度高于150度时，羟基官能团（主要是-cooh）发生分解，析出co2气体，同时将褐煤的结合水（内在水）排除。进一步提高温度，将导致越来越多的羟基官能团分解，从而引起褐煤的表面性质改变。1.2 褐煤干燥技术的发展1.2.1 褐煤干燥的发展概况及干燥技术的发展趋势在当今的世界能源形势下，褐煤的高效利用重新受到国际能源界的重视，降低水分、提高能量密度便成为褐煤加工利用的关键问题之一10。澳大利亚、美国、欧洲的德国、希腊、波兰等国家都有丰富的褐煤资源，为了提高电厂效率，进行了褐煤水分干燥技术的研究 11 。目前比较成熟的干燥技术有以下几种：（1） 回转管式干燥技术这是一种以饱和蒸汽(压力为0.150.55mpa)为加热介质的间接加热干燥器。其基本原理为热法干燥。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中相对成熟的褐煤干燥方法。（2） 蒸汽流化床干燥技术 在干燥设备中，流化床干燥器应用最广泛，技术也最为成熟12。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。在流化床环境下褐煤颗粒在热气流中上下翻滚，互相碰撞，类似液体的沸腾现象。热气流和褐煤颗粒间进行剧烈的传热和传质，褐煤颗粒快速被干燥。（3） 热脱水工艺该工艺过程与前述方法不同之处在于其水的移除状态不同，为热法脱水过程。其优点是能耗低，缺点是水分不能得到最大限度的脱除。（4） 机械脱水技术该法在大约100、小于16mpa热压下对褐煤脱水。在此压力条件操作，对设备加工制作等要求较高，但该过程能耗最低。该过程仅处于实验室研究阶段。（5） 床混式干燥工艺流化床作为热源,用来干燥高水分的燃料。干燥机是在蒸汽环境下工作，这就有可能回收蒸汽的潜热，将之送回干燥工序中使用。（6） 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。褐煤干燥技术的发展趋势是高效节能、绿色环保护，因此发展绿色干燥技术将是今后研究开发的重点。绿色干燥技术是指尽量减少干燥过程排放物对大气环境的污染，与传统的热风干燥相比，过热蒸汽干燥在干燥效率、产品质量改善和节能环保等方面都具有明显的优势，采用过热蒸汽干燥取代现有的传统热风干燥将是当今乃至今后十几年的一个趋势13。2 实验装置和实验方法2.1 褐煤煤样的制备2.1.1 神华6#以及印尼煤样的制备1. 褐煤样品收集煤样的制备包括破碎、筛分等。采用鄂式破碎机对原煤进行破碎，分别用不同规格的金属网筛进行筛选，选取不同粒度（0-150um，150-500um，500-1000um，1000-1600um）的煤样颗粒为实验样品。收集一定量的煤样后，分别装入准备好的煤样收集容器中，并贴好标签密封放入冰箱内以防止水分散失。2. 水分测量用电热鼓风干燥箱对神华6#褐煤褐煤进行水分测量。从冰箱中将八种煤样取出，将事先准备好的八个称量皿并分别编号，然后用电子天平分别称量八个称量皿并分别记录下数据m1（g），再用相应编号的称量皿分别称量八种煤样各2g，将八个称量皿放入105的电热鼓风干燥箱中干燥2个小时，然后取出称量皿并对其称重，记录下数据m2（g）。煤样的水分x=（m1+2-m2）/2100%表2.1 神华6#褐煤不同粒度样品的水分粒度（um）水分（%）0-15016.77150-50018.19500-10001000-160017.9418.9表2.2 印尼煤不同粒度样品的水分分析粒度（mm）水分(%)0-15024.2150-50026.17500-100026.241000-160026.312.2.坩埚式电阻炉干燥实验装置本自制实验装置由氮气瓶、流量计、电子天平、计算机、坩埚式电阻炉和温度控制仪组成，电子天平下端悬挂吊篮深入电阻炉中，方便褐煤的干燥。图2.3 坩埚式电阻炉干燥实验台照片图2.4 坩埚式电阻炉干燥实验装置示意图图中1：氮气瓶；2：流量计；3：电子天平；4：吊篮；5：坩埚式电阻炉；6：温度控制仪；7：计算机。2.3坩埚式电阻炉干燥神华6#及印尼煤煤样的实验过程1. 干燥实验的实验参数设计表2.4 神话6#及印尼煤干燥实验分组实验组粒度(um)温度()质量(g)氮气流量(ml/min)1500-1000100210002500-1000150210003500-1000200210004500-10002502100050-150150210006150-5001502100071000-1600150210008500-1000150110009500-10001503100010500-10001505100011500-100015010100012500-1000150260013500-10001502800在利用坩埚式电阻炉干燥两种煤样的实验中，分别进行了不同粒度、不同温度、不同质量、不同氮气流量四种条件对干燥效果影响的对比。用以分析这四种条件对干燥效果影响的大小，最终得出更有利于褐煤的坩埚式电阻炉干燥方法下的干燥条件，为以后的研究、生产提供一些依据。 1.实验操作过程（1） 打开所有的电源开关预热20分钟后，打开氮气瓶压力阀和控制氮气流量的lzb3流量计开关，调整气体流量所需流量，并保持通氮气30分钟。（2） 启动计算机，打开电子天平开关，进行天平调平，调零，将电子天平与计算机联接。打开计算机中电子天平软件，然后将数据输出时间间隔设置为10秒。（3） 打开温度控制器，设定好加热时间和需要加热到的温度，并使其有足够长的时间保持这个温度。（4） 等待显示数字升到所需温度，稳定后(显示数字波动较小)，往吊篮里加入所需质量和粒度的煤样并将样品再吊篮内铺匀，将吊篮挂在电炉上的电子天平下置于炉膛中，使其稳定不摆动。（5） 按下计算机上天平软件的t-star健，通过软件自带的转换功能把采样的数据转换成excel文档，并每隔10秒记录一次。（6） 待计算机上显示的煤样质量稳定一段时间后，按下t-stop健，保存excel文档。（7） 实验完毕后，取出吊篮，处理干燥后的煤样并对吊篮进行吹气清洗，停止通氮气，关闭电子天平，关闭电炉，关闭计算机。2.4 干燥实验数据处理将实验记录数据输入计算机并利用excel软件，对干燥数据进行处理。分别计算失重率、干燥速率和水分，由计算得到的数据绘制关系曲线，进而分析实验数据。失重率和干燥速率的计算方法如下：干燥过程中的失重率是煤样的初始质量减去当前时刻的质量与初始质量之比的百分量，如下式：x=(m0-mtx)/m0100%式中m0为煤样的初始质量，mtx为tx时刻的煤样质量。干燥速率表示煤样干燥程度进行的快慢，由下式表示：=(m1-m2)/(t2-t1)式中m1煤样干燥前的质量，m2为煤样干燥后的质量，为干燥煤质量。2.5干燥后煤样的分析利用sem对干燥后的褐煤煤样进行了微观形貌的观察，并根据形貌的变化特征分析干燥过程的机制。3 干燥实验结果与分析3.1 神华6#褐煤干燥的实验结果3.1.1 干燥温度对褐煤干燥特性的影响图3.1、图3.2、图