褐煤的干燥热解

1、褐煤的干燥热解制作人：摘要：本文总结了国内外褐煤预干燥技术的发展现状，针对传统热力干燥在褐煤电厂应用中存在的高能耗、高投资和低安全性的实际问题,开展了褐煤过热蒸汽干燥的机理实验研究和中试试验研究，结果表明：过热蒸汽的干燥效果优于常规热空气的干燥效果；中试试验系统能稳定、连续地对褐煤进行干燥，且干燥产品符合褐煤干燥实际工业应用的要求。提出了一种由山东省科学院开发的过热蒸汽预干燥低质煤提质（SCU）洁净煤技术，对其在节能、安全等方面的技术先进性作了具体的对比分析，结果表明该技术能耗低、安全且节能效果好。开发褐煤过热蒸汽干燥成套工艺，能促进能源和电力行业的发展，具有广阔的应用前景。关键词：褐煤；过热

2、蒸汽干燥；洁净煤技术；安全；节能正文：1.褐煤的定义 Lignite (coal)；brown coal ；wood coal 褐煤，又名柴煤，是煤化程度最低的矿产煤。一种介于泥炭与沥青煤之间的棕黑色、无光泽的低级煤。化学反应性强，在空气中容易风化，不易储存和远运。由于它富含挥发份，所以易于燃烧并冒烟。剖面上可以清楚地看出原来木质的痕迹(由裸子植物形成）。含有可溶于碱液内的腐殖酸。含碳量60%77%，密度约为1.1-1.2，挥发成分大于40%。无胶质层厚度。恒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1.21.45。褐煤水分大

3、，挥发成分高(40%),含游离腐植酸。空气中易风化碎裂，燃点低（270左右）。储存超过两个月就易发火自燃，堆放高度不应超过两米。2. 褐煤利用的现状褐煤是一种高挥发分、高水分、高灰分、低热值（14MJ/kg左右）、低灰熔点、污染重且利用率相对较低的资源。目前，我国烟煤、无烟煤等优质煤资源已被充分利用，拓展空间有限，而对褐煤的大规模开发利用刚刚开始。我国褐煤资源相对比较丰富，己探明的储量达1303亿吨，占全国煤炭储量的13%，开采成本低，其中内蒙古占全国褐煤总储量的77%。我国的褐煤普遍存在湿度大（30%50%）而导致的燃点低和二氧化碳排放量大的缺点，直接燃烧未提质的褐煤原煤，会产生严重的环境污

4、染问题（二氧化碳排放量比普通烟煤高15%左右），增加电厂和煤化工项目的建设和运行的成本；同时，较高的含水量导致褐煤运输费用增加，限制了内蒙地区丰富的褐煤资源外运至南方沿海城市利用的空间。 提质工艺是指通过合理的干燥过程，降低褐煤的含水量，提高褐煤能量密度的技术。目前，国内褐煤干燥的工业应用还没有大规模展开。国内准工业规模褐煤预脱水装置分为：燃煤烟气直接接触：链板式，移动床式，转筒干燥和蒸汽间接干燥：过热蒸汽内加热流化床, (过热)蒸汽回转圆筒两种。国内褐煤电厂多采用高温烟气通过磨煤机达到干燥煤粉的目的。但高温烟气与煤粉直接接触存在安全隐患、造成炉膛温度和锅炉效率降低，而且褐煤水分过高导致调节复

5、杂，动力消耗和维护费用高。 国内褐煤煤矿企业进行预干燥的提质工艺大都采用燃煤烟气直接接触的转筒式干燥气流干燥机和链板式干燥机等，单机处理量小、占地面积大、投资高，污染大，不符合我国节能减排的要求。 国外在褐煤预干燥领域，最成熟、先进的提质工艺是过热蒸汽流化床技术，德国RWE公司采用先进的过热蒸汽工艺，已经在德国建成3套装置，最大脱水能力达到110T/h。德国ZEMAG公司的间接接触回转干燥机也有较多应用实例，但是相比RWE技术，存在单机生产能力小，尾气排放量大，余热无法回收，占地面积大等缺点。 国外在褐煤提质领域还有部分待开发技术：美国Encoal, Coaltek, K-fuel，澳大利亚C

6、oldry，神户钢铁，分别利用电厂冷凝水余热、微波、高压蒸汽蒸煮、溶剂油萃取等方式进行提质，但是由于装置投资巨大、运行费用高等缺点，不能完全适应中国国情。由山东省科学院工业节能中心和山东天力干燥设备有限公司首创，具有自主知识产权的高床层内加热流化床过热蒸汽褐煤预干燥洁净煤成套工艺技术和装置，是我国洁净煤技术的新突破，通过利用过热水蒸气作为干燥介质的工艺创新，结合尾气余热回收技术，相比其他提质工艺，具有环保、安全、节能80%以上、节水的突出优点，干燥强度高于目前国际最先进的德国RWE公司技术。将这一环境友好、资源节约型清洁煤技术项目应用于国内褐煤电厂、煤矿和煤化工项目，通过通过对褐煤预处理工艺进

7、行技术改造升级，可明显减少5%左右的燃料消耗和15%左右的CO2排放，降低配套系统的损耗，提高电厂、煤化工系统的总体效率，而且可以获得CDM资金支持。以占褐煤产量约90%的动力煤做测算，通过燃烧前脱水提质，每年可以减少CO2排放约1500万吨，争取CDM支持近80000 万元，节约标煤4000万吨，将产生巨大的社会经济效益。3.褐煤过热蒸汽干燥技术研究对于褐煤利用的洁净煤技术开发始于1999年，经过理论分析、小试和中试研究，2004年山东省科学院下属技术研发单位开发出过热蒸汽流化床干燥工艺，并成功应用于纯碱行业，目前有四套工业示范装置；同年为河南某电厂成功提供高挥发份煤粉干燥系统，采用氮气闭路

8、保护蒸汽回转干燥工艺，该工艺为国内首创，一直稳定运行至今；2006年为中国矿业大学提供气流加内加热流化床干燥系统，用于褐煤干燥，该工艺被国内某集团借鉴参考并进行开发应用。经过近10年不断地研究开发，2008年公司成功推出过热蒸汽洁净煤技术，并于2009年完成工业验证实验。按照我国以煤炭为主要能源的战略方针，结合国内大型电厂和煤化工项目对大规模褐煤提质工艺的要求，山东省科学院下属研发单位技术在褐煤干燥提质处理工艺上推出了以过热蒸汽内加热流化床干燥（Super-heated steam Fluid bed low-rank Coal Upgrading简称“SFCU”）为主的洁净煤新技术。过热蒸汽

9、干燥技术简介：如流程图所示，过热蒸汽干燥技术是利用褐煤内水分蒸发所形成的过热蒸汽为与褐煤接触的流化工质，通过再热器或流化床内置换热器间接提供干燥所需要的能量。系统闭路循环，全部为惰性无氧气氛。干燥所产生的褐煤内水分蒸发所形成的过热蒸汽被排出系统后，可以回收全部干燥所共给的热量，蒸汽消耗只有常规间接蒸汽回转干燥机的20%, 热效率大大提高。过热蒸汽内加热流化床干燥技术作为目前的成熟技术，处理量大、生产工艺成熟、操作安全、稳定可靠、工艺简单、生产所带来“三废”污染少。完全满足单台年产300万吨提质型煤、670MW发电机组、年处理量600万吨的60万吨甲醇以及300MW IGCC项目褐煤干燥处理的大

10、规模工业化生产要求。 以目前消耗量占褐煤开采量约50%的褐煤电厂为例： 目前我国褐煤发电总装机量为l3GW(仅统计200MW以上机组)，2010年将扩容l5GW，达到28GW，褐煤发电装机量迅猛发展。以28GW的装机量计，应用山东科学院的褐煤预干燥洁净煤工艺后，发电煤耗降低10-l2g/KW.h，上网电价降低815元/Mw.h. 新建褐煤电厂设计规范将会被彻底颠覆，平均每台新建670MW的发电机组的投资降低6亿元，而且将实现CO2减排近600万吨/年. 争取CDM支持近37000 万元/ 年。节煤1848万吨，节约静态电厂建设投资134.3亿元。针对中小规模的煤炭企业和以褐煤为原料的煤化工行业

11、推出了以过热蒸汽为核心工艺的过热蒸汽强化循环分级粉碎提质技术（Super-heated steam Pneumatic low-rank Coal Upgrading简称“SPCU”）和过热蒸汽回转圆筒提质技术（Super-heated steam Drum low-rank Coal Upgrading简称“SDCU”）。 过热蒸汽强化循环分级粉碎提质技术为高温快速干燥的脉冲气流干燥方式，可实现褐煤的快速脱水、粉化，干燥效率高，可抑制褐煤低温热解。适用于年产100万吨的型煤项目。过热蒸汽回转圆筒提质技术为低温蒸汽回转干燥方式，对原料的含水量（35-50%）和粒度（0.5-35mm) 适应性广

12、，通过采用氮气保护工艺，可实现安全的深度脱水（成品褐煤含水量低于2%），适用于年处理量50万吨的煤化工项目和150MW的发电机组褐煤预干燥工程。4.先进的过热蒸汽内加热流化床褐煤干燥技术1、系统概况褐煤过热蒸汽高床层内加热流化床干煤系统以饱和蒸汽作为热源，用来干燥平均粒径小于3mm的褐煤. 针对用户为燃烧褐煤的电厂和具有蒸汽热源条件的煤矿。热源饱和蒸汽由电厂汽轮机的抽气系统得到。饱和蒸汽送入干燥床中特殊设计的内加热管，实现与高水分褐煤的热交换后，形成冷凝水，由疏水阀排出干燥系统，引回锅炉系统。高水分褐煤经过进料阀及褐煤进料机送入干燥床. 在过热蒸汽环境下，在流态化状态与内置的多层换热管实现与管

13、内饱和蒸汽的传热过程. 达到脱除水分的目的后，由干燥床下部排料阀排出干燥系统，进入电厂磨煤系统，也可以接挤压成型工艺，加工型煤外运。由褐煤中脱出的水分形成过热蒸汽，排出干燥机后，进入二级除尘系统除尘合格后，通过循环风机将一部分过热蒸汽送回干燥床参与干燥循环，其余过热蒸汽引出干燥系统，进入电厂余热回收系统再利用。2、工艺流程3、技术特点1、安全：过热蒸汽系统内部为无氧环境，而且属于低温干燥，无热解过程，干燥过程安全可靠。无着火和爆炸危险，特别对于易燃易爆物料，优势明显。2、节能：系统能耗明显降低，和其它干燥技术相比，可通过回收循环系统中抽出的蒸汽热量，节能50-70%。通过蒸汽余热全部重新利用，

14、综合耗能仅为1t水/0.3t蒸汽。3、环保：和热风干燥相比，干燥过程中不产生的有害易燃气体，灰尘通过回收冷凝的方式去除，无污染尾气排放。 4、干燥速度高：相比自然空气，具有较高的比热容，随着温度的升高，干燥速率优势明显。 5、节水：蒸发出的水分全部回收利用，大大节约水资源。 6、减排：单位褐煤的发热量增加到原煤的1.4倍，燃料消耗减少3-5%. 燃烧效率提高1.2-2%，发电效率提高1.2%，二氧化碳减少0.03-0.08吨/Mw.h，即减少5-15%，可获得CDM支持。7、 经济：过热蒸汽内加热流化床干燥高床层内加热流化床干燥洁净煤技术已获专利授权，此工艺产能比RWE技术高2-3倍，投资节省

15、60%。而且，可以降低磨煤系统的消耗和磨损，能极好得实现与现有电厂锅炉系统的无缝连接。8、 过热蒸汽干燥出来的褐煤有利于后期的挤压成型：系统干燥之后的褐煤温度高于100、粒度小、煤粉在加入对辊挤压的过程中继续释放水蒸汽，使得煤粉进入挤压机时，被90-100%的水蒸汽包围。水蒸汽阻止了周围空气对煤的氧化。挤压时，煤中水蒸汽在高压下冷凝液化，使气压减小，减少了型煤中气孔的形成，也防止了煤粉挤压时发生的爆炸，型煤产品强度高。4、过热蒸汽内加热流化床干燥关键设备介绍： 内加热流化床干燥装置：内加热流化床干燥机是在常规流化床干燥机和间接加热式干燥基础上发展起来的一种新型干燥技术，它将管式或板式换热器沉浸

16、在流态化干燥物料中，内置换热器中通有热 (冷 ）介质，物料脱水（冷却），需要的热量主要由内置换热器提供，从而以较小的风量满足物料流化的要求。流化介质主要携带水分、维持床层颗粒正常流态化的作用。其干燥（冷却 )过程主要是内置换热器与两相流的传热及两相流之间的传热和传质过程。内加热流化床技术是天力公司拳头产品. 在这方面获专利22项，完成科研课题9项，完成工程业绩近百套，在国际上首次运用场协同理论开发出干燥理论模型并进行工业化验证和工程校对。内加热流化床技术获山东省科技进步一等奖和中国石油和化学工业协会科技进步一等奖。天力公司已经完全掌握了内加热流化床的设计和放大规律，是中国内加热流化床干燥设备标

17、准的制定单位。5.干燥生产系统经济效益分析（以西乌旗科达褐煤提质公司为例）5.1 生产系统工艺及干燥产品主要指标现有生产系统包括：原煤准备、干燥系统、产品储装系统和煤粉处理四部分，主要工艺是：露天矿原煤经过刮板运输机给入分级筛筛出+400mm特大块煤直接销售，-400mm原煤经过两级级破碎机破碎到30mm以下，破碎物用皮带机给入SZ型振动混流干燥器，11MW沸腾炉产生的热烟气经过沉降室后与空气混合成220240的热风给入干燥器与湿煤进行热交换，干燥后的产品煤进入产品煤仓，干燥系统除尘器回收的煤粉用热压成型系统压制成型煤后掺入产品中。表5-1 原煤和提质煤化验结果项 目全 水Mt%灰 分Ad%挥

18、发份Vad%高位发热量Kcal/kg低位发热量Kcal/kg原煤32.5514.9337.24581836485000 Kcal/kg品种9.2117.8937.14566648984500 Kcal/kg品种15.6717.5237.59569845364500 Kcal/kg品种16.7216.4237.04580045595.2 生产4500 Kcal/kg干燥煤经济分析加工成本分析表5-2 干燥系统生产成本一览表序号费用名称单位原煤成本（元/吨）备 注一加工费23.391辅助材料费3.352电费4.170.6元/度3工资4.43100元人日4设备折旧费7.845装载机及倒运费用3.06

19、管理费0.6二燃料费用3.0185元/吨7合计26.4经济效益分析表4-3 经济效益分析表序 号名 称数 量 %质 量价 格（元/吨）灰分Ad%水分Mt %发热量Qnet.ar一干燥成本1原料煤100.035.03750.0100.02生产成本26.4小计126.4二干燥后产品煤83.3322.04500.0220.0三干燥效益1每干燥一吨原煤利润22083.33%-126.4+56.932年利润（4200小时）38.7420056.93925.27万元5.3 生产5000 Kcal/kg干燥煤经济分析加工成本分析 生产5000 Kcal/kg干燥煤成本费用与生产4500Kcal/kg时总量支

20、出不变，处理煤量由38.7t/h变为24t/h，则加工成本为：26.438.724=42.57元/吨。提高到5000 kal/kg经济效益分析表4-4 经济效益分析表序 号名 称数 量 %质 量价 格（元/吨）灰分Ad%水分Mt %发热量Qnet.ar一干燥成本1原料煤100.035.03750.0100.02生产成本42.57小计142.57二干燥后产品煤75.2413.55000.0330.0三干燥效益1每干燥一吨原煤利润33075.24%-142.57+105.722年利润（4200小时）244200105.721065.68万元说明：由于不同季节的原煤及干燥煤的价格是变动的，本次经济分析仅说明2010年3月份时的情况其他时间会有变动。6.产业化前景 随着振动混流干燥系统的日臻完善，褐煤深度脱水的技术被攻克，实现了褐煤产区资源的优化升级，大量的褐煤干燥后可以转化为优质煤炭资源加以利用，拓展了褐煤使用空间，提高了产业附加值，增强在市场的竞争能力，不仅能够为各煤炭企业带来很好的经济效益，提升了利润空间，而且为用户解决了在生产使用上的若干技术性难题，例如：由于褐煤水分大，发电厂的磨细作业困难；由于褐煤水分大，化工系统气化工艺难以选择；由于水分大含炭低很难做建材的