褐煤提质技术分析(DOC)

褐煤提质技术分析1、褐煤提质的必要性近年来，世界优质煤炭资源越来越少，煤炭价格大幅上涨，价格相对低廉的褐煤开发利用被重视起来。

拥有褐煤资源的国家现都积极研究褐煤作为燃料煤的使用方法和用量，其中德国、美国和俄罗斯作为储量大国，均将褐煤作为未来重要战略资源加以开发和利用。

我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，已探明的褐煤保有储量达到1300亿t，占到全国煤炭总储量的13%左右，迄今对褐煤尚未进行大规模的开发和利用。

褐煤是煤化程度最低的煤种，煤化程度介于泥炭和烟煤之间，含水量高，在空气中易风化，含一定量的原生腐殖酸，碳含量低，氧含量高，氢含量变化大，挥发分一般在45％～55％。

褐煤与其他煤种相比，含氧量高、灰分及灰熔点变化较大、密度小、易自燃，煤粉容易爆炸，褐煤中较高的水分含量，增加了褐煤的运输成本，长距离运输还会带来自燃和爆炸的问题，限制了褐煤向较远地区的运输。

褐煤直接燃烧的热效率较低，且温室气体的排放量也很大，难以大规模开发利用。

此外，褐煤作为原料转化利用也受到限制，褐煤液化、干馏和气化都需要把煤中水分降至10％以下。

褐煤若不经过提质加工将难以满足多种用户的质量要求。

因此褐煤提质加工脱除褐煤中的水分，消除褐煤脱水后发生自燃、爆炸的潜在危险，从而提高褐煤品质，是扩大褐煤应用范围的关键。

褐煤脱水提质加工后，水分显著降低，发热量大幅度提高，既可防止煤炭自燃、便于运输和贮存，又有利于发电、造气、化工等使用。

2、褐煤提质的意义长距离运输高水分、低热值的褐煤在经济上是不合算的。

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%。

发电厂240万千瓦机组一年大约要用褐煤1100万吨，如果能将褐煤水分由36%降至16%左右，则一年可减少220万吨煤炭运输，节省运费6600万元。

另一方面从锅炉燃烧角度来说，燃烧高水分褐煤将导致火焰温度降低，热效率下降，当电厂使用脱水和提质后的褐煤，可以显著减少或避免电厂额定出力降低的现象。

锡林郭勒盟2009年褐煤产量达到7000万吨，除盟内加工消化2000万吨外，其余煤炭均需要外运。

5000万吨褐煤如果进行脱水提质，至少可以减少1000万吨运输量，可节约铁路运费15——20亿元（不包含海运费）。

褐煤提质干燥前后的对比见表1。

表1 褐煤提质干燥前后的性质对比褐煤经提质后将具有以下优势：1）更高的热值与原料煤相比，热值增加率在30%到200%范围（与原煤的初始水分含量相关），提质后所得的半焦用来气化或者作为产品销售都将具有更高的热值，煤质得到进一步的提高，扩大了褐煤的利用范围。

2）可减少二氧化碳排放量与原料煤相比，提质后的煤产品在燃烧过程中产生的二氧化碳及其它污染物的量较少。

3）可削减污染物排放提质煤可保持原料煤原有的优良特性（如低灰低硫等），制品性能可与同热值的高阶烟煤相媲美。

4）可降低煤尘的产生量与原料煤相比，提质煤的粉尘产率明显降低，这可增加铁路运输的效益。

5）可降低自燃风险：提质后的煤炭产品具有物理及化学稳定性，降低了煤自燃的可能性，可像高阶高热值烟煤那样采取同样的措施进行处理、贮存及运输。

6）运输成本低廉：由于提质加工去除了原煤中的水分，可使得无效装运量下降约30%，运输成本也随之降低。

7）可替代现用的烟煤产品：经提质后的褐煤可替代现用的高价烟煤，这使得该项工艺具备了显著的经济效益、也使得能源消费者有机会获得相应的环保政策的奖励。

3、褐煤提质技术简介褐煤提质是指通过物理的或化学的方法使褐煤的品质提高的过程。

国内外褐煤提质加工技术归纳起来大体可分为非蒸发脱水提质技术、成型提质技术、热解提质技术三大类。

1）非蒸发脱水提质技术美国KFx公司在上世纪80年代中期开发了K燃料工艺（K-Fuel Process）技术，经过20 年的完善已进入工业应用阶段。

煤经过粉碎之后，通过传送装置送入高压釜。

高压釜内压力和温度分别维持在3.7MPa 和238℃。

在高压釜中，煤块发生破裂，将硫化物从煤中分离出来，煤中的水分也随之蒸发掉。

经过高温高压处理的煤粉和蒸发出来的水蒸汽可以直接送入锅炉进行发电或供热。

图1 美国K-Fuel高压釜蒸汽干燥工艺日本电源开发公司（D）和川崎重工公司（K）从1976 年开始研究并成功开发出了D-K 非蒸发脱水工艺。

DK 脱水工艺可实现褐煤水分在非蒸发条件下加热，使水分以液体状态从褐煤中脱出。

装置内有4 台压力釜，可实现半连续运转，压力釜之间可实现排出蒸汽和热水的回收。

图2 日本D-K非蒸发脱水工艺日本神户制钢所（Kobe Steel Group）于1993 年开始研究UBC（Upgrading Brown Coal）褐煤提质技术，其特点是用轻油去除褐煤中的水分。

将褐煤研磨成粉状后，与再生油（通常是石油裂解产生的轻油）和重油混合，形成煤浆，然后在一个蒸发器中加热煤浆，水分被蒸发，再用细颈盛水瓶从脱水的煤浆中回收油，得到提质粉煤，最后将提质的煤压制成型。

图3 日本UBC轻油法脱水成型工艺2）成型提质技术原煤在干燥器中干燥使其水分降至12%～18%。

再经冷却、分离，并破碎至0～6mm，再将其送入带式型煤机，在不添加粘结剂的情况下以500～2000Bar的压力挤压，最终生产出不同形状的型煤。

早在1858年，年轻褐煤无粘结剂冲压成型工艺就在德国西奥多矿井实现了工业化应用，到1988 年，德国莱茵地区共有4个型煤厂，年产型煤400万t，其中70%用于民用取暖。

图4 德国年轻褐煤干燥冲压成型工艺德国泽玛格(ZEMAG)公司开发了采用蒸汽管式干燥机进行干燥再辊压成型工艺，用于低阶煤的无粘结剂成型。

其工艺是将褐煤在蒸汽管式干燥器中不完全干燥，然后将其输入一个辊压成型机压制成型煤。

图5 德国ZEMAG蒸汽管式干燥辊压成型工艺澳大利亚怀特公司开发了用于低阶煤的无粘结剂成型BCB技术，其工艺是将次烟煤在气流干燥器中不完全干燥，然后将其输入一个辊压成型机压制成型煤。

图6 澳大利亚BCB气流干燥辊压成型工艺3）热解提质技术德国Lurgi GmbH公司开发的Lurgi-Spuelgas低温热解工艺。

其特点是：褐煤或型煤（约25～60mm）由上至下移动，与燃烧气逆流直接接触受热干燥段，干燥后原料在干馏段被600℃～700℃烟气加热至约500℃，发生热分解，生成的半焦进入冷却段被冷气体冷却，半焦排出后再进一步用水和空气冷却，从干馏段逸出的挥发物经过冷凝、冷却等步骤，得到焦油和热解水。

图7 德国Lurgi-Spuelgas低温干馏工艺德国Lurgi GmbH 公司和美国Ruhurgas AG 公司联合开发的固体热载体低温干馏工艺。

初步预热的小块原料煤同来自分离器的热半焦在干馏器内混合，发生热分解反应。

从干馏器出来的半焦进入提升管底部，由热空气提送，同时在提升管中烧除其中的残碳，使温度升高，然后进入分离器内进行气固分离，半焦再返回干馏器，如此循环。

从干馏器逸出的挥发物，经除尘、冷凝、回收焦油后，得到热值较高的煤气。

图8 德国和美国Lurqi－Ruhurgas 固体热载体低温干馏工艺LFC热解提质工艺由美国SGI公司1987年研发，随后壳牌矿业公司(SMC)加入，现为MR&E 公司拥有。

将煤筛分成3-50mm，在干燥炉和热解炉中，有一个细格子的转鼓，将上部落下来的煤与下部吹上来的循环加热气体形成对流并进行混合。

干燥后的煤进入热解器里热解。

1992年第一座1000t/d示范厂(ENCOAL工厂)在科罗拉多州建设完成并投产运行5年。

图9 美国Encoal LFC温和气化干燥热解工艺Toscoal 煤低温热解技术是美国油页岩公司和Rocky Flats 研究中心基于油页岩干馏工艺开发的。

于1970 年至1976 年间在25t/d 的中试厂先后对次烟煤、粘结性烟煤进行了试验。

粉碎干煤在提升管内用来自瓷球加热器的热烟道气预热，预热煤在热解转炉中和热瓷球接触，受热并发生分解。

半焦在回转筛中与瓷球分离，瓷球再进入提升管被提升、加热循环使用。

图10 美国Toscoal瓷球固体热载体热解工艺澳大利亚联邦科学与工业研究院(CSIRO)自上世纪70年代开始研究开发了流化床快速热解工艺。

煤粉用氮气从加煤器通过管道喷入流化床热反应器，反应器床层由0.3～1mm大小的砂粒组成, 预热的氮气通过反应器底部的分布板进入流化床，煤粉在热解反应器中快速热解。

图11 澳大利亚流化床快速热解工艺多段回转炉工艺是中国煤炭科学研究总院北京煤化工分院开发的低变质煤热解工艺。

粒度为6～30mm 的褐煤在回转干燥器中干燥后进入外热式回转热解炉中低温热解，所得半焦在冷却回转炉中用水冷却熄焦后得到提质半焦产品。

图12 中国MRF多段回转低温热解工艺大连理工大学开发的褐煤固体热载体法干馏技术。

将褐煤通过干燥提升管干燥后与半焦加热提升管加热的热半焦快速混合热解而得到焦油、煤气和半焦。

此技术研究开始于1981 年并于1992 年在平庄建成了一套处理量150t/d 的褐煤固体热载体干馏工业性试验装。

图13 平庄150t/d的褐煤固体热载体干馏工业性试验流程2006 年，神华集团与中国矿业大学（北京）联合开发了热压成型HPU（hot press upgrading）工艺。

将褐煤破碎至0～3mm，再经过气流提升干燥，在热反应器中经轻度热解后，再进入成型机中辊压成型。

50万吨/年工业示范正在调试。

图14 中国HPU热压成型工艺神华煤制油化工研究院正在开发的低阶煤热解工艺。

将褐煤破碎至0～30mm，经过双套桶回转干燥器干燥后，与半焦加热窑来的高温半焦混合，在移动床热解器内热解。

该工艺为固体热载体加热方式，宽粒度入料，热态除尘。

目前正在进行6000吨/年中试研究。

图15 中国神华模块化固体热载体热解工艺4、中信重工褐煤提质技术介绍1）高温烟气褐煤提质工艺介绍该工艺就是利用烟气加热和高压挤压成型技术，使发热量小于4000千卡/公斤的低阶褐煤和污染严重利用率低的粉煤发生变化，降低水分、提高能量密度，改变其内部结构和空隙，改质后的褐煤能够达到烟煤水平，提高其燃烧热值20%～50%达到近5500千卡/公斤，含水量降低到8%以下、挥发分减小到10%～20%，可解决褐煤发热量少、容易自燃、二氧化碳排放量高、粉煤无法运输等缺点。

提高煤炭行业煤炭利用率节约能源，扩大工业原料煤的用途。

由于无任何粘结剂、型煤抗压强度高、落下强度大、转鼓系数高、杂质少、燃烧值高、防水性好、运输距离长等特点，可充分利用粉煤资源和减少环境污染。

其工艺系统主要优点如下：①褐煤干燥效率高，干燥时间短。