褐煤微波脱水回收利用
微波能作用下污泥脱水和高温热解的效能与机制
微波能作用下污泥脱水和高温热解的效能与机制微波能作用下污泥脱水和高温热解的效能与机制一、引言污泥处理一直是水处理领域中的一大难题。
传统的污泥处理方法包括自然干化、机械脱水和焚烧。
然而，这些方法存在着脱水效率低、处理成本高以及对环境造成二次污染的问题。
近年来，利用微波能进行污泥处理逐渐引起了人们的关注。
微波能具有快速加热、选择性加热和能量传递效率高等特点，被认为是一种潜在的污泥处理技术。
本文将重点探讨微波能作用下污泥脱水和高温热解的效能与机制。
二、微波能作用下污泥脱水效能与机制1. 微波能加热速率快相较于传统的机械脱水方法，微波能能够迅速加热污泥。
微波场能够直接作用于污泥分子，通过分子间的摩擦转化为热能。
这种快速的加热速率能够显著提高脱水效率，在短时间内使污泥失去一部分水分。
研究表明，微波能作用下的污泥脱水效率可以达到80%以上。
2. 微波能选择性加热微波能具有选择性加热的特点，能够更集中地加热污泥内部的水分。
由于水分分子在微波场下具有较高的介电损耗，微波能主要作用于水分分子而忽略其他组分。
这种选择性加热能够减少污泥内部的温度梯度，使污泥均匀加热，从而提高脱水效率。
三、微波能作用下污泥高温热解效能与机制1. 微波能加速热解反应高温热解是指在一定的温度条件下，将污泥中的有机物转化为可燃气体、液体和固体产物的过程。
微波能加热不仅可以快速提高污泥的温度，还可以在较低温度下实现一些高温反应。
因此，微波能能够加速污泥的高温热解反应速率，减少处理时间。
2. 微波能促进有机物解聚和挥发微波能加热可以改变污泥中有机物的分子结构，促使有机物的解聚和挥发。
微波能作用下，污泥中的有机物分子振动加剧，分子键被破坏，分解产生燃料气体和液体产品。
研究表明，微波能高温热解能够使污泥中的可燃气体产量显著增加，有机物的转化率达到60%以上。
3. 微波能降低固体产物的含碳率高温热解过程中，污泥中的有机物不仅会产生可燃气体和液体产品，还会生成气体、液体和固体的固体产物。
褐煤干燥脱水技术的研究进展
２ ２ 热脱 水工艺 ／ ．． 法
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 。 源 为过热 热 蒸气 ，工 艺过程 温度 为大 约 ２ ５Ｃ。因此 为维持 ３＂ 水分 不被 汽化 ， 系统 压力必 须维 持在 同温度 下水
或微弱 结合 的水 ，经过等温 抽气 即可 出去 。二 ， 在微孔 中有紧 紧吸住 的水 ， 它们在适 度增 高的压 力和温度 下可 以 出去 。 ，水还 能化 学吸 附在 煤 三 上， 这种水 只有在 较高 的蒸汽压力 下才能释放 出 来 。第三 种水 同煤 中含氧 官 能 团的热 分解 相 联
天。 经过 蒸汽 处理后 ，电厂用处理过 的褐煤将 是
５０ ００吨／ ， 天 这就意 味着 燃料运 输量减 少了 ５％ ０。 因此 煤炭 干燥 技 术 的开 发有 利于 扩大 年 轻煤种 的综合利用途 径 ， 可以很大程度 上提 高年轻煤种
的市场竞 争力 。
１２ 褐煤 中的水分 ．
在 于运 费， 水分高 也 限制 了将本 地 区的褐煤 向远
游 装 置 的利 用效 率 ， 降低设 备规 模 。Ｔ ｂ ｒ Ｇ ｉｏ ．
源是 关键 问题 。 国褐煤 资源储 量大 ， 由于褐 我 但
煤水 分含 量很 高 ，如直接 参与燃烧 ， 方而在着 一
Ｒ ｚ ｏ ｙ …曾做过试 验 ，用褐煤 （ １９ Ｍ ／ ｇ ｏ ｇｎ ｉ １． ３ Ｊ ｋ 热 值 ，４ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ． ２ 水 分 ）经 ２ ０ ６ Ｐ 的蒸汽处 理后 ， ２ ５％ ．２Ｍａ 水分 降至 １． ３ ， ４ ４ ％ 热值 增加到 １ ． ８ Ｍ ／ ｇ 增 ８ ０４Ｊ ｋ ，
・
一种褐煤常温脱水的方法
一种褐煤常温脱水的方法
常温脱水是一种将褐煤中的水分去除的方法，在常温下进行脱水操作可以减少能源消耗和生产成本。
以下是一种常温脱水褐煤的方法：
1. 原料准备：将褐煤按照一定的粒径进行破碎和筛分，获得较为均匀的颗粒状褐煤。
2. 浸泡处理：将褐煤颗粒浸泡在一定比例的水中，使褐煤吸水膨胀。
3. 水分渗出：将浸泡后的褐煤颗粒放置在适当的容器中，让水分自然渗出。
在这个过程中，可以根据需要对容器进行轻微振动或者利用重力加速水分的渗出速度。
4. 压榨脱水：将渗出后的湿褐煤放入压榨机中，通过机械压力的作用，进一步将水分从褐煤中挤出。
此步骤可以根据需要重复进行，直至褐煤的水分含量达到要求。
5. 干燥处理：通过低温干燥或者自然风干的方式，将褐煤颗粒中残留的部分水分进一步去除。
在干燥过程中，可以根据需要调整温度、湿度等条件。
需要注意的是，每个步骤中的操作参数和具体设备的选择需要根据实际情况来确定，不同的褐煤的脱水方法也会有所不同。
以上只是一种常温脱水褐煤的示例方
法，具体的操作可以根据实际工艺要求进行调整。
褐煤干燥技术发展
褐煤干燥技术发展《化学工业杂志》2014 年第五期1 煤不同利用方式的最佳水含量在成型、炼焦、气化、低温炭化、加氢液化等过程前，进料煤通常需要被干燥。
不同利用方式对煤水含量的需求范围如表1 所示。
不同地区褐煤的水含量和组分相差较大，如表2 所示。
在实现褐煤干燥这一目标时，需要谨慎地对干燥机的设计进行系统评估，在降低成本、保障安全性的同时，令干燥效率最大化。
尽管有许多商业化的干燥技术和设备，但由于褐煤的组分地区差异较大，加之项目用途各有不同，因此没有一种通用的干燥方法可以被用于褐煤干燥，均需要试验以确定可达到目标的干燥方法。
2 褐煤干燥技术自20 世纪20 年代开始，人们开发了大量的煤炭脱水和提质工艺，以生产低水含量、高热值、便于运输的煤。
表3 中列出了常见的干燥机类型及其特点。
2.1 蒸发干燥技术2.1.1 回转滚筒式干燥机回转滚筒式干燥机是目前最完善、通用性最强的干燥设备。
回转滚筒式干燥机可分为直接加热和间接加热两大类，基本设计元素包括以低速旋转的滚筒和安装在滚筒外部的绝缘圆柱形外壳。
直接接触式干燥机中，湿物料与干燥介质直接接触。
干燥热空气、烟道气以及过热蒸汽都可以被用作加热介质。
其加热介质中，氧气需要被严格去除，以避免其与煤粉直接接触发生爆炸。
干燥介质可以通过并流或逆流的形式与待干燥的物料接触，尽管逆流操作的热效率更高，但褐煤干燥工艺通常采用并流方式，以避免干燥机出口处局部温度过高，导致爆炸。
间接接触式干燥机(煤在管内流动，蒸汽通过管壁传热)即管式干燥机，其通过蒸汽间接换热蒸发褐煤中的水分而将水脱除。
这种干燥机从外观看与回转滚筒式干燥机相似，但因内部设置了大量的干燥管，故名管式干燥机。
间接干燥具有：（1）安全、可靠性高；（2）从褐煤中干燥出的水分及其热能便于回收利用；（3）干燥介质可循环使用等特点。
管式干燥机结构上为一回转滚筒系统，如图2 所示。
在滚筒壳体内有一个多管系统，筒体稍微倾斜。
原煤连续不断地从上方送入干燥机管内，由于鼓体是倾斜的，当鼓体旋转时，煤不停地流到出口。
褐煤的等温干燥特性及其脱水动力学研究论文
褐煤的等温干燥特性及其脱水动力学研究论文褐煤的等温干燥特性及其脱水动力学研究论文由于经济的快速稳定发展，我国能源需求趋势逐年增长，从而导致优质煤资源大量消耗，以至于难以满足能源安全和环境保护的要求，因此如何对资源储量相对丰富的低阶煤(尤其是褐煤)进行清洁利用无疑成为能源和化工领域的研究重点。
但褐煤中高水分含量(2500-6000)是其大规模加工利用的最大难题，因此要实现对褐煤的高效转化首先必须对其进行脱水提质处理。
褐煤是一种类似胶质体的毛细多孔性物质，水分存在于其多样的孔结构中，而其丰富的亲水性含氧官能团也以氢键的形式与水分结合，随孔结构及含氧官能团的不同，褐煤与水之间的结合力有所区别，从而使得脱除不同赋存形态的水所需能量不同。
国内外诸多学者为探索褐煤干燥特性进行了研究，如印尼褐煤煤粉、马来西亚褐煤颗粒、宁夏褐煤颗粒及锡盟褐煤的干燥动力学等口习。
在热风干燥过程中褐煤干燥受扩散机理控制，有效水分扩散系数随温度升高、相对湿度及样品质量的减小而增大比。
也有学者利用体积平均法对褐煤干燥建立了单颗粒及干燥理论模型。
利用扫描电镜检测发现锡盟褐煤经干燥后表而会出现断裂、粉化等现象叫，而蒙东褐煤孔体积在热压作用下略有减小，但其受压力的影响不如比表而积受压力的影响明显。
目前，对煤低温干燥中水分脱除行为与其结构变化间的关联尚无明确了解，笔者拟通过两种不同升温方式的等温薄层干燥对褐煤进行干燥脱水研究，并进行相应的动力学计算和拟合分析，由于低温干燥条件下褐煤内部的官能团不会发生明显改变，故主要表征了干燥过程中的物理结构变化，即比表而积和孔结构的变化情况，旨在分析干燥过程中煤中水分的变迁行为，为褐煤脱水提质干燥工艺的设计提供一定的理论参考。
1实验部分1.1煤样的选择选取一种内蒙古褐煤为实验用样，煤样的.工业分析与元素分析。
为避免煤样在制备过程中的氧化，将其在氮气保护下进行破碎、研磨、筛分，选取粒径为0. 18-0. 25 mm的煤粒作为实验用样。
浅谈褐煤的利用途径
［３］王风芹，袁红莉．陈文新微生物降解褐煤的酶学机理［Ｊ］ 生物技术，２００２，（０２）：４５ ４７
如ｇ如带‰际出橼如鼢她—旆如Ｆ幽≠龆Ｆ甥出社‰蝴如Ｆ蛛峪‰≈砗‰出科％过嫦如科绵幽—绵逝趟烯蛳如删缔出栅如斟坏觊８４坏￥￥￥￥她斛绵如—‰过希４绵
褐煤的用途十分广泛，工业利用的途径主要 有：燃烧、热解、炼焦、液化、气化、提取褐煤蜡及褐 煤微生物的转化与利用。
表６重复试验分析数据
４结束语
河南天宏焦化公司对煤沥青脱杂质预处理 后，再进行热聚合改质，试制的改质沥青喹啉不溶 物为１１％～１２％，甲苯不溶物为３２％～３６％，Ｂ 树脂为２０％～２４％，软化点为１０８～１１２℃，结焦 值为５９．５％～６０％，均符合改质沥青国家标准一 级品 万的要 方求 数，据可以制得符合开封炭素厂超高功率
此次会议的主要内容是：（１ｆ听取有关领导关于“循环经济理论”的报告；（２）讨论审查了《煤炭工业环 境保护“十一五”计划２００６—２０ＬＯ）（征求意见稿）、《煤炭资源开发与生态环境保护研究》（征求意见稿）、 《煤炭开采Ｉ程环境影响评价技术导则》（征求意见稿）；（３）研究２００６年煤炭行业环境保护工作。会上，与 会代表分为三组分别对三个重点课题进行了认真审查，并提出了很多宝贵的意见和建议。
２００５年第６期
沈国娟，等：浅谈褐煤的利用途径
以及甲烷合成。褐煤气化可生产城市煤气、管道
分子物质是主要的降解机制”Ｊ。
煤气、氨、尿素、甲醇和烃类的中间产物等。煤炭
褐煤经微生物降解后，黄腐酸含量有所提高，
气化比直接燃烧具有更大的优越性：燃烧稳定，无
腐植酸化学活性有所增强，可改良土壤，促进农作
蒲河褐煤干燥特性及清洁利用
我国能源结构特点是“富煤、贫油、少气”。
煤炭是国民经济的主要消耗能源占70%左右。
随着优质煤炭资源储量日趋下降，价格低廉的褐煤越来越受到关注。
但是褐煤的高水分特性限制了其长途运输和经济利用，发展褐煤高效清洁利用的关键技术之一便是褐煤的干燥问题。
1 褐煤干燥脱水褐煤含水量大于60%时，其中25%的煤内能就会被用于燃烧前的脱水，这导致了燃烧时总体效率的降低以及二氧化碳排放的升高。
1%燃烧效率的增长，可以减少2.5%的二氧化碳排放[1]。
脱水后，褐煤发热量将提高2~3倍，同时将更容易进行利用、运输和储存，其他性质也都发生一些变化[2]。
虽然国内外各种煤炭干燥技术和工艺都在进行研究，但针对褐煤干燥技术的研究和开发依然并不完善，更多节能环保、安全有效的干燥技术仍需要去探索[3]。
煤的含水量和化学组成因为所属地区不同呈现各异，影响了特定技术的有效性和适用性[5]。
没有任何特定的干燥方法可以干燥各种类型煤。
2 实验部分本次实验选用蒲河褐煤，使用磨煤粉碎机将煤样磨至粒径小于80目，装入广口瓶中待用。
利用真空干燥机在65 ℃条件下将煤分别干燥15 min、30 min、1 h、24 h，连同原煤煤样，制得含水量不同的总共5种煤样。
进行工业分析及元素分析，结果如表1所示。
表1 蒲河褐煤工业分析和元素分析检验项目收到基/ar空气干燥基/ad干燥基/d干燥无灰基/daf工业分析，%水分（M）10.84灰分（A）30.8533.4434.60挥发分（V）27.3729.6730.7046.94固定碳（FC）30.9326.0534.7053.06元素分析，%碳（C）34.7842.2743.7466.88氢（H） 1.77 3.44 3.56 5.44硫（S）0.340.340.350.54氮（N）0.990.900.93 1.42氧（O）*20.4316.2516.8125.723 结果与讨论表2是5种不同干燥时间的煤样汇总的工业分析数值。
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褐煤为广泛应用的固体原燃料，在供热、发电和化工 等行业被大量应用。但是，由于其水和灰含量高，致使收 到基低位发热量较低。这些不利因素限制了褐煤与其它煤 种的竞争力。褐煤经济运输距离约为 400km，远不及无烟 煤和烟煤，运输过程中遇到冻车和装卸损失等问题也比无 烟煤和烟煤多； 长时间暴露于空气中容易风化变质和自燃 造成产品煤的损失，这些不利因素共同作用缩小了其利用 空间，提高了其利用成本。因此，探索褐煤提质工艺能够 扩大褐煤的利用空间，减少其在利用过程中的损失，提高 其利用效率，对其应用具有较高的经济价值［1］。目前，褐 煤的脱水、风选、洗选 及 低 温 干 馏［2］ 等 加 工 方 式 已 经 进 行 了试验并取得了一些进展。本文结合我国部分褐煤产地的 水资源缺乏状况，提出开发一种新工艺—微波辐射脱水回 收利用，此 工 艺 既 可 提 升 褐 煤 质 量， 又 可 回 收 脱 出 的 水， 促进褐煤就地转化利用。
工方面的设计工作。
123
研究探讨
煤炭工程
2012 年 10 月
煤的含水多吸附在毛细管内，还有部分化合水，离心机难 以脱出这部分水。此外，离心机操作方式为间歇式，单台 次处理量 小，大 规 模 生 产 需 要 多 台 设 备， 这 会 增 加 能 耗。 因此，离心机脱水难以满足褐煤大规模的生产利用需要。
浙江大学能源清洁利用国家重点实验室曾用内蒙古褐 煤样品采用微波辐射脱水进行研究，比较样品脱水前后的 水分结果见表 1［8］。
表 1 微波脱水前后褐煤的水分变化
原煤 微波脱水 5min 后煤样
变化（ 降低）
Mt /% 28. 46 7. 60 20. 86
Mad / % 12. 22 4. 24 7. 98
2） 采用的脱水工艺要具有高效大型化可能。褐煤的开 采和应用规模较大，这要求脱水设备的处理能力与系统生 产能力匹配方能满足生产要求。
3） 脱水工艺与生产与利用环节需衔接紧密。脱水后的 褐煤长期放置会复吸空气中的水蒸气［7］，不但降低其收到 基低位发热量，降低其竞争力，而且脱水褐煤更容易自燃 起火，造成产品 褐 煤 损 失， 还 可 能 损 坏 生 产 设 施。 因 此， 选择的脱水工艺需紧密衔接生产与利用环节，缩短生产与 利用的空间距离，这样可以提高褐煤的竞争力和减少损失。
Mf /% 16. 24 3. 36 12. 88
由表 1 可见： 1） 微波辐射能够在较短时间内有选择性地迅速分离褐 煤中的水分。 2） 微波辐射不但能够有效降低褐煤的外水，而且能够 降低褐煤的内水。 3） 经微波辐射后褐煤的全水分（ Mt ） 为 7. 60% ，远远 低于褐煤的空气干燥基水分（ Mad ） 12. 22% 。说明微波辐射 对褐煤干燥是行之有效的方法。
1 脱水工艺的选择
褐煤脱水有两类方法： 一类是化学性质未发生变化的 物理方法，包括自然蒸发脱水、离心机脱水、低温烘干脱 水［3］、热机械脱水微波脱水和太阳能脱水［4］等； 另一类是 化学性质发生变化的化学方法，包括低温干馏、热处理成 型和溶剂抽提［5］等。
上述正在研究和已经投入生产的加工方法中，褐煤脱 出的水分是作为一种废弃物排放的，未回收利用。究其原 因，部分是因为脱出的水收集困难。另一部分是因为水分 随烟气等杂质排出，净化成本高。目前的水处理技术能够 回收矿井疏干水以补充生产用水，即能够处理褐煤中的水。
综上所述，适宜的脱水工艺要具有低污染、高效、紧 密衔接与生产和利用环节的特点。
1. 2 适宜的脱水方法
依据脱水工艺的选择原则，低温高效的物理加工方法 对脱出的水污染少，有利于水的回收利用，为合适的脱水 工艺。常见的有离心机脱水和微波脱水。
离心机脱水常用于选煤厂脱出煤表面附着的水，而褐
收稿日期： 2012 － 08 － 20 作者简介： 黄大军（ 1980 － ） ，男，内蒙古赤峰人，工程师、硕士，现在中煤国际工程集团沈阳设计研究院从事煤炭加
因此，褐煤脱水回收利用的关键是选择适宜的脱水工艺。
1. 1 脱水工艺的选择原则
1） 采用的脱水工艺要尽可能减少或者避免对脱出水的 污染，从而降低水处理的成本。
低温的物理处理方法优于高温的化学方法。热重实验 显示褐煤大约在 200℃ 开始发生干馏［6］，300 ～ 550℃ 为主要 热解阶段，释放大量可燃气体和焦油。如果采用高温脱水 工艺，虽然能够较快脱除褐煤中的部分水，但是干馏过程 也会改变褐煤分子结构，产生可燃气体、焦油和易溶于水 的酚类，这不但会降低产品褐煤的发热量，还大大增加水 回收和处理的成本。
微波辐射对极性的水分子具有极强的选择性，在微波 辐射范围内可同时作用于原料褐煤内外部的水分子，具有 连续生产、速度快、效率高的特点； 微波辐射频率亦可根 据褐煤的水分和生产规模调整，具有装备大型化的可能。
比较上述两种加工工艺可见，微波辐射能够实现污染 少、高效连续生产，且温度可控，脱出的水易于回收，微 波辐射设备体积小效率高，可根据实际需要灵活设计，紧 密衔接生产与利用环节是一种适宜的脱水工艺。
1. 3 脱水回收工艺
依据脱水方法的选取原则和适宜的脱水方法，提出如 下脱水回收工艺。
褐煤脱水回收工艺由微波辐射脱水和冷凝冷却回收两 部分构成。
微波辐射脱水部分根据生产规模进行设计，连续生产。 具体是将原煤筛分破碎至小于 50mm 粒级，通过给料机定 量，经带式输送机运至褐煤微波辐射脱水设备。脱水设备 温度控制在 110℃ （ 此温度可以脱除褐煤的表面水、毛细管 水和吸附水） ［7］，脱水设备根据原料褐煤水分调整微波辐射 脱水操作时间和所需微波频率控制产品水分，通过调整操 作时间可微调脱水处理能力。操作时间和频率的可调增强 了脱水工艺适应生产和利用的能力。脱水后的褐煤产品运 至利用环节。根据表 1 试验结果，微波脱水后的褐煤产品 水分可减少至小于 10% 。
2012 年 10 月Fra bibliotek煤炭工程
研究探讨
褐煤微波脱水回收利用初探
黄大军
（ 中煤国际工程集团 沈阳设计研究院，辽宁 沈阳 110015）
摘 要： 褐煤为低阶煤，含有较多的水和灰，收到基低位发热量低，这些不利因素影响了其 应用。为提高褐煤质量，针对脱水、降灰已经进行了许多试验，有些已经进行了工业试验，但至 今为止，经济高效的加工方式仍在探索中。考虑到部分褐煤产区缺水因素，文章提出采用微波脱 水工艺提质，并把脱出的水分回收，此工艺既可提高褐煤质量又能回收脱出的水。采用这一加工 方式，能够降低褐煤利用的能耗，提高其利用效率，扩大其应用范围。