探讨褐煤资源洁净高效转化中的脱水技术
2018-03-31田野
田 野
(合肥水泥研究设计院有限公司, 安徽 合肥 230051)
褐煤资源是一种具有高水分、高挥发分、高灰分、灰熔点低、热值低的资源,而且由于含水量较高也会增加运输的费用,限制了褐煤资源的外运。当褐煤资源用于火力发电时,由于水分比较高,因此在锅炉内的火焰温度较低,产生的热效率也低,甚至有可能出现安全问题,因此必须要对褐煤资源进行干燥脱水处理,才能有效提高资源的利用效率,降低综合能耗。
1 褐煤资源概述
褐煤是一种在成岩作用不充分的情况下,变质的煤炭资源,其煤化程度很低,大多呈现无光泽的褐色或者褐黑色,故称之为褐煤。由于褐煤普遍存在湿度较大的特点,燃点低、热稳定性差、二氧化碳排放量大是褐煤的典型缺点,不但会增加煤化工项目建设和运行的成本,还会造成严重的环境污染,而且褐煤不粘结,容易变质,但是具有高灰熔点、高挥发分和低磷、低硫的显著特点,因此成为了火力发电厂和沸腾炉理想的燃料。褐煤资源不但能够作为燃料使用,还可以作为催化剂载体、化工原料和吸附剂使用,能够达到净化污水和回收金属的目的。
我国的褐煤资源保有量很高,主要分布在我国内蒙古、云南、黑龙江、几轮、辽宁等地,虽然褐煤的碳含量较低,但是氢含量较高,相比于其他的煤炭资源更容易液化,如果能够通过先进的技术对褐煤进行提质,将能够生产出优质的燃料,从而解决目前能源紧缺的问题。对褐煤进行干燥脱水处理是改善煤质特性的重要途径,能够有效的提高煤炭的利用效率,降低能耗,目前我国主要使用低温烟气的工艺对原煤进行干燥处理,虽然能够在一定程度上降低褐煤的含水量,但是脱水率不高,需要对褐煤进行深度的脱水从而提高褐煤的发热量。
2 褐煤提质干燥的重要意义
作为我国主要的一次能源,提高褐煤的利用率能够有效缓解能源短缺的形式,首先褐煤的发热量较低,大约每千克在3000 kcal左右,但是通常使用烟煤的电厂都要求燃料的发热量要达到每千克5000 kcal,所以褐煤不能直接用于电厂的燃料;其次褐煤的含水量大约在30%-50%,热值很低,而且单位热值的运输成本较高,因此褐煤不具备市场竞争力;最后褐煤的发挥分很高,大约在30%-43%左右,这就造成了褐煤容易氧化、风化和自燃的特性,如果进行远途运输,安全问题难以保证。所以说,必须要对褐煤进行干燥和热解处理,从而降低褐煤的水分,提高褐煤的发热量,与此同时还能够提高褐煤的燃点,运输的过程中经济性和安全性都有了保障,由此解决了褐煤的外运问题,扩大了褐煤的销售范围。除此之外,经过提质的褐煤,能够有效的扩大其使用范围,为褐煤在电厂中的直接使用提供了可能,通过干燥脱水技术和低温热解工艺,不但能够得到清洁的煤固体产品来当作高效的清洁燃料,还能够转化利用低温热解煤气,得到一系列的高附加值产品,最大限度的发挥出褐煤资源的效能[1]。
3 褐煤资源洁净高效转化中的脱水技术
(一)流化床干燥技术
流化床干燥技术是一种气固两相流干燥技术,将湿物料在气流干燥器中先出去表面的水分,然后在流化床干燥器中出去结合水分,目前流化床干燥技术还没有被广泛的应用在煤粉的干燥上,对于褐煤来说,干燥技术需要克服的问题就是要防止在干燥过程中出现颗粒分布不均匀和燃烧爆炸等问题[2]。
(二)滚筒干燥技术
滚筒干燥技术主要是将湿物料在倾斜转动的长筒中前移,与此同时得到干燥介质传递的热量,从而达到对湿物料的干燥目的。滚筒干燥技术被广泛的应用在食品、矿物、化工等领域的散粒物料干燥上,用滚筒干燥技术对褐煤进行干燥,能够有效降低褐煤的水分,提升褐煤的热值,脱水率较高,相比于其他干燥技术,滚筒干燥的产量个更大,操作也比较方便,但是设备比较笨重,不但需要很大的占地面积,维修起来也不方便,而且在干燥的过程中温度较高,可能会引起褐煤的自燃或者爆炸。
(三)床混式干燥工艺
床混式干燥工艺主要是以流化床锅炉中的煤灰为热源,并与流化床分出的一股热床料在进入干燥机前混合后一起进入干燥器,湿煤在整个气流输送过程中得到干燥之后,将干燥煤料和床料在旋风分离器中分离,直接送到流化床锅炉中燃烧。这种床混式干燥工艺具有很明显的优势,不但干燥机的构造简单,而且煤料中的水分不会进入锅炉,能够有效降低热损失,提高热效率[3]。
(四)热水干燥技术
热水干燥技术就是将煤水混合物装在高压容器内,在密闭真空之后对该高压容器进行加热,这个过程主要是模拟褐煤的高温高压变质过程,从而脱出褐煤的水分。利用热水干燥技术,能够将褐煤的水分降到 11%以下,而且能够避免后期褐煤吸收空气中的水分,提高了褐煤中碳含量,从而提高了褐煤的热值[4]。经过热水干燥技术处理后的褐煤,具有较强的稳定性和流变性,还便于储存和运输,因此得到了普遍的应用。
(五)液化二甲醚固体脱水法
液化二甲醚固体脱水法就是利用液化的二甲醚作为脱水剂,利用二甲醚的沸点低、易渗透、与水互溶、易液化等特点,将固体原料与液化的二甲醚混合,形成饱和溶液之后再进行过滤,从而将固液分离。应用液化二甲醚固体脱水法能够将褐煤中的含水量降到5%以下,但是这种方法目前很难实现规模化的应用,还需进一步的研究[5]。
(六)热压脱水工艺
热压脱水工艺集合了热法脱水和机械力脱水的优点,在将褐煤加热到220℃以下时,利用机械挤压的方式,将水排出。应用热压脱水工艺首先要用工艺热水预热,其次要进行过热蒸汽加热操作,再次要进行加压脱水,最后进行闪蒸进一步的脱去水分。值得注意的是,为了能够使干燥的介质均匀的分布在煤层中,必须要用压盘进行预压,热压脱水工艺的操作条件和工艺过程要求都不高,因此有利于工业化的规模应用。
4 结束语
总而言之,褐煤资源具有非常可观的应用前景,而且在全球能源紧缺的形势下,褐煤的价值日益凸显,因此脱除褐煤的水分,提高褐煤的利用率是亟待解决的重要问题。通过有效的脱水技术,能够大幅度的降低褐煤中共的水分,提高褐煤的发热量,还能够得到一系列高附加值的产品,在转化为清洁煤之后,还能够进行远距离的运输,是加强褐煤综合利用的有效途径。