褐煤干燥

　　褐煤干燥是指通过直接或间接加热的方式将褐煤中的水分以气态形式脱除。褐煤干燥技术按水分移除的方式划分，可分为蒸发干燥技术和非蒸发干燥技术两类，两种方式都有各自的优缺点。

褐煤干燥工艺

　　1、褐煤干燥工艺原理

　　基于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℃以上时，大部分的自由水能够被蒸发。

　　当褐煤水分低于15%时，若继续干燥和脱水，由于褐煤和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℃以上时，褐煤结合水(内在水)能够被脱除。

　　当褐煤温度高于150℃时，羟基官能团(主要为-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。

　　2、褐煤干燥工艺流程

　　褐煤干燥新思路示意图如下图所示。

　　褐煤由传输设备被均匀分布到干燥器I内，干燥器I里通的是经过控制阀I控制的低于100℃的余热烟气或者余热蒸汽，在这里蒸发掉褐煤表面的大部分水分，充分蒸发后，褐煤被传输设备送往贮存器I，贮存器I利用余热资源加热到100℃左右。

　　褐煤在100℃的贮存器I内贮存，在能量的驱使下部分含有O、H的化学键断裂，然后褐煤由传输装置被均匀分布在干燥器II内。

　　干燥器II里流通的是经控制阀II控制的温度低于200℃左右的余热烟气或者余热空气，在这里褐煤的表面自由水被全部蒸发了，然后褐煤再被运输设备运送到贮存器II贮存。

　　贮存器II也是利用余热资源加热到200℃左右，在贮存器II里褐煤的活动性大的化学键都发生了断裂和分解，氢氧根(OH^-)和氢根(H^-)发生断裂，羟基官能团(-COOH)发生分解，褐煤里的内在水被排除，被干燥后的褐煤接近标准煤，经过传输设备送到需要的地方。

褐煤蒸发干燥技术

　　按照干燥介质种类不同，蒸发干燥技术又可分为蒸汽干燥法和热空气/烟气干燥法，主要代表技术有管式干燥技术，滚筒式干燥技术，蒸汽流化床干燥技术(WTA)，蒸汽空气联合干燥技术以及床混式干燥技术(BMD)。

　　1、管式干燥技术

　　德国泽玛格(ZEMAG)公司研发的管式干燥机，其结构如下图所示。

　　工作原理为：首先，将原煤破碎到一定的粒度(小于6.3mm)，然后使其均匀分布到旋转滚筒内部的众多干燥管中。干燥管中内设螺旋状叶片，煤通过重力和螺旋叶片导流作用在干燥管内运动。在滚筒内部干燥管周围通入0.45MPa，170℃的过热蒸汽，通过间接换热方式提升干燥管内的原煤温度，使煤表面吸附水分受热蒸发，达到降低水分的目。

　　干燥器的间接换热设计，提高了干燥过程的安全，可靠性，适用于褐煤等易燃易爆的年轻煤种。干燥器结构设计合理，体积小便于安装，并且内部采用众多干燥管进行分散加热，增加了换热面积，强化了干燥效果。

　　对于大规模褐煤干燥，需要配备多台干燥器来保证系统出力，干燥后的尾气也需要处理，能耗较大，且原煤粒度必须保证在6.3mm以下，否则容易堵煤。该干燥工艺是工业应用中较为成熟的褐煤干燥方法，德国的MIBRAG煤场使用该干燥器已经平稳运行多年，可以把全水分为55%的褐煤干燥至10%左右，降水幅度非常大。

　　2、滚筒式干燥技术

　　某公司研究开发的新型滚筒式干燥器，是目前较为先进的滚筒式干燥器，其干燥过程如下：湿褐煤进入干燥器，借助干燥器的倾斜度(一般3%-5%)和转动作用，在干燥器中被扬料板反复提起、洒落，形成“料幕”，同时与热风炉产生的450℃的热烟气进行热交换，褐煤中的水分蒸发，被热烟气带走，干燥褐煤借助滚筒倾斜度滑行至排料装置，热烟气则在引风机作用下，经过两级除尘设备，Z后排人大气，完成褐煤干燥过程。

　　滚筒式干燥技术具有产量大、系统阻力小、操作弹性大，操作方便等优点。但缺点是设备笨重，占地面积大，结构复杂，维修不方便，一次性投资也较大，而且由于干燥温度高，容易发生褐煤自燃。某褐煤干燥工程，采用滚筒式褐煤干燥系统，将34%的高水分褐煤干燥至10%以下，降水效果明显。

　　3、蒸汽流化床干燥技术(WTA)

　　WTA干燥技术是在德累斯顿的奥尔哥瑞普研究所研究开发的蒸汽沸腾床干燥工艺的基础上，加入内部余热循环利用而产生的新干燥工艺，过热蒸汽进入流化床干燥器内，将高水分褐煤流从干燥机的底部吹向沸腾床上部产生流化现象，在此过程中，蒸汽既是干燥介质也是流化介质，它吸收了褐煤原煤中蒸发出的水分。

　　原煤从干燥机的上部进入旋风分离器，进行蒸汽和煤粉的分离，部分蒸汽被重新导回褐煤干燥器继续作为流化介质使用。作为褐煤干燥介质的蒸汽不含空气和杂质，之后使其经过疏水阀，冷凝下来的水用于湿煤的预热，而蒸汽部分则通过蒸汽压缩机转化为过热蒸汽重新循环使用。蒸汽潜热在工艺过程中循环使用，热效率显著提高。

　　4、蒸汽空气联合干燥技术

　　蒸汽空气联合干燥技术是由Power River Basin的发电厂开发的一种集成褐煤干燥技术。它利用从冷凝器出口热水作为干燥介质，虽然热水作为干燥介质，比过热蒸汽的干燥效果和干燥速度要差，但它对于电厂来说是余热利用，提高了电站的整体热效率。其原理如下图所示：

　　冷空气进入空气加热器内，被热循环水加热到43℃，然后送入流化床干燥器内成为煤粉流化介质，同时冷凝器侧49℃的热水作为流化床的干燥热源介质。原煤从干燥器上方进入，经过干燥后直接送人磨煤机进行燃烧。

　　干燥器上部出去的空气，经过各级除尘器，使飞尘含量降低后排人大气。试验结果表明，采用此法将人炉煤水分降低后，CO₂和SO₂排放明显下降，烟气量减少，厂用电降低，效果显著。

　　5、床混式干燥技术(BMD)

　　床混式干燥机(BMD)适合于电厂的预干燥过程，利用流化床燃烧技术可实现热电联产，以流化床锅炉作为热源，过热蒸汽与流化床分出的一股热床料(煤灰)在混合后一起进入干燥器底部，将热量传递给湿褐煤，湿褐煤在气流输送过程中干燥，之后进入旋风分离器，干燥煤料和床料从蒸汽流中分离后直接送往流化床锅炉燃烧。

　　一部分蒸汽从旋风分离器回收后被返回到褐煤干燥机的底部与新的床料混合，从煤料中蒸发的其他蒸汽在循环管路中分离后进人热交换器冷凝。此种褐煤干燥机建造简单，而且煤料中的水分不进入锅炉，排烟热损失少，可以减小烟道尺寸，从而降低了锅炉的设备投资，Z重要的是，它可以大幅提高整个电厂的热效率。

褐煤非蒸发干燥技术

　　非蒸发脱水法是指不通过蒸发的方式去除湿煤中水分的褐煤干燥方法，一般来说是在一定温度和压力隔绝空气的条件下，通过加热、挤压剪切等方法改变褐煤的物理和化学结构，脱除部分含氧官能团，并使褐煤含水量下降，褐煤本身亲水性下降，疏水性增强。利用该原理进行褐煤改质的代表工艺包括热水干燥，高温高压蒸汽干燥和热压干燥工艺。

　　1、热水干燥技术

　　热水干燥相当于模拟煤炭在自然界的高温高压炭化变质，将原本需要数万年将低阶煤转化成高阶煤的过程在短短几分钟内实现。

　　热水干燥方式的机理是将煤水混合物装入高压容器内，密闭抽真空后加热该高压容器，热解脱掉褐煤的碳氢长侧链和大量的羧基(-COOH)、甲氧基(-OCH₃)及羟基(-OH)等亲水性官能团，减少了褐煤内在水分的重新吸附机会，同时褐煤在热解过程中产生的CO₂，SO₂等小分子气体将水分从毛细孔中排出。过程中生成的煤焦油在较高的温度和压力下冷却后会凝固在缝隙和毛细孔中，把褐煤的缝隙和毛细管封闭，使煤的内在水分被的脱除。

　　热水褐煤干燥技术可以将褐煤水分降到11%以下，并使得褐煤不再吸收空气中的水分，便于贮存、运输和加工。褐煤干燥提高了的含碳量，从而提高了发热量。此外，褐煤干燥后仍保留反应活性好、易燃且燃烧完全的特点，而其稳定性和流变性优于烟煤，从而使其得到更加广泛的利用。但系统复杂、经济性不佳，耗水量大，水回收投资大是热水干燥技术的主要缺点。

　　2、热压脱水工艺(MTE)

　　热压脱水工艺由德国多特蒙德大学Strauss等研究开发过程分为四个阶段：①用工艺热水预热;②过热蒸汽加热;③加压脱水;④闪蒸进一步脱水。

　　原煤在干燥前用压盘稍微预压一下，预压时热水从压盘里的喷洒系统均匀地分布在煤层表面，这样可以使得干燥介质均匀分布在煤层中。在饱和蒸汽压力下，水进入压力室，热水经过煤层并且向煤释放所有的热量，然后用蒸汽加热并使煤中的水分部分从煤层中脱离出来。Z后再经机械压力和进一步闪蒸过程，脱除大部分水分。

　　目前在德国尼德奥已经建成使用该褐煤干燥工艺的褐煤示范电站，运行效果良好，由于MTE褐煤干燥工艺良好的发展前景，目前德国多家公司正在进行该工艺的优化研究和示范电站的建设。

　　3、液化二甲醚固体干燥法

　　日本ZY电力工业研究所正在开发的一种脱水技术，工艺使用液化二甲醚(DME)为脱水剂，将褐煤和液化的二甲醚在36℃、0.78MPa的条件下混合，褐煤中的水分将快速的被提取出来形成饱和溶液，然后将褐煤与溶液过滤分离。分离出的液体在25℃、0.53MPa条件下闪蒸来回收二甲醚，然后再将DME压缩到0.78MPa进行液化，加热到36℃循环使用。

　　在实验条件下，使用该工艺可以将1kg含水53%的褐煤干燥到含水5%以下，DME的残留量约为1%，且所需能量是传统热脱水方法的50%。目前该褐煤干燥技术还处于实验研究阶段，无法满足大规模褐煤干燥需求是其无法工业化的Z大障碍。