褐煤干燥技術(shù)發(fā)展及其應(yīng)用現(xiàn)狀

一、中國(guó)的褐煤應(yīng)用及干燥提質(zhì)技術(shù)現(xiàn)狀
    褐煤是一種高揮發(fā)分、高水分、高灰分、低熱值（14MJ/kg左右）、低灰熔點(diǎn)、污染重且利用率相對(duì)較低的資源。目前，我國(guó)煙煤、無(wú)煙煤等優(yōu)質(zhì)煤資源已被充分利用，拓展空間有限，而對(duì)褐煤的大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用剛剛開(kāi)始。我國(guó)褐煤資源相對(duì)比較豐富，己探明的儲(chǔ)量達(dá)1303億噸，占全國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量的13%，開(kāi)采成本低，其中內(nèi)蒙古占全國(guó)褐煤總儲(chǔ)量的77%。我國(guó)的褐煤普遍存在濕度大（30%—50%）而導(dǎo)致的燃點(diǎn)低和二氧化碳排放量大的缺點(diǎn)，直接燃燒未提質(zhì)的褐煤原煤，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題（二氧化碳排放量比普通煙煤高15%左右），增加電廠和煤化工項(xiàng)目的建設(shè)和運(yùn)行的成本；同時(shí)，較高的含水量導(dǎo)致褐煤運(yùn)輸費(fèi)用增  加，限制了內(nèi)蒙地區(qū)豐富的褐煤資源外運(yùn)至南方沿海城市利用的空間。
    提質(zhì)工藝是指通過(guò)合理的干燥過(guò)程，降低褐煤的含水量，提高褐煤能量密度的技術(shù)。
    目前，國(guó)內(nèi)褐煤干燥的工業(yè)應(yīng)用還沒(méi)有大規(guī)模展開(kāi)。國(guó)內(nèi)準(zhǔn)工業(yè)規(guī)模褐煤預(yù)脫水裝置分為：燃煤煙氣直接接觸：鏈板式，移動(dòng)床式，轉(zhuǎn)筒干燥和蒸汽間接干燥：過(guò)熱蒸汽內(nèi)加熱流化床, (過(guò)熱)蒸汽回轉(zhuǎn)圓筒兩種。
    國(guó)內(nèi)褐煤電廠多采用高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)磨煤機(jī)達(dá)到干燥煤粉的目的。但高溫?zé)煔馀c煤粉直接接觸存在安全隱患、造成爐膛溫度和鍋爐效率降低，而且褐煤水分過(guò)高導(dǎo)致調(diào)節(jié)復(fù)雜，動(dòng)力消耗和維護(hù)費(fèi)用高。
    國(guó)內(nèi)褐煤煤礦企業(yè)進(jìn)行預(yù)干燥的提質(zhì)工藝大都采用燃煤煙氣直接接觸的轉(zhuǎn)筒式干燥
氣流干燥機(jī)和鏈板式干燥機(jī)等，單機(jī)處理量小、占地面積大、投資高，污染大，不符合我國(guó)節(jié)能減排的要求。   
    國(guó)外在褐煤預(yù)干燥領(lǐng)域，最成熟、先進(jìn)的提質(zhì)工藝是過(guò)熱蒸汽流化床技術(shù)，德國(guó)RWE公司采用先進(jìn)的過(guò)熱蒸汽工藝，已經(jīng)在德國(guó)建成3套裝置，最大脫水能力達(dá)到110T/h。德國(guó)ZEMAG公司的間接接觸回轉(zhuǎn)干燥機(jī)也有較多應(yīng)用實(shí)例，但是相比RWE技術(shù)，存在單機(jī)生產(chǎn)能力小，尾氣排放量大，余熱無(wú)法回收，占地面積大等缺點(diǎn)。
    國(guó)外在褐煤提質(zhì)領(lǐng)域還有部分待開(kāi)發(fā)技術(shù)：美國(guó)Encoal, Coaltek, K-fuel，澳大利亞Coldry，神戶鋼鐵，分別利用電廠冷凝水余熱、微波、高壓蒸汽蒸煮、溶劑油萃取等方式進(jìn)行提質(zhì)，但是由于裝置投資巨大、運(yùn)行費(fèi)用高等缺點(diǎn)，不能完全適應(yīng)中國(guó)國(guó)情。
    二、褐煤過(guò)熱蒸汽干燥技術(shù)研究
    過(guò)熱蒸汽干燥技術(shù)簡(jiǎn)介：
    如流程圖所示，過(guò)熱蒸汽干燥技術(shù)是利用褐煤內(nèi)水分蒸發(fā)所形成的過(guò)熱蒸汽為與褐煤接觸的流化工質(zhì)，通過(guò)再熱器或流化床內(nèi)置換熱器間接提供干燥所需要的能量。系統(tǒng)閉路循環(huán)，全部為惰性無(wú)氧氣氛。干燥所產(chǎn)生的褐煤內(nèi)水分蒸發(fā)所形成的過(guò)熱蒸汽被排出系統(tǒng)后，可以回收全部干燥所共給的熱量，蒸汽消耗只有常規(guī)間接蒸汽回轉(zhuǎn)干燥機(jī)的20%, 熱效率大大提高。
    過(guò)熱蒸汽內(nèi)加熱流化床干燥技術(shù)作為目前的成熟技術(shù)，處理量大、生產(chǎn)工藝成熟、操作安全、穩(wěn)定可靠、工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)所帶來(lái)“三廢”污染少。完全滿足單臺(tái)年產(chǎn)300萬(wàn)噸提質(zhì)型煤、670MW發(fā)電機(jī)組、年處理量600萬(wàn)噸的60萬(wàn)噸甲醇以及300MW IGCC項(xiàng)目褐煤干燥處理的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)要求。
    以目前消耗量占褐煤開(kāi)采量約50%的褐煤電廠為例：
    目前我國(guó)褐煤發(fā)電總裝機(jī)量為l3GW(僅統(tǒng)計(jì)200MW以上機(jī)組)，2010年將擴(kuò)容l5GW，達(dá)到28GW，褐煤發(fā)電裝機(jī)量迅猛發(fā)展。以28GW的裝機(jī)量計(jì)，應(yīng)用山東科學(xué)院的褐煤預(yù)干燥潔凈煤工藝后，發(fā)電煤耗降低10-l2g/KW.h，上網(wǎng)電價(jià)降低8—15元/Mw.h. 新建褐煤電廠設(shè)計(jì)規(guī)范將會(huì)被徹底顛覆，平均每臺(tái)新建670MW的發(fā)電機(jī)組的投資降低6億元，而且將實(shí)現(xiàn)CO2減排近600萬(wàn)噸/年. 爭(zhēng)取CDM支持近37000 萬(wàn)元/ 年。節(jié)煤1848萬(wàn)噸，節(jié)約靜態(tài)電廠建設(shè)投資134.3億元。
    針對(duì)中小規(guī)模的煤炭企業(yè)和以褐煤為原料的煤化工行業(yè)推出了以過(guò)熱蒸汽為核心工藝的過(guò)熱蒸汽強(qiáng)化循環(huán)分級(jí)粉碎提質(zhì)技術(shù)（Super-heated steam Pneumatic low-rank Coal Upgrading簡(jiǎn)稱“SPCU”）和過(guò)熱蒸汽回轉(zhuǎn)圓筒提質(zhì)技術(shù)（Super-heated steam Drum low-rank Coal Upgrading簡(jiǎn)稱“SDCU”）。
    過(guò)熱蒸汽強(qiáng)化循環(huán)分級(jí)粉碎提質(zhì)技術(shù)為高溫快速干燥的脈沖氣流干燥方式，可實(shí)現(xiàn)褐煤的快速脫水、粉化，干燥效率高，可抑制褐煤低溫?zé)峤?。適用于年產(chǎn)100萬(wàn)噸的型煤項(xiàng)目。
    過(guò)熱蒸汽回轉(zhuǎn)圓筒提質(zhì)技術(shù)為低溫蒸汽回轉(zhuǎn)干燥方式，對(duì)原料的含水量（35-50%）和粒度（0.5-35mm) 適應(yīng)性廣，通過(guò)采用氮?dú)獗Ｗo(hù)工藝，可實(shí)現(xiàn)安全的深度脫水（成品褐煤含水量低于2%），適用于年處理量50萬(wàn)噸的煤化工項(xiàng)目和150MW的發(fā)電機(jī)組褐煤預(yù)干燥工程。
    三、先進(jìn)的過(guò)熱蒸汽內(nèi)加熱流化床褐煤干燥技術(shù)
    1.系統(tǒng)概況
    褐煤過(guò)熱蒸汽高床層內(nèi)加熱流化床干煤系統(tǒng)以飽和蒸汽作為熱源，用來(lái)干燥平均粒徑小于3mm的褐煤. 針對(duì)用戶為燃燒褐煤的電廠和具有蒸汽熱源條件的煤礦。
    熱源飽和蒸汽由電廠汽輪機(jī)的抽氣系統(tǒng)得到。飽和蒸汽送入干燥床中特殊設(shè)計(jì)的內(nèi)加熱管，實(shí)現(xiàn)與高水分褐煤的熱交換后，形成冷凝水，由疏水閥排出干燥系統(tǒng)，引回鍋爐系統(tǒng)。
    高水分褐煤經(jīng)過(guò)進(jìn)料閥及褐煤進(jìn)料機(jī)送入干燥床. 在過(guò)熱蒸汽環(huán)境下，在流態(tài)化狀態(tài)與內(nèi)置的多層換熱管實(shí)現(xiàn)與管內(nèi)飽和蒸汽的傳熱過(guò)程. 達(dá)到脫除水分的目的后，由干燥床下部排料閥排出干燥系統(tǒng)，進(jìn)入電廠磨煤系統(tǒng)，也可以接擠壓成型工藝，加工型煤外運(yùn)。
    由褐煤中脫出的水分形成過(guò)熱蒸汽，排出干燥機(jī)后，進(jìn)入二級(jí)除塵系統(tǒng)除塵合格后，通過(guò)循環(huán)風(fēng)機(jī)將一部分過(guò)熱蒸汽送回干燥床參與干燥循環(huán)，其余過(guò)熱蒸汽引出干燥系統(tǒng)，進(jìn)入電廠余熱回收系統(tǒng)再利用。
    2.技術(shù)特點(diǎn)
    安全：過(guò)熱蒸汽系統(tǒng)內(nèi)部為無(wú)氧環(huán)境，而且屬于低溫干燥，無(wú)熱解過(guò)程，干燥過(guò)程安全可靠。無(wú)著火和爆炸危險(xiǎn)，特別對(duì)于易燃易爆物料，優(yōu)勢(shì)明顯。
    節(jié)能：系統(tǒng)能耗明顯降低，和其它干燥技術(shù)相比，可通過(guò)回收循環(huán)系統(tǒng)中抽出的蒸汽熱量，節(jié)能50-70%。通過(guò)蒸汽余熱全部重新利用，綜合耗能僅為1t水/0.3t蒸汽。
    環(huán)保：和熱風(fēng)干燥相比，干燥過(guò)程中不產(chǎn)生的有害易燃?xì)怏w，灰塵通過(guò)回收冷凝的方式去除，無(wú)污染尾氣排放。
    干燥速度高：相比自然空氣，具有較高的比熱容，隨著溫度的升高，干燥速率優(yōu)勢(shì)明顯。
    節(jié)水：蒸發(fā)出的水分全部回收利用，大大節(jié)約水資源。
    減排：?jiǎn)挝缓置旱陌l(fā)熱量增加到原煤的1.4倍，燃料消耗減少3-5%. 燃燒效率提高1.2-2%，發(fā)電效率提高1.2%，二氧化碳減少0.03-0.08噸/Mw.h，即減少5-15%，可獲得CDM支持。
    經(jīng)濟(jì)：過(guò)熱蒸汽內(nèi)加熱流化床干燥高床層內(nèi)加熱流化床干燥潔凈煤技術(shù)已獲專利授權(quán)，此工藝產(chǎn)能比RWE技術(shù)高2-3倍，投資節(jié)省60%。而且，可以降低磨煤系統(tǒng)的消耗和磨損，能極好得實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有電廠鍋爐系統(tǒng)的無(wú)縫連接。
    過(guò)熱蒸汽干燥出來(lái)的褐煤有利于后期的擠壓成型：系統(tǒng)干燥之后的褐煤溫度高于100℃、粒度小、煤粉在加入對(duì)輥擠壓的過(guò)程中繼續(xù)釋放水蒸汽，使得煤粉進(jìn)入擠壓機(jī)時(shí)，被90---100%的水蒸汽包圍。水蒸汽阻止了周圍空氣對(duì)煤的氧化。擠壓時(shí)，煤中水蒸汽在高壓下冷凝液化，使氣壓減小，減少了型煤中氣孔的形成，也防止了煤粉擠壓時(shí)發(fā)生的爆炸，型煤產(chǎn)品強(qiáng)度高。
    四、結(jié)論
    大力發(fā)展和推廣SCU節(jié)能褐煤預(yù)干燥和擠壓成型新工藝是煤炭、電力行業(yè)節(jié)能減排工藝革新重要而現(xiàn)實(shí)的途徑。過(guò)熱蒸汽煤過(guò)熱蒸汽預(yù)干燥潔凈煤新技術(shù)在安全生產(chǎn)、節(jié)能降耗和節(jié)約水資源方面具有巨大優(yōu)勢(shì)。對(duì)我國(guó)褐煤干燥提質(zhì)工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展、褐煤資源清潔高效利用領(lǐng)域的開(kāi)拓具有重要的意義。符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和節(jié)能減排的要求，將對(duì)我國(guó)煤炭、電力行業(yè)的技術(shù)的升級(jí)革新起到重大推動(dòng)作用。
    在我國(guó)以煤炭為主要能源的戰(zhàn)略背景下，中國(guó)政府承諾2020年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40-45%，針對(duì)我國(guó)褐煤發(fā)電比例的快速增長(zhǎng)、西電東送和高效環(huán)保機(jī)組投入加大的發(fā)展趨勢(shì)，推廣山東科學(xué)院褐煤過(guò)熱蒸汽預(yù)干燥這一潔凈新技術(shù)，符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和節(jié)能減排的要求。對(duì)我國(guó)褐煤干燥提質(zhì)工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展、褐煤資源清潔高效利用領(lǐng)域的開(kāi)拓具有重要的意義。不但對(duì)我國(guó)煤炭、電力行業(yè)的節(jié)能減排起到巨大的帶動(dòng)效應(yīng)，而且對(duì)我國(guó)煤炭、電力能源基礎(chǔ)行業(yè)的綠色技術(shù)升級(jí)革新起到重要地推動(dòng)作用，可使我國(guó)在該領(lǐng)域迅速達(dá)到國(guó)際先進(jìn)乃至國(guó)際領(lǐng)先水平，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。

(王瑗整理)