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1、褐煤干燥技术的进展及应用褐煤干燥技术的进展及应用时间：2012-7-16|点击：62|字体：大小田 靖 刘 兵（惠生工程（中国）有限公司，上海201203)褐煤脱水技术通常可以分为（蒸发）干燥和非蒸发脱水两类。干燥脱水的程度高，是工业上最常用的褐煤脱水方式；但干燥是一个能耗较大的单元操作过程，如何提高干燥过程的能量利用效率，降低单位产品成本，是提高褐煤等低阶煤种市场竞争力的关键因素。本文主要对目前工业中开发应用较为广泛的褐煤干燥技术进行介绍和分析。1 褐煤干燥技术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。根据干燥设备的不同，可以将工业中的主要褐煤干燥技术分为转筒干燥、带

2、式干燥、气流干燥、流化床干燥和振动干燥等5类。1.1 转筒干燥转筒干燥的核心是一个略带倾斜并能回转的圆筒体，筒体的倾斜度可以调节，范围一般为2到10。按照湿物料和热载体接触方式不同，目前工业中已开发利用的褐煤转筒干燥装置可分为直接加热转筒干燥器、回转管式干燥器和蒸汽管间接加热转筒干燥器1.1.1 直接加热转筒干燥图1为褐煤直接加热转筒干燥器示意图，其基本流程是：将一定粒度（一般30mm）的褐煤输送进转筒干燥器，同时与进入干燥器的热烟气直接接触，以对流传热传质的方式实现高水分含量褐煤的干燥。热烟气和原煤物料移动方向相同，即并流操作，入口处温度较高的热烟气与高水分含量的褐煤颗粒接触，出口端低温高湿

3、度的热烟气与低水分较高温度的褐煤相接触。并流操作的优点是干燥器出口端的气固温差小，可减小颗粒在高热通量情况下的粉化现象。由于转筒干燥的操作过程粉尘含量较高，需严格控制热烟气中的氧含量，避免着火或爆炸。图1 褐煤直接加热转筒干燥器示意图图2 褐煤回转管式干燥器示意图直接加热转筒干燥器的筒体直径一般为0.43.0m，筒体长度与筒体直径之比一般为410。干燥器的圆周速度一般为0.40. 6 m/s，热风速度为1.52.5 m/s。大唐国际发电股份有限公司采用直接加热转筒干燥技术，在内蒙古锡林郭勒盟建成了6100 t/h的褐煤干燥示范生产线一期工程。1.1.2 回转管式干燥回转管式干燥技术是德国泽玛克

4、（Zemag）机械制造公司最早开发的褐煤间接干燥技术。目前，上海的Zemag敏达机械设备有限公司拥有该技术，褐煤回转管式干燥器示意图见图2。回转管式干燥的基本流程是将一定粒度（一般6.3 mm）的原煤分别送入旋转圆筒内的众多干燥管中，干燥管内设置螺旋状叶片，煤通过重力和螺旋叶片导流作用在干燥管内向前运动，在干燥管外部通入低压饱和蒸汽或过热蒸汽（例如0.45MPa、165）。通过间接热交换将干燥管内的原煤升温并蒸发煤中所含的水分，从而达到干燥的目的。回转管式干燥技术的特点是用间接加热方式对褐煤进行干燥，避免了热烟气直接干燥易燃易爆的安全隐患，但回转管式干燥器的结构较复杂，处理能力受到一定限制，且

5、煤粉易在管内堵塞。呼伦贝尔金新化工有限公司的100万t/a气化型煤项目，就是采用了回转管式干燥技术，处理原煤量125万t/a。1.1.3 蒸汽管间接加热的转筒干燥图3为用蒸汽管间接加热的褐煤转筒干燥器。在干燥圆筒内以同心圆方式排列13圈蒸汽加热管，其一端安装在干燥器出口处集管箱的废水分离室上，另一端用可热膨胀的结构安装在通气头的管板上。蒸汽、热水等热载体由蒸汽轴颈管进入，通过集管箱分配给各个加热管，而冷凝水则借干燥器的倾斜度汇集至集管箱内，由蒸汽轴颈管排出。褐煤颗粒（一般20 mm）在干燥器内受到加热管的升举和搅拌作用而被干燥，并借助干燥器的倾斜度从较高侧向较低侧移动，从设在筒体较低端的排料斗

6、排出，气化的水蒸汽用风机抽出。国华（印尼）南苏发电有限公司的2150MW发电工程就采用了蒸汽管间接加热转筒干燥设备，对含水质量分数为62的褐煤进行预干燥，并于2011年7月正式投运。图3 蒸汽管间接加热的褐煤转筒干燥器示意图图4 褐煤带式干燥器示意图蒸汽管间接加热的转筒干燥器与回转管式干燥器的主要区是回转管式干燥器中煤走管内，蒸汽走管外；而蒸汽管间接加热干燥器中的蒸汽走管内，煤走管外，并且换热管数目相对较少。两者的相同点是都采用了转筒结构，且煤通过间接加热进行干燥。1.2 带式干燥褐煤带式干燥器不意图如图4所示，褐煤由进料端经加料装置均匀地分布到输送带上。输送带通常用穿孔的不锈钢薄板制成，由电

7、机经变速箱带动，可以调速。最常用的干燥介质是热空气或热烟气。以热空气为例，空气用循环风机经气体过滤器吸入，并经加热器加热后，经分布板由输送带下部垂直向上吹，将褐煤料层的水分蒸发并带走。载湿的气体部分排出箱外，部分与新鲜热风混合后作为干燥热风循环利用。干燥产品经外界空气或其他低温介质直接冷却后，由出口端卸出。干燥器箱通常分隔成几个单元，以便独立控制运行参数，优化操作。在工业应用中，干燥介质大多以垂直向上或向下穿过物料层进行干燥，因此该类干燥设备又称为穿流式带式干燥器。电厂可以采用带式干燥器并利用锅炉排出的较低温度（130 左右）烟气对褐煤进行预干燥，从而提高电厂总体的能量利用效率。1.3 气流干

8、燥气流干燥也称为“瞬间干燥”，是流态化稀相输送在干燥方面的应用。该方法是使待干燥的固体颗粒和干燥介质（如热烟气）直接接触，在输送过程中被干燥，然后通过旋风分离器等除尘设备将干燥产品分离出来。通过除尘器后的载湿气体部分作为废气放散，部分和新鲜干燥介质（如热烟气）混合后再循环利用。按照干燥介质和操作温度的不同，气流干燥可分为直管式和床混式两种。l.3.1 直管式气流干燥直管式气流干燥技术是最常见的褐煤气流干燥技术，目前已经处于工业示范生产阶段，主要用于褐煤快速干燥成型，褐煤直管式气流干燥器的示意图见图5。图5 褐煤直管式气流干燥器示意图图6 褐煤床混式干燥器示意图澳大利亚怀特能源公司的BCB (t

9、he Binderless Coal Briquetting）工艺技术中采用了直管式气流干燥技术。其采用的褐煤干燥介质为热烟气，由热风炉产生，热烟气循环使用，烟气中氧的体积分数控制在3%以下，以保证系统的安全性。煤在干燥的过程中始终将温度控制在100以下，煤干燥的提升压力为57kPa，提升高度为2040 m，提升高度与煤中的水分有关。快速加热提升管为关键设备，该设备采取外保温措施。怀特能源公司采用BCB技术在澳大利亚分别建有0.2 t /h和10 t/h的试验装置。神华集团和中国矿业大学（北京）共同开发的HPU (Hot Press Upgrade）技术，其工艺系统中也采用了直管式气流干燥装置

10、，将高含水量的褐煤经快速加热干燥脱水。HPU技术和BCB技术流程基本相似，神华集团采用HPU技术在宝日希勒建成了250万t/a的褐煤提质工业试验项目。1.3.2 床混式干燥褐煤床混式干燥器示意图如图6所示。首先，高速流动的过热蒸汽和流化床气化炉或锅炉底部分出的一股热床料混合，然后在干燥器入口前同湿燃料混合，在干燥器中热床料的显热使湿燃料中的水分蒸发出来，通过旋风分离器分离，干燥燃料和床料从蒸汽流中分离后直接送往流化床气化炉或锅炉。一部分蒸汽从旋风分离器回收后，返回干燥器底部重新与新的床料混合，其他蒸汽则由蒸汽循环管路分离后引人热交换器冷凝，或者作为给水加热器或空气预热器的热源。1.4 流化床干

11、燥目前，工业上开发应用的褐煤流化床干燥设备，主要是以过热蒸汽或空气作为流化介质（或干燥介质），流化床内部带有换热器。褐煤流化床干燥技术包括过热蒸汽流化床干燥技术和蒸汽-空气联合干燥技术。1.4.1 过热蒸汽流化床干燥图7为用过热蒸汽流化床的褐煤干燥器示意图。在过热蒸汽流化床干燥器内，过热蒸汽既是流化介质又是干燥介质，但是，干燥褐煤所需的热量主要由位于流化层内的蒸汽换热盘管提供，其温度要比床层温度高3050，褐煤从干燥器的上部送入，干燥后的褐煤从干燥器底部导出，流化蒸汽和干燥过程生成的蒸汽经过除尘设备后，一部分经过循环风机作为流化蒸汽循环使用，剩余部分经过热泵提高温度和压力后作为蒸汽换热盘管的热

12、源。该系统的特点是在蒸汽环境下操作，避免了着火或爆炸的危险。且通过热泵实现了对水的蒸发潜热的回收利用，提高了系统能效。冷凝水也可回收利用图7 用过热蒸汽流化床的褐煤干燥器示意图1.4.2 蒸汽-空气联合干燥蒸汽-空气联合干燥技术是美国Powder River Basin发电厂在近年开发成功的一种集成于燥技术。其工艺过程与过热蒸汽流化床相似，但其干燥加热的热源主要是电厂中冷凝器排出的热水，空气被热循环水加热到约43.33后，作为流化床干燥器的流化介质。同时，温度约48.89的热水作为流化床内加热盘管的干燥热源介质。由于热源温度较低，无法对褐煤进行深度干燥脱水，因此该技术主要用于对煤进行预干燥，其

13、优点是可以充分利用电厂的废热，提高了系统能量的利用效率。1.5 振动干燥振动干燥是利用机械振动实现固体颗粒在干燥器中流动，并在干燥介质（如热烟气等）的作用下实现干燥过程。目前，褐煤振动干燥设备主要有振动混流干燥器和振动流化床干燥器两种。1.5.1 振动混流干燥褐煤振动混流干燥器示意图见图8，其操作原理是一定粒度原煤（一般50mm）从干燥器顶部进入，并在干燥器内多层振动筛的作用下分散开，一部分粒度小于床孔的细物料穿过床孔垂直下落，大部分粗粒物料在振动状态下形成疏松料层，并沿床面移动，移至端部洒落到下一层振动筛上；热烟气（180250）由干燥器底部进入干燥器内。在干燥器内，物料既有垂直流动，又有水

14、平流动；热烟气与物料之间既有垂直方向的逆流，又有水平方向的逆流，形成特有的混流干燥作用。粗细物料与热烟气在混流过程中，经过多次混合分离再混合再分离的过程，被均匀干燥，大部分物料从干燥器的底部排出，极小部分细物料随气流进入除尘器，除尘器分离出的物料作为产品回收。白音华煤电公司的煤提质分公司，采用了振动混流干燥技术在锡林郭勒盟建设了两条150万t/ a褐煤干燥生产线。图8 褐煤振动混流干燥器示意图1.5.2 振动流化床干燥振动流化床是流化床的一种改进形式，主要是将机械振动施加于流化床上。目前，秦皇岛秦冶重工有限公司和东北大学联合开发了分段式振动流化床褐煤干燥技术，并且已经设计制造了10 t/h的中

15、试装置。目前，振动流化床应用于大型褐煤干燥项目还未见报道。主要的褐煤干燥器类型及其开发情况如表1所示。表1 不同类型褐煤干燥器的开发情况干燥器类型单台褐煤处理量t/h干燥前褐煤含水量Mt ，%干燥后褐煤含水量Mt ，%直接加热转筒100354015回转管式8056581020蒸汽管间接加热转筒621520直管式气流干燥63.42*338（成型后）过热蒸汽流化床556310振动混流床60可降低原煤水分6%15%振动流化床104010* 按年开工率为0. 9计算。2 褐煤干燥技术开发的关键因素2.1 热源褐煤干燥过程中热源的选择范围较广，以褐煤为原料的工厂，可以充分利用工厂中的低品位热源（如废烟气

16、、低品位蒸汽、废热水以及锅炉或气化炉的热床料），作为干燥褐煤的热源，从而可以提高工厂的能源利用效率。为了获得湿含量较低的褐煤干燥产品，一般选择温度较高的热烟气或蒸汽作为干燥热源。2.2 干燥介质干燥介质是指在干燥过程中提供水分蒸发所需热量或移出干燥过程中产生的水蒸气的气体物质。目前，褐煤干燥过程中的干燥介质主要为热烟气、过热蒸汽和空气。干燥介质的选择可以从来源、载热能力、安全性和回收利用等4个方面进行分析。（1）来源。热烟气可以通过燃烧炉燃烧气体、液体或固体燃料直接获得，还可以直接以干燥后的褐煤作为燃料，过热蒸汽可通过燃煤锅炉产生。（2）载热能力。蒸汽的比热容约2.0 kJ/ (kgK)大于烟

17、气的比热容约1.0 kJ/ (kgK)，因此，在相同供热量的情况下，所需蒸汽的质量流量较小。用过热蒸汽作为干燥介质时，干燥设备的尺寸也相对较小。（3）安全性。热烟气直接加热的干燥过程存在易燃易爆风险，因此，需要根据干燥温度严格控制干燥介质中的氧含量。而采用过热蒸汽作为干燥介质或采用间接加热干燥技术，则可以避免易燃易爆的风险。（4）回收利用。采用过热蒸汽作为干燥介质，经过除尘系统净化后，褐煤干燥过程中产生水蒸气的潜热可经过热泵压缩进行回收利用。而以热烟气或空气作为干燥介质，褐煤干燥过程中产生的水蒸气被稀释，气化潜热很难或无法回收利用，放散的热烟气或空气中所含的水分也很难回收利用。2.3 加热方式

18、（1）直接加热。直接加热是指干燥介质和褐煤颗粒直接接触，并提供湿物料中水分蒸发所需热量，同时将水蒸气移出干燥器。直接加热干燥属于对流传热、传质过程，传热、传质速率较快，为提高干燥介质的利用率，通常将一部分净化后的干燥介质和新鲜干燥介质进行混合，达到循环利用的目的。直接加热干燥过程中颗粒碰撞摩擦导致粉尘含量较高，因此，在褐煤直接加热干燥技术开发和设计时需要考虑防燃、防爆。（2）间接加热。间接加热是指通过换热器向干燥器内的湿物料提供水分蒸发所需的热量，其干燥过程中产生的水蒸气可以通过真空操作或向干燥器内通入少量气体，将其移出（对于褐煤间接加热干燥过程，一般选择后者）。由于通过换热器间接加热，热源介质在换热器内的停留时间长，热效率高。此外，褐煤间接加热干燥过程比较安全，干燥过程中产生蒸汽的潜热易于回收利用。3 结语目前，工业中开发应用的每一种褐煤干燥技术，都有自身的优势和应用范围。根据不同需要，将不同干燥技术进行优化组合，这是开发经济上可行，并符合环保要求的新型褐煤干燥技术的有效途径之一。