褐煤气化前的预处理技术

煤炭加工与综合COAL PROCESSING & COMPREHENSIVE UTILIZATION褐煤气化前的预处理技术周夏,刘长辉(1.泛海能源投资包头有限公司,内蒙古包头014030;2.山东华鲁恒升化工股份有限公司,山东德州253024)摘要;介绍了褐煤的分选方法和注意事项以及国内外在褐煤干燥方面的研究成果;针对移动床、流化床和气流床煤气化技术对褐煤入炉前的要求,分析了褐煤制型煤、褐煤制水煤浆及干煤粉等预处理阶段的工艺过程。关键词:褐煤;气化;预处理;型煤;水煤浆中图分类号:TD849.2文献标识码:A文章编号:10058397(2008)05003205目前,国内多数褐煤气化装置选用典型的移褐煤O/C原子比高、内水含量及挥发分高、动床、流化床和气流床煤气化技术。云南解化集灰分及灰熔点变化大、发热量低、反应活性强,团最早用固态排灰的 Lurgi移动床气化炉进行褐与烟煤、无烟煤相比,褐煤气化前的预处理技术煤气化,后来将其中一台锅炉改造为液态排渣的有其独特的特点和要求。BCL移动床气化炉;长山化肥厂、黑化集团采用1褐煤的分选与干燥恩德流化床气化炉进行褐煤气化;大唐国际锡林1.1褐煤分选郭勒盟煤化工项目则采用了 Shell干煤粉气流床褐煤中的矸石生成年代较短,石化程度浅,气化炉进行褐煤气化;赤峰泽楷能源化工有限公司拟采用多喷嘴对置式水煤浆气流床气化技术将尤其是年轻褐煤,其中矸石遇水容易泥化,长时间在空气中暴露容易粉化,给选煤厂的煤泥水处褐煤转化成煤气。理造成一定困难。我国目前一般只对年老褐煤进收稿日期:20080506行冼选,一些变质程度低的年轻褐煤,发热量本作者简介:周夏(1968-),男,山东陵县人,1990来较低,长时间暴露于空气中发热量损失较大业于山东工业大学,工学学士,泛海能源投资包头有限公司高级这样的褐煤不宜洗选。如果没有特工程师,电话:1502332662。率低的褐煤尽量不要冼选。参考文献6结论[1]李杰勇.绘制可选性曲线和分配曲线的新方法[J.选羔计算机绘制可选性曲线的方法有多种,笔者煤技术,1995,12(12):9-12运用传统的绘图思路,利用具有灵活数据处理能[2]范肖南,沈长霞采用 EXCEL绘制原煤可选性曲线力的 MATLAB语言,编制出绘制可选性曲线的用[].选煤技术,2004,4(2):56-58户界面,并能精确查值,使其在选煤实际生产中3]攀民强,选媒数学模型与数据处理[M.北京:媒炭工具有更强的适用性。实事上, MATAB在选煤中业出版社,2004的应用远不止于此,关于选煤的“等原则”、分[4]冀飞,路迈西.用ⅤBA在 EXCEL中开发可选性曲线拟合软件[刀].选煤技术,2004,12(6):47-4配曲线的模型优化选择、分配曲线不同的平移方法等,均可利用 MATLAB做出比较满意的结果。中国煤化工精通 MATLAB GUI设t,2008,2CNMHG徐州:中国矿业大学出2008年第5期周夏,等:褐煤气化前的预处理技术在能够筛分出干粉,并要增加块煤率和降低较高的褐煤釆用机械方法辅之于理化方法脱水,γ泥化程度时,可采用空气重介质干法分选脱除褐该法可直接将煤矿生产的原煤就地干燥,使褐煤煤中大于毫米粒级的矸石。当筛下煤粉的灰分较的水分从60%左右降低到15%以下,发热量提高时,可根据具体情况用跳汰机进行分选。如果高近3倍,从而把高水分的褐煤转变为高质量、矸石和煤的性质适宜,也可考虑釆用滚筒碎选机改进型的煤,其品质相当于烟煤。但这种冷干煤排矸。技术目前还没有工业化应用的实践。内蒙古平庄煤业(集团)公司针对褐煤洗选存黑龙江科技学院引进国外先进的褐煤热水千在的问题,引进了复合式干法选煤技术,经过分燥技术,将煤与水装人高压容器内,密闭抽真空选、除矸后,块煤、末煤均能达到质量要求。后加热,模拟煤在自然界中的变质过程,使褐煤唐山神州机械有限公司开发了具有自主知识产权改质。高温高压下,热解产生的CO2、SO2等气的FGX复合式干法选煤成套设备,用于褐煤等体将褐煤水分从毛细孔中以液态形式赶出。热解易泥化煤及劣质煤分选,该设备可有效脱除煤炭过程改变了褐煤微观结构,减少了水的再吸附机中的矸石杂质,选后煤的水分低、发热量高。会,生成的煤焦油冷却后凝固在缝隙和毛细孔由于褐煤具有水分高,发热量低,挥发分中,从而封闭了褐煤的缝隙和毛细管。利用该技高,在空气中易风化、碎裂、自燃,遇水容易泥术处理后的褐煤既保留了褐煤挥发分高、反应活化等特点,因此在进行分选时应注意以下几性强的特点,又避免了易风化、水分高的缺点热水干燥改质后的褐煤可以制备性能优良的水煤1)要釆用大型选煤设备,要减少褐煤分选浆、型煤。目前该技术仅处于试验室阶段,有过程中的滞留时间,减少褐煤在分选过程中的碎待于工业化实践裂环节;2移动床气化用褐煤型煤的生产(2)褐煤洗选加工时,尽量减小贮煤场地;(3)采用不易粘连的耐磨材料做料仓及溜槽2.1采用型煤的必要性衬里,同时应加大各溜槽及贮仓的倾角(1)lurg、BCL移动床气化技术要求人炉煤1.2脱水提质粒度为6~60mm,随着综采、机采技术的普及,褐煤贮存过程中,其中的水分会加速煤的粉所产原煤粒度越来越细,粉煤量已占50%以上。化和氧化;运输过程中,水分会导致无效运输(2)移动床要求入炉煤有较好的热稳定性和在冰冻地带的冬季,高水分煤会造成装卸困难;较高的抗碎强度。一般,褐煤原煤水分高、机械煤中水分还使煤的发热量降低,在煤气化过程强度低、热稳定性差,在移动床气化炉内褐煤受中,为了蒸发水分,需要消耗和带走热量。因热后因水分蒸发,容易碎裂成小块或煤粉,增加此,为了降低褐煤水分,需对其进行干燥处理炉内阻力,降低气化效率,使煤气中未反应煤粉国内外褐煤干燥脱水技术有管式、流化床的带出量增多,影响正常运转,甚至可能造成停式、床混式、热机械脱水等,其中热机械脱水干炉事故。燥技术可以通过热压力使矿物质(特别是碱金属)(3)因褐煤水分含量高,煤粉容易粘在煤块同时析出,从而减少积灰、结渣。近年来,过上一起进入气化炉,使炉内气体分布不均匀,操热蒸汽干燥脱水技术是国际上褐煤干燥技术研究作困难。若将粉煤加工成型煤再人炉气化,则具开发的重点。有一定的优越性。与原块煤直接气化相比,型煤大唐华银电力股份有限公司拟利用美国粒度均匀,可以通过煤种混配、快速加热以及热MRE公司的LFC(褐煤温和热解、干燥提质、钝焖等方式,降低原煤的粘接性、调整煤的灰熔点化处理)技术来干燥褐煤。褐煤经该技术处理后和机械强度、改善热稳定性等。可以脱除其中的水分或挥发分,有利于提高其发2.2中国煤化工热量,避免发生自燃的危险。CNMH多的抗压、跌落、澳大利亚成功硏发了冷干煤技术,对含水量耐磨等冷态机械强度,以确保气化人炉型煤不破煤炭加工与综合利用2008年第5期碎(2)型煤要有足够的热稳定性,在气化燃烧流化床气化用褐煤的预处理过程中能保持原来的粒度。3.1流化床气化技术对入炉煤的要求(3)褐煤水分过高,应通过型煤制造工艺,(1)流化床气化操作温度要求低于煤的灰熔降低水分含量;型煤要有较强的防水性能,成型点,以避免灰分结渣。但炉温越高,越有利于提后不会因水浸、雨淋、受潮等,而使强度明显高气化强度和煤气质量,因此,采用流化床气化降低时最好用灰熔点高的煤种。(4)褐煤挥发分较高,这些挥发分在气化炉(2)由于流化床气化时床层温度相对较低内被干镏为甲烷、焦油、酚等物质,不同用途的因此不适宜低活性煤种的气化,要求煤的挥发分气化型煤对挥发分的要求不同,用于制取合成高,有较高的反应活性,从这一点来看,褐煤最氨、甲醇原料气的型煤,最好能将挥发分调低合适。(3)由于大颗粒煤难以流化,覆盖在炉箅上,(5)褐煤灰分及灰熔点变化较大。如采用干可能引起炉算处结渣,但如果入炉煤粒度太小,态排灰的Lur气化炉,型煤灰熔点应高一些;又容易被气流从炉顶带出,气化不彻底。因此,如釆用液态排渣的BCL气化炉,其灰熔点应调恩德炉、HTW炉等一般要求人炉煤粒度为0整得低一些。10mm,大于10mm粒级的颗粒不得高于总量的2.3褐煤型煤成型技术3%-5%,小于4mm粒级的颗粒要小于总量的那乌莫维奇提出的分子粘合假说认为,褐煤32%,小于lmm粒级的颗粒要小于总量的煤粉制型煤过程中,分子力和毛细管力都会起作0%~15%。灰融聚流化床炉则要求入炉煤粒度用,使褐煤粒子间因接触紧密而粘合,无需另加为0-6mm,小于1mm粒级的颗粒要小于总量的粘结剂。因此,褐煤尤其是年轻褐煤制造型煤40%,小于0.15mm粒级的颗粒占总量的10%时,一般采用无粘结剂冷压成型工艺。该工艺需(4)流化床气化技术要求煤中水分小于要有较强的压力,一般在100-200Pa。另外,8%-12%。这主要从煤的输送、气化剂消耗和要取得满意的成型效果,必须对褐煤进行合理的炉内热量平衡上考虑,入炉煤水分含量高会造成破碎、筛分、干燥等处理工艺,并严格控制其粒炉内结焦,使煤气中的甲烷、二氧化碳含量增度、水分、温度等指标澳大利亚 White能源技术公司采用无粘结剂(5)流化床气化技术要求煤灰分尽量小于冷压成型(BCB)工艺,将煤破碎到小于4mm后,25%。这主要是从经济上考虑,虽然灰分含量高干燥、滚轧挤压成型煤。据称该技术适用于褐达40%的煤也能在流化床气化炉内气化,但过高煤、烟煤和次烟煤型煤的制造,所制型煤不改变的灰分会使气化效率降低,能量消耗增大,从而媒的挥发分等物化性能,有比较强的耐侯性和热降低了经济效益。稳定性,可适应比较宽的粒度范围,同时可减少3.2褐煤的预处理低阶煤的自燃倾向性。但褐煤采用BCB技术处若釆用流化床气化炉进行褐煤气化,需对其理后,直接投炉气化效果较好,这是由于褐煤灰进行洗选、干燥、破碎、筛分后,选用粒度合格分较高,如果长距离运输,型煤会返吸水,遇水的煤。褐煤的干燥设备一般采用转筒干燥器,干会破碎。印度尼西亚采用该技术的100万∽a褐燥介质釆用锅炉烟道气、燃料气或驰放气。实践煤工业化处理装置正在建设中,预计2008年投证明,把水分含量较高的褐煤干燥到水分小于入使用。8%较难实现。转筒式干燥设备所用的热烟气年老褐煤一般采用有粘结剂成型工艺,粘等中国煤化工度和含氧量。褐土、腐植酸、生物质、淀粉、沥青等可作为粘CNMHG以保证破碎后煤结剂。的粒度小于10mm。褐煤的灰熔点普遍较低,可2008年第5期周夏褐煤气化前的预处理技术以通过配煤,与灰熔点高的无烟煤等煤种混用。国内外一些单位采用热水、热烟道气和直接烘烤等方法处理褐煤,在热力作用下,改变煤的4褐煤制水煤浆结构、组成和表面性质,提高其成浆性。要制备气化用褐煤水煤浆,首先要对褐煤进赤峰泽楷能源化工有限公司与煤科总院、国行洗选,去除过多的灰分。由于褐煤内孔表面积家水煤浆工程中心、华东理工大学等十余家科研大,吸水能力强,成浆性差,一般不易制得高浓院所合作,提出了对褐煤“配合选煤工艺,利用度水煤浆。气化用水煤浆的影响因素主要是成浆热解与化学改性,优化粒度初配,研制专用添加性能、灰熔点和粘温特性,对于褐煤制水煤浆剂,制备高浓度工业用气化水煤浆”,拟采用多要从如何改善其成浆性能上考虑,成浆性能主要喷嘴对置式水煤浆气流床气化炉生产合成气。指水煤浆的浓度、流变特性和稳定性。内蒙古某褐煤煤种的成浆浓度只能达到4.1合理配煤44%,经北京柯林斯达科技发展有限公司采用其褐煤水分高,成浆性差,发热量低,但挥发褐煤改性提质技术,将褐煤先制成半焦,然后用分高,化学反应活性强,而无烟煤的特征则与其半焦做水煤浆,浓度达到了近60%。相反。为获得浓度高、粘度低、稳定性和化学反5干煤粉气流床气化用褐煤的预处理应活性强的水煤浆,将两种煤优化组合,进行配煤制浆,可应用于气流床气化炉。另外,褐煤还5.1干煤粉气流床气化对入炉煤的要求可与其它燃料,如废弃碳氢化合物、重油、石油(1)水分要求。水分含量高,除了影响运输焦等混合,进行多元料浆气化成本外,还会增加制粉能耗、气化的比氧耗、比4.2磨煤与级配技术煤耗,尤其外水分会影响粉煤流化,使煤粉粘级配技术是制浆的关键技术之一,煤的大结,造成输送困难、流量不均匀。采用干煤粉进小颗粒分布合理时可达到较高的堆积效率。大颗料的气流床煤气化技术,一般要求进气化炉的烟粒间的空隙被较小颗粒充填,小颗粒间的空隙又煤、无烟煤煤粉水分低于2%,褐煤煤粉水分低被更小的颗粒充填,以此减少空隙间的含水量,于8%~12%,可根据实际煤种的干煤粉输送试提高制浆浓度。验确定。要取得合理粒级的褐煤,首先要对其进行破(2)灰分要求。She专利商宣称其干煤粉气碎,然后由磨机磨制出不同的粒度级别。棒磨机流床气化技术适用于灰分含量0.5%-30%的煤磨出的煤炭粒度比较均匀,级别较窄,达不到较种。根据荷兰Nuon电厂实际运行经验,该工艺高的堆积效率,因而不容易制成高浓度水煤浆。最优化的煤灰含量为9%-19%。褐煤灰分相对球磨机则能磨制岀不同粒级的煤炭,因此褐煤制偏髙,会导致气化比煤耗、比氧耗高,灰渣处理水煤浆釆用球磨杋磨矿效果较妤。但霈要合理选系统操作难度大,并増加气化炉和灰渣处理系统择磨机的转动角速度及装球比例。只用1台磨机的投资。对Shel废锅流程干煤粉气流床气化技时,对水煤浆产品粒度分布的调整、级配有一定术来说,灰分中Na2O、K2O含量多时,会严重的局限性,必要时,可将多台磨机串联使用。影响陶瓷过滤器和废锅的使用寿命。4.3添加剂配方(3)煤粉细度要求。高温下,气固间的扩散褐煤表面疏水性差,需要针对特定的褐煤特反应是控制碳转化的重要因素,一般干煤粉气流征开发专用添加剂,提高煤表面的疏水性,同时床气化技术要求煤中-90μm粒级含量>90%起到“封孔”作用,降低褐煤的比表面积,改变-5μm粒级含量≤10%。在炉内停留时间和碳转煤颗粒表面的物化性质,以提高其成浆性能。褐化率一定的情况下,具体粒度要求由煤的反应活煤本身灰分含量较高,为了提高水煤浆浓度、降性确定低灰熔点,不宜进一步增加灰分含量。中国煤化工为确保灰分熔化4.4对褐煤提质改性CNMHG践证明,液态排褐煤的含水量高是其成浆性羌的主要因素之渣的灰渣粘度在25~40Pa·s时,气化炉排渣煤炭加工与综合利用2008年第5期畅,气化操作温度应比煤的T4温度高100~助熔剂,以免增加灰分含量。5.2.3褐煤制粉与输送安全5.2褐煤预处理褐煤反应活性强,煤粉易自燃、爆炸,需要5.2.1除灰、干燥采取安全有效的输送措施。根据煤种的特征和煤矿、煤气化用户地理位(1)磨煤机内干燥煤粉用的热烟气应调配至置,采取可行的方法。通过对褐煤的分选和运输合适的温度,并控制其中的氧气含量,将其变成前处理,进行适当地除水和降灰。安全的热惰性气体后再送入磨煤机。大唐国际锡林郭勒盟煤化工项目中,在褐煤(2)为防止褐煤煤粉粘结,造成堵塞,煤粉入炉前的预干燥技术是:将破碎到一定粒度的褐贮仓、变压锁斗、煤粉给料仓、溜管及输送设备煤输送至管式干燥机的干燥管内,同时向千燥管均设保温、伴热。外通入作为干燥介质的热源,使干燥管内的煤与(3)为防止褐煤自燃,控制排出气体的露点热源进行间接热交换。干燥后的褐煤通过输送机在系统中设置CO和H20在线分析仪,必要时,输出。煤中的水分随干燥机的废气通过排风机抽向系统补充惰性气体至袋式收尘器,分离出的煤粉和干燥后合格的碎(4)褐煤制粉与输送系统的设置应符合煤一起送至磨前碎煤仓。MT/T14-1997煤粉生产防爆安全技术规范》5.2.2磨煤制粉和《DL/T5203-2005火力发电厂煤和制粉系统目前,制干煤粉所用的磨杋主要是中速磨煤防爆设计技术规程》的要求。机和风扇磨煤机。(1)中速磨煤机即辊盘式磨煤机。工作转速6结语为50~300r/min,一般只适用于烟煤、贫煤和磨移动床、流化床和气流床煤气化技术对入炉损性强的褐煤,适用于哈氏可磨指数为35-100煤的要求不同,因此,褐煤人炉气化前,必需对的煤种,其中原煤水分不能过高。采用此类磨机其进行预先处理。若釆用移动床气化技术,最好磨煤,可同时完成制粉和干燥工艺,干燥后煤粉先将褐煤原煤制成型煤后再进行气化。若采用干细度能达到干煤粉气化的要求。据了解,国内采煤粉、水煤浆等气流床气化技术,可以先将褐煤用Sh山技术的烟煤气化装置都选用了这种磨媒改性提质,降低其灰分和水分。机。但由于原煤颗粒很小,很容易被磨碎,粉煤粒度偏细,使得煤粉颗粒之间粘度增加,摩擦力参考文献:增大,造成粉煤输送不稳,气化炉温度波动较[1]谢文新.复合式干法选煤设备分选平庄褐煤的效果分析大,严重时还会损坏炉内水冷壁上的耐火材料和[J].内蒙古煤炭经济,2003(5):59-60钉头。[2]牛焱.国内褐煤洗选加工现状与发展趋势[EB/OL](2)风扇磨煤机是目前电站釆用较多的一种[2008-04-02].hp:∥w. cnxbxm. com/2007高速磨煤机,工作转速为750~1500/min,适用[3]熊友辉,高水分褐煤燃烧发电的集成干燥技术[刀].锅于高水分、低灰分、硬度较低的褐煤和一些较软炉技术,2006,37(增):46-49的烟煤。风扇磨煤机集干燥、破碎、输送三种功[4」王宁被.灰融聚流化床粉煤气化技术及后续配套工艺能于一身,破碎方式以撞击为主,干燥后煤粉粒[].中氮肥,2007(4):5-8.度较粗,-90μm的粒级一般占45%。在保证碳[5]王景林.恩德粉煤制合成氨原料气存在的问题及改进措转化率的前提下,对挥发分含量高、反应活性好施[.中氮肥,2007(2):38-39[6]王志光,饶志雄,张德祥.云南褐煤水煤浆成浆性分析的褐煤,可适当放宽煤粉粒度,采用风扇磨煤机[刀].山东冶金,2007(4):41-4较合适。对有些高灰熔点的褐煤,可以通过添加(7]陆良平:水煤浆分类利用技术与制浆新技术新工艺及国助熔剂调节煤灰的酸碱比例,以改变煤的熔融特中国煤化工].北京:中国知识出性,从而保证气化炉正常运行。褐煤应尽量不加CNMHG