CN102002412A - 利用饱和蒸汽进行褐煤提质的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用饱和蒸汽进行褐煤提质的方法，利用饱和蒸汽对筛分后的块状褐煤进行提质处理，利用压力、温度和保持时间达到挤出褐煤内水、密封褐煤毛细孔、实现褐煤疏水性能的目的，同时，将提质过程产生的和排出蒸汽冷凝后回收的废水转换成蒸汽补充到饱和蒸汽中，而产生的不凝性气体则通过无公害处理直接排放，大大降低了提质过程的生产成本，提高了能源利用率，降低了环境污染，其方法安全性好、操控方便，真正实现了褐煤提质过程的良性循环，提质后的产品煤运输和存储简单、方便，适用范围广，市场前景广阔。

Description

利用饱和蒸汽进行褐煤提质的方法

技术领域

本发明涉及一种针对褐煤进行提质的方法，特别涉及一种安全性高、操控方便的利用饱和蒸汽对块状褐煤进行提质的方法，属于煤炭加工领域。

背景技术

褐煤，又名柴煤，是一种煤化程度介于泥炭和沥青煤之间的棕黑色的低阶煤。是煤炭经成岩作用形成的腐蚀值，煤化程度最低，呈褐色，黑褐色或黑色，一般黯淡或呈沥青光泽，不具粘结性。其物理、化学性质介于泥炭和烟煤之间。水分大，挥发分高，密度小，含有腐殖酸，含氧量常达15-30％，在空气中易风化破碎，发热量低。

褐煤提质是指褐煤在高温下经受脱水和热分解作用后，将褐煤中的水分和含氧官能团脱除或部分脱除，以去除褐煤中过多的灰分和水分，达到提高褐煤的收到基热值，保证燃烧过程接近烟煤水平的目的，是对褐煤质量进行改良的一种方法。

目前褐煤提质方法有两类：烟气法和蒸汽法。

烟气法包括带式炉三段式烟气干燥工艺、振动混流床烟气直接复合干燥干选工艺、振动流化床烟气干燥工艺、滚筒逆流三段式烟气直接干燥工艺、粉煤气流干燥器烟气脱水无粘结剂热压成型工艺等。其特点为：褐煤原料与高温或中温烟气直接接触，褐煤原料与烟气接触受热后产生风化破碎，脱水后形成褐煤成品，成品褐煤基本为粉状，提质后的粉状褐煤只能作为电煤利用或经过成型加工再供应其它用途。对褐煤进行烟气法提质工艺，除风化破碎严重外，其致命缺陷是安全性差，容易造成煤尘爆燃等安全事故，此类事故现还难以掌握和控制，给生命和财产安全带来极大的隐患。

在蒸汽法中，如蒸汽管式干燥机干燥技术，其工作原理是：将一定粒度的原煤(≤6.3mm)，均匀分布到旋转滚筒内部的众多干燥管中，干燥管内设螺旋状叶片，原煤通过重力和螺旋叶片的导流作用在干燥管内运动。在干燥管周围通入0.45Mpa、170℃的过热蒸汽，通过间接热交换使干燥管内的原煤升温而使煤表面吸附水分受热蒸发，从而达到降低水份的目的。该技术需要将褐煤破碎到6mm以下，如果不是直接进入锅炉燃烧发电，尚需要配套加压成型设备，以保证提质煤不回吸水分，满足后续运输和燃烧使用的要求。此方法同样会增加加工和后期运输成本，较小粒度的提质褐煤给应用过程带来严重影响，限制了褐煤提质的使用效果。

近年来，随着国民经济的高速发展，各行各业对能源需求日益旺盛，煤炭作为我国的基础能源，在国民经济中所占比重越来越大。对占我国煤炭资源绝大部分的褐煤进行有效利用，在保证安全生产的前提下，改善褐煤提质方法，降低内水含量，使其燃烧过程更接近烟煤水平，就成为本发明所要解决的首要问题。

发明内容

鉴于上述褐煤提质技术的不足，本发明旨在提供一种能源回收利用率高、生产过程安全可靠、以块状褐煤作为加工对象的利用饱和蒸汽进行褐煤提质的方法。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

利用饱和蒸汽进行褐煤提质的方法，包括，

步骤1对褐煤进行破碎和筛选处理，褐煤破碎筛分成5-100mm的块状。

步骤2筛分后的褐煤根据船闸原理以饱和蒸汽进行加压，通过进料装置以间歇方式不断送入压力容器，在压力容器内褐煤与饱和蒸汽直接接触，蒸汽温度控制在240℃--270℃，压力控制在3.5Mpa-5.0Mpa，接触时间保持在30-80分钟，褐煤在利用重力向下移动中完成饱和状态下的蒸汽提质处理，提质完成的褐煤再通过船闸原理和饱和蒸汽加压后，从出料装置以间歇方式不断送出压力容器，在进、出料装置和压力容器内分别产生的废水、不凝性气体和蒸汽同时排出。

步骤3送出的产品煤进行相应的冷却喷淋调水后堆放待用。

所述步骤2还包括对排出的中温、中压废水进行回收和再利用过程，废水包括分别在进料装置、出料装置和压力容器内产生的废水。

所述废水回收和再利用过程包括，

步骤210利用回收罐对压力容器内排出的废水进行回收和稳压。

步骤211回收的废水经旋液分离器去除所含颗粒杂质，过滤后干净液体入储水罐中。

步骤212储水罐将干净液体送到蒸汽分离器和换热器组成的循环换热系统中，换热过程产生的蒸汽由蒸汽分离器分离后直接返回到步骤2中使用；蒸汽分离过程中产生的冷凝水经二次旋液分离后再次返回到循环换热系统。

所述换热器为蒸汽换热器、热油换热器或烟气换热器。

所述步骤2还包括对排出的中温、中压不凝性气体和蒸汽进行回收再处理，不凝性气体和蒸汽分别在进料装置、出料装置和压力容器内产生。

所述不凝性气体和蒸汽回收再处理过程包括，

步骤220不凝性气体和蒸汽通过排空冷凝器进行降温、降压处理。

步骤221利用热井对排空冷凝器排出的蒸汽再次进行常温降压和冷凝，产生的废水作为水源回送到步骤211中使用，再次降温后的不凝性气体排出后进行无公害处理。

所述步骤3具体包括：在密闭空间中，使用带有密封的水套对出料装置送出的产品煤进行冷却，同时进行喷淋调水，所述调水量应按褐煤本身的含水率以及提质后含水量之间的比例确定。

本发明所述的利用饱和蒸汽进行褐煤提质的方法，利用破碎和筛分处理得到所需块状褐煤，以适应工艺处理要求；利用船闸原理保障褐煤以间歇方式不间断的进、出压力容器，避免了褐煤不断进出对压力容器内压力的影响；利用饱和蒸汽直接接触密封压力容器内移动过程中的褐煤，完成对块状褐煤内水的挤压，有效降低了褐煤内水的含量，提高了燃烧值，并利用交联反应和焦油迁移，对褐煤内毛细孔形成密封，褐煤硬化，保证了褐煤的块状产出，同时由亲水性转换为疏水性，防止了提质后褐煤的水分回吸现象，提高了提质褐煤的长距离运输和存储的性能。其中，提质过程产生的废水经回收和热转换后转化成蒸汽直接补充到压力容器使用的饱和蒸汽中，提高了能源利用率，降低了生产成本，而排出的不凝性气体和蒸汽则在降温、降压处理后，不凝性气体通过无公害燃烧进行处理，蒸汽冷凝转换成水后回收再利用，避免了不凝性气体中含有的有害气体对环境的污染，提高了排出蒸汽的重复利用率。整个提质方法，安全性高、操控方便，处理后的褐煤成品不但热值大幅度提高，水分不再复吸，可长距离运输和堆放，且保持了基本的块状结构，克服了已往褐煤提质后成品为粉状的弊端，适用范围明显增加，市场前景广阔，实现了褐煤提质过程的良性循环，符合社会发展的需要，达到了节能、减排、降耗的目的。

附图说明

图1为本发明的结构流程图。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明做进一步的描述：

本发明所述的利用饱和蒸汽进行褐煤提质的方法，具体包括：

步骤1对开采的褐煤进行破碎和筛选处理，褐煤破碎筛分成5-100mm的块状。

破碎和筛分处理可以由破碎机和筛分机处理完成，由于本发明采用饱和蒸汽进行褐煤提质，其以块状褐煤作为处理对象，故筛分下来的小于5mm的褐煤只能做为它用，保证了提质后褐煤的块状结构特点。

步骤2筛分后的褐煤根据船闸原理以饱和蒸汽进行加压，通过进料装置以间歇方式不断送入压力容器，在压力容器内与另外通入的饱和蒸汽直接接触，根据原料褐煤的质地，蒸汽温度控制在240℃--270℃之间，压力控制在3.5Mpa-5.0Mpa之间，接触时间保持在30-80分钟，褐煤在利用重力向下移动中完成饱和状态下的提质处理，提质完成的褐煤再通过船闸原理和饱和蒸汽加压后，从出料装置中以间歇方式不断送出，而在进、出料装置和压力容器内产生的废水、不凝性气体和蒸汽则被集中排出，并进入回收、利用过程。

船闸原理是为了解决带压压力容器的进、出料问题，以保障褐煤以间歇方式不间断的进、出压力容器，避免褐煤不断进出对压力容器内恒定压力的影响。进料时，打开进料装置的进料阀门，将原料煤加入到进料装置中，关闭进料阀门和出料阀门以及其他所有阀门，使用饱和蒸汽给进料装置加压。当进料装置和压力容器压力相等时，打开进料装置出料阀门以及压力容器进料阀门，使块状褐煤利用重力进入压力容器。当进料装置将煤全部卸入压力容器后，关闭进料装置出料阀门和压力容器进料阀门，打开进料装置排气阀门以实现进料装置快速减压，从而为下一轮进料做准备。同样，出料装置的运行过程与进料装置相似，只是结果是将产品煤从压力容器中送出。由于采用饱和蒸汽对进、出料装置加压，故在进、出料装置中也会发生提质处理，产生废水和蒸汽，相应地进料时空气中带入的一氧化碳、二氧化碳、氮气等主要成分与煤在提质处理中释放出的较少挥发性气体还会构成不凝性气体，从而形成中温、中压废水以及不凝性气体和蒸汽。

褐煤进入压力容器后，被饱和蒸汽笼罩并不断向下移动，蒸汽温度控制在240℃--270℃之间，压力控制在3.5Mpa-5.0Mpa之间，保持30-80分钟后，蒸汽压力和温度使原料煤在分子结构上的含氧侧链(如羧基，甲氧基等)断裂，导致褐煤内部的毛细孔倒坍并发生交联反应，褐煤内水被挤出，同时煤焦油迁移，密封褐煤毛细孔。由于处在中温中压条件下，生成的煤焦油不易从褐煤缝隙和毛细孔逸出，只是游离于褐煤缝隙和毛细孔之间，使得褐煤由亲水性转为疏水性，减少了褐煤内在水分重新吸附的机会，且褐煤硬度增加，不易破碎，所以处理后的褐煤仍然保持其原有块状，并便于长距离运输和堆放，同样，提质过程还会产生大量废水、蒸汽和不凝性气体。

针对进出料和提质过程产生的废水、不凝性气体和蒸汽的回收、再利用过程也同时展开。具体废水回收过程包括：

步骤210产生的废水排出后由回收罐进行回收和稳压。

回收罐作为排出废水的暂时存放容器，将废水回收集中后达到稳压状态以便利用。

步骤211利用输送泵将回收后的废水送入旋液分离器中，经旋液分离器去除废水中所含颗粒杂质，过滤后的干净液体被送入到下一个储水罐中。

废水产生过程中由于直接与褐煤接触，其中含有大量的颗粒杂质，废水属于一种悬浊液状态，旋液分离器将废水中的颗粒去除，避免其沉积，堵塞管路，保证后期使用的安全性和可靠性。过滤后的干净液体送入储水罐中进行收集，作为交换对象提供给下一热交换环节使用。

步骤212输送泵将储水罐中存储的干净液体送入蒸汽分离器和换热器组成的循环换热系统中，换热过程使废水转换成了蒸汽，蒸汽在蒸汽分离器中被分离后直接送入提质处理的压力容器中；分离过程产生的冷凝水经二次旋液分离后再次返回到循环换热系统中进行热交换。

蒸汽分离器与换热器之间采用循环管路连接，换热器通过内置式循环管道与循环管路内的废水充分接触，实现废水转换成蒸汽。其中，蒸汽通过蒸汽分离器分离后直接连通到压力容器使用的饱和蒸汽中，作为饱和蒸汽对褐煤进行提质处理，充分利用了废水中含有的大量热能，降低了消耗，节约了成本，同时，蒸汽分离器分离过程中产生的二次废水又通过二次旋液分离后再次返回到热交换过程中，实现了废水的多次能量回收，避免了能源浪费。

换热器选用以热油作为热交换介质，称为热油换热器，其传热均衡、压力稳定、传导可靠、使用安全。当然，其也可采用其它类型的换热器，如：蒸汽换热器或烟气换热器等。

不凝性气体和蒸汽回收具体过程包括：

步骤220排出的不凝性气体和蒸汽通过排空冷凝器进行降温、降压处理。

步骤221利用热井对已降温、降压后的蒸汽进行常温状态下的降温和冷凝，产生废水回送到步骤211中继续使用，同时，不凝性气体以无公害方式直接燃烧处理。

大量蒸汽的回收，降低了提质过程的运营成本，提高了能源利用率；不凝性气体的燃烧处理，避免了提质过程产生的废气对环境造成污染。

步骤3在密闭空间，使用带有密封的水套对出料装置送出的产品煤进行冷却，同时进行喷淋调水后堆放待用。

进行相应的冷却，使产品煤内的毛细管进一步收缩，避免回吸现象发生，保证储运时间。同时，由于调质后产品煤具有了疏水性，储运过程中还会有一部分水份散失，所以，还需对调质后的产品煤进行补水，此过程中，喷淋调水的调水量应按褐煤本身的含水率以及提质后含水量之间的比例确定，以提高和保证后期运输和使用效果。

提质完成的褐煤由于保持了块状，同时还具有了疏水性能，运输和存储更方便、更可靠，还可作为民用煤使用，扩大了使用范围。

下面以不同压力、不同温度和保持时间为条件，对提质前、后褐煤内部性能进行比较：

实施例1

实施例2

实施例3

实施例4

上述实施例对比后结论如下：

1、褐煤全水降低35.24-76.64％。

2、褐煤内水降低49.15-72.13％，明显降低褐煤内水。

3、褐煤低热值提高幅度16.28-112.33％，明显提高褐煤低热值。

4、哈氏可磨指数提高幅度11.43---81.4％，明显提高褐煤哈氏可磨指数。

5、最高内水值降低幅度21.3---33.62％。

6、随着温度和压力升高，内水含量逐渐降低，提质过程越好。

Claims (7)

1.利用饱和蒸汽进行褐煤提质的方法，其特征在于，包括，

步骤1对褐煤进行破碎和筛选处理，褐煤破碎筛分成5-100mm的块状；

步骤2筛分后的褐煤根据船闸原理以饱和蒸汽进行加压，通过进料装置以间歇方式不断送入压力容器，在压力容器内褐煤与饱和蒸汽直接接触，蒸汽温度控制在240℃--270℃，压力控制在3.5Mpa-5.0Mpa，接触时间保持在30-80分钟，褐煤在利用重力向下移动中完成饱和状态下的蒸汽提质处理，提质完成的褐煤再通过船闸原理和饱和蒸汽加压后，从出料装置以间歇方式不断送出压力容器，在进、出料装置和压力容器内分别产生的废水、不凝性气体和蒸汽同时排出；

步骤3送出的产品煤进行相应的冷却喷淋调水后堆放待用。

2.根据权利要求1所述的利用饱和蒸汽进行褐煤提质的方法，其特征在于，所述步骤2还包括对排出的中温、中压废水进行回收和再利用过程，所述废水包括分别在进料装置、出料装置和压力容器内产生的废水。

3.根据权利要求2所述的利用饱和蒸汽进行褐煤提质的方法，其特征在于，所述废水回收和再利用过程包括，

步骤210利用回收罐对压力容器内排出的废水进行回收和稳压；

步骤211回收的废水经旋液分离器去除所含颗粒杂质，过滤后干净液体入储水罐中；

步骤212储水罐将干净液体送到蒸汽分离器和换热器组成的循环换热系统中，换热过程产生的蒸汽由蒸汽分离器分离后直接返回到步骤2中使用；蒸汽分离过程中产生的冷凝水经二次旋液分离后再次返回到循环换热系统。

4.根据权利要求3所述的利用饱和蒸汽进行褐煤提质的方法，其特征在于，所述换热器为蒸汽换热器、热油换热器或烟气换热器。

5.根据权利要求1所述的利用饱和蒸汽进行褐煤提质的方法，其特征在于，所述步骤2还包括对排出的中温、中压不凝性气体和蒸汽进行回收再处理，所述不凝性气体和蒸汽分别在进料装置、出料装置和压力容器内产生。

6.根据权利要求5所述的利用饱和蒸汽进行褐煤提质的方法，其特征在于，所述不凝性气体和蒸汽回收再处理过程包括，

步骤220不凝性气体和蒸汽通过排空冷凝器进行降温、降压处理；

步骤221利用热井对排空冷凝器排出的蒸汽再次进行常温降压和冷凝，产生的废水作为水源回送到步骤211中使用，再次降温后的不凝性气体排出后进行无公害处理。

7.根据权利要求1所述的利用饱和蒸汽进行褐煤提质的方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：在密闭空间中，使用带有密封的水套对出料装置送出的产品煤进行冷却，同时进行喷淋调水，所述调水量应按褐煤本身的含水率以及提质后含水量之间的比例确定。

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