CN105219475B - 褐煤提质系统及其提质方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种褐煤提质系统及其提质方法，包括：破碎装置，用于将含水量为25～60％的褐煤原煤破碎至10～60mm；预干燥装置，所述预干燥装置的煤流入口与破碎装置的出口相连，煤流出口与烟气干燥装置的煤流入口相连，用于预干燥破碎后的褐煤，使褐煤的含水量降为15～30％；烟气干燥装置，所述烟气干燥装置的煤流出口与微波装置的煤流入口相连。本发明提供的褐煤提质系统及其方法能够很好的根据水的赋存状态，将褐煤中水分逐步地分级脱除，工艺精细化、高效化，能够很好的提高设备和工艺能效。本发明充分利用烟气干燥装置的废气和微波装置的废气，将两者混合后作为预热气体，有利于减少能耗的浪费。
Description
技术领域
本发明涉及褐煤的干燥提质领域，特别是涉及褐煤提质系统及其提质方法。
背景技术
褐煤是一种低阶煤，煤化程度低。褐煤还具有高含水量、孔隙度大，挥发分高，含氧官能团种类丰富、数量大，热值低等特点。褐煤中含水量偏高，一般在30～50％之间。高含水量的褐煤在实际应用中存在以下问题：褐煤热稳定性差，反应性强，易氧化、易风化，在运输、存储过程中容易发生自燃，本身存在严重的安全隐患；褐煤燃烧过程中水分蒸发造成能量的消耗，大大降低了褐煤的热值和利用效率；不能适用于现存的锅炉燃烧设备，燃烧不稳定；普通的褐煤脱水干燥工艺能耗大，且脱水后易复吸；洗选过程中易泥化，循环水多、处理难度大；褐煤的自身性质使褐煤在气化等应用方面均存在一定问题。以上问题均限制了褐煤开发利用，因此，提高褐煤质量是褐煤大规模利用的前提和必然途径。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种褐煤提质系统及其提质方法，以解决褐煤提质过程中能耗高，褐煤脱水不充分的问题。
基于上述目的，本发明提供的褐煤提质系统包括：
破碎装置，用于将含水量为25～60％的褐煤原煤破碎至10～60mm；
预干燥装置，所述预干燥装置的煤流入口与破碎装置的出口相连，煤流出口与烟气干燥装置的煤流入口相连，用于预干燥破碎后的褐煤，使褐煤的含水量降为15～30％；
烟气干燥装置，所述烟气干燥装置的煤流出口与微波装置的煤流入口相连，所述烟气干燥装置的气流入口与燃烧锅炉的热烟气出口相连，气流出口与预干燥装置的气流入口相连，用于对预干燥后的褐煤进行干燥处理，使褐煤的含水量降为8～10％；
燃烧锅炉，用于向烟气干燥装置提供温度为600～700℃的热烟气；
微波装置，所述微波装置的气流入口与鼓风机的出口相连，气流出口与所述预干燥装置的气流入口相连，用于对干燥后的褐煤进行微波干燥处理，使褐煤的水分含量降为2～8％；
鼓风机，用于向微波装置提供空气。
在本发明的一些实施例中，所述褐煤提质系统还包括与所述预干燥装置的气流出口相连的尾气处理装置，用于对预干燥装置的废气进行除尘和净化处理。
在本发明的一些实施例中，所述鼓风机向微波装置提供的空气的温度为室温。
在本发明的一些实施例中，所述烟气干燥装置的气流出口和微波装置的气流出口先通过管道连通，再一起连通至预干燥装置的气流入口，使烟气干燥装置的废气和微波装置的废气先在管道中混合形成预热气体再进入预干燥装置。
在本发明的一些实施例中，所述烟气干燥装置的废气与微波装置的废气的体积流量之比为1～2:1。
在本发明的一些实施例中，所述热烟气与煤流的接触时间是5～15分钟。
本发明还提供一种褐煤提质方法，所述褐煤提质方法根据上述褐煤提质系统进行干燥，包括：
褐煤原煤进入破碎装置，含水量为25～60％的褐煤原煤破碎至10～60mm，然后进入预干燥装置，预热气体穿过煤流进行预热，褐煤温度整体上升，其表面的水开始挥发，褐煤的含水量降为15～30％；
预干燥后的褐煤进入烟气干燥装置，燃烧锅炉向烟气干燥装置提供温度为600～700℃的热烟气，褐煤的水分含量降为8～10％；
干燥后的褐煤进入微波装置，采用微波处理进一步对褐煤进行脱水，使褐煤的水分含量降为2～8％，鼓风机向微波装置提供空气，所述空气与煤流进行热交换；
与此同时，烟气干燥装置产生的废气和微波装置产生的废气在管道中混合形成预热气体后进入预干燥装置，对褐煤进行预干燥。
在本发明的一些实施例中，所述热烟气与煤流整体呈逆流趋势。
在本发明的一些实施例中，所述烟气干燥装置的气流出口和微波装置的气流出口先通过管道连通，再一起连通至预干燥装置的气流入口，使烟气干燥装置的废气和微波装置的废气先在管道中混合形成预热气体再进入预干燥装置。
从上面所述可以看出，本发明采用预干燥、热烟气干燥和微波改性三个步骤对褐煤进行提质，预干燥步骤提高煤体温度和脱除部分表面水，热烟气干燥步骤脱除煤粒表面水分、大孔隙中水分和部分较小孔隙中水分，微波改性步骤脱除煤粒内部小孔隙中最难脱除的部分水分，包括微细孔隙中的水分以及以氢键形式和褐煤表面含氧官能团紧密吸附的水分，同时对煤粒进行改性，改善内部孔隙结构及表面官能团。本发明提供的褐煤提质系统及其方法能够很好的根据水的赋存状态，将褐煤中水分逐步地分级脱除，工艺精细化、高效化，能够很好的提高设备和工艺能效。本发明充分利用烟气干燥装置的废气和微波装置的废气，将两者混合后作为预热气体，有利于减少能耗的浪费。
附图说明
图1为本发明实施例褐煤提质系统的结构示意图。
其中：1、破碎装置，2、预干燥装置，3、燃烧锅炉，4、烟气干燥装置，5、鼓风机，6、微波装置，7、尾气处理装置。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的褐煤提质系统，包括：
破碎装置，用于将含水量为25～60％的褐煤原煤破碎至10～60mm；
预干燥装置，所述预干燥装置的煤流入口与破碎装置的出口相连，煤流出口与烟气干燥装置的煤流入口相连，用于预干燥破碎后的褐煤，使褐煤的含水量降为15～30％；
烟气干燥装置，所述烟气干燥装置的煤流出口与微波装置的煤流入口相连，所述烟气干燥装置的气流入口与燃烧锅炉的热烟气出口相连，气流出口与预干燥装置的气流入口相连，用于对预干燥后的褐煤进行干燥处理，使褐煤的含水量降为8～10％；
燃烧锅炉，用于向烟气干燥装置提供温度为600～700℃的热烟气；
微波装置，所述微波装置的气流入口与鼓风机的出口相连，气流出口与所述预干燥装置的气流入口相连，用于对干燥后的褐煤进行微波干燥处理，使褐煤的水分含量降为2～8％；
鼓风机，用于向微波装置提供空气。
参考图1，其为本发明实施例褐煤提质系统的结构示意图。作为本发明的一个实施例，本发明提供的褐煤提质系统包括破碎装置1、预干燥装置2、燃烧锅炉3、烟气干燥装置4、鼓风机5和微波装置6，所述破碎装置1、预干燥装置2、烟气干燥装置4、微波装置6依次相连。具体地，预干燥装置2的煤流入口与破碎装置1的出口相连，预干燥装置2的煤流出口与烟气干燥装置4的煤流入口相连，烟气干燥装置4的煤流出口与微波装置6的煤流入口相连。接着，微波装置6的煤流出口与产品仓相连，使经过提质的褐煤进入产品仓。
而且，燃烧锅炉3的热烟气出口与烟气干燥装置4的气流入口相连，向烟气干燥装置4提供温度为600～700℃的热烟气，鼓风机5的出口与微波装置6的气流入口相连，向微波装置提供空气，所述空气可以为室温。烟气干燥装置4的气流出口和微波装置6的气流出口均与预干燥装置2的气流入口相连。
较佳地，所述烟气干燥装置4的气流出口和微波装置6的气流出口先通过管道连通，再一起连通至预干燥装置2的气流入口，使烟气干燥装置4的废气和微波装置6的废气先在管道中混合形成预热气体再进入预干燥装置2。所述烟气干燥装置4的废气与微波装置6的废气的流量之比为1～2:1(体积流量)。
优选地，所述褐煤提质系统还包括与所述预干燥装置的气流出口相连的尾气处理装置7，用于对预干燥装置的废气进行除尘和净化处理。
可选地，所述破碎装置1可以是双辊破碎机，褐煤原煤通过入料系统给料，进入双辊破碎机，双齿辊相向转动，褐煤原煤在齿辊的带动下向下运动，同时受到挤压不断破碎，破碎至10～60mm后由齿辊间隙落下排出，继而进入位于双辊破碎机下方的预干燥装置2。
本发明还提供一种褐煤提质方法，所述褐煤提质方法根据上述褐煤提质系统进行干燥，包括：
首先由入料系统给料，褐煤原煤进入破碎装置1，水分含量为25～60％的褐煤原煤破碎至10～60mm，破碎后的褐煤由破碎装置1排出，继而进入预干燥装置2，预热气体穿过煤流进行预热，褐煤温度整体上升，其表面的水开始挥发，褐煤的水分含量降为15～30％。
预干燥后的褐煤进入烟气干燥装置4，燃烧锅炉3向烟气干燥装置4提供温度为600～700℃的热烟气，所述热烟气与煤流整体呈逆流趋势，褐煤表面的水分子首先脱离煤体，随后煤粒内部大孔隙内的水分也逐步传递到煤体表面蒸发，使褐煤的水分含量降为8～10％。在该过程中，煤体温度也会上升，随着褐煤水分的降低和煤体温度的升高，褐煤结构和分子组成也随之发生变化，褐煤体积收缩，孔隙数目减少，部分孔隙体积较小或者崩塌，发生轻度热解。褐煤内部较小孔隙中的水分也有部分脱除，褐煤中大部分水分在该过程中脱除。该过程属于褐煤低温脱水，通过控制烟气温度和流量来控制褐煤脱水温度，并且保证褐煤在干燥过程中不会温度过高甚至自燃，一般为300～350℃。经过烟气干燥装置4后的热烟气水分提高、温度降为100～150℃，然后进入预干燥装置2完成能量的进一步利用。在本发明的又一个实施例中，热烟气与煤流的接触时间可以是5～15min。
优选地，所述燃烧锅炉3的气流出口和微波装置6的气流出口先通过管道连通，再一起连通至烟气干燥装置4的气流入口，使燃烧锅炉3的热烟气和微波装置6的废气先在管道中混合后再进入烟气干燥装置4。通过调节热烟气与废气的比例来控制烟气干燥装置4的温度为300～350℃。
干燥后的褐煤进入微波装置6，采用微波处理进一步对褐煤进行脱水，使褐煤的水分含量降为2～8％，鼓风机向微波装置提供空气，所述空气与煤流进行热交换。经过热烟气干燥后，褐煤中的水分包括微细孔隙中的水分以及以氢键形式与褐煤表面含氧官能团紧密吸附的水分。微波加热是由分子运动和相互摩擦效应造成的，其主要特点是均匀加热，对煤粒内部烟气未能脱除的部分水分进行作用，从而达到微波进一步脱水的目的。同时造成煤粒改性，改善煤粒孔隙结构和表面官能团，得到合格提质褐煤的同时保证褐煤在长期储存、长途运输的过程中不会发生复吸、自燃等危险。微波处理过程中需要采用鼓风机5不断向微波装置通风，保证在微波处理过程中煤体温度不至于过高。经过微波装置后的空气含剩余微波、部分废热或小功率微波等热源，然后进入预干燥装置2完成能量的进一步利用。
与此同时，烟气干燥装置产生4的废气和微波装置6产生的废气在管道中混合形成预热气体后进入预干燥装置2，对褐煤进行预干燥。即预干燥装置2中的预热气体为热烟气干燥装置4产生的废气和微波装置6产生的废气的混合气体。
较佳地，预干燥装置2产生的废气进入废气处理装置7，此时气体温度较低，除去粉尘和有毒物质后即可安全排放。废气处理装置7中的废气经带式除尘器除去粉尘、并通过化学方法去除有毒气体。预热过程产生的废气作为最终废气，其主要成分是粉尘、水蒸气、N2、CO2、CO、O2等，布袋除尘后除去气态有毒物质，可以得到部分可燃气体CO，做到绿色安全排放。
具体地，可以用布袋除尘和旋风分离器除去粉尘，利用钙基脱硫剂吸收二氧化硫，利用碱吸收法脱除烟气中的NOX。
在本发明的一个实施例中，预热气体与煤流在破碎装置内逆流接触，以提高传热效率。
在本发明的一个实施例中，微波处理的温度是100～250℃。微波处理的功率是300～1500W，处理时间是5～20min。
将褐煤原煤与经过本发明提质处理的褐煤的性能参数(刚从煤矿中采出时的全水分、空干基水分和热值)分别进行对比，见下表。
| 试样 | Mt/％ | Mad/％ | Qnet，ad/MJ/kg |
| 褐煤原煤 | 35.5％ | 13.98 | 12.68 |
| 经本发明处理的褐煤 | - | 7.5 | 17.85 |
经处理后的煤样可以保存很久，在2-3个月中不会发生自燃，因此可以实现煤样的长时间保存和长距离的运输。
褐煤中水分是影响褐煤加工利用的最主要原因，褐煤的高含水量主要和以下几个因素有关：丰富的含氧官能团、孔隙度大以及煤炭中的矿物质。因此褐煤提质利用的首要工作是降低褐煤的水分，其次是改变褐煤的分子结构和孔隙结构以防止褐煤脱水后复吸。
因此，本发明采用预干燥、热烟气干燥和微波改性三个步骤对褐煤进行提质，预干燥步骤提高煤体温度和脱除部分表面水，热烟气干燥步骤脱除煤粒表面水分、大孔隙中水分和部分较小孔隙中水分，微波改性步骤脱除煤粒内部小孔隙中最难脱除的部分水分，包括微细孔隙中的水分以及以氢键形式和褐煤表面含氧官能团紧密吸附的水分，同时对煤粒进行改性，改善内部孔隙结构及表面官能团。本发明提供的褐煤提质系统及其方法能够很好的根据水的赋存状态，将褐煤中水分逐步地分级脱除，工艺精细化、高效化，能够很好的提高设备和工艺能效。本发明充分利用烟气干燥装置的废气和微波装置的废气，将两者混合后作为预热气体，有利于减少能耗的浪费。
微波处理过程能耗相对较大，本发明只是采用微波做褐煤提质过程中的收尾工作，煤体温度提高和水分脱除需要的能量主要由预干燥步骤和热烟气干燥步骤提供，这样的设计，既减少了能耗，也实现了对煤质的改性。微波处理过程通入空气，既保证煤体温度不至于过高，又将煤体在预干燥步骤、热烟气干燥步骤以及微波处理步骤中获得的、没有用于脱水的能量回收，保证能量的回收利用；同时防止后续程序中煤样发生反应，保证产品和设备的安全性。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种褐煤提质系统，其特征在于，包括：
破碎装置，用于将含水量为25～60％的褐煤原煤破碎至10～60mm；
预干燥装置，所述预干燥装置的煤流入口与破碎装置的出口相连，煤流出口与烟气干燥装置的煤流入口相连，用于预干燥破碎后的褐煤，使褐煤的含水量降为15～30％；
烟气干燥装置，所述烟气干燥装置的煤流出口与微波装置的煤流入口相连，所述烟气干燥装置的气流入口与燃烧锅炉的热烟气出口相连，气流出口与预干燥装置的气流入口相连，用于对预干燥后的褐煤进行干燥处理，使褐煤的含水量降为8～10％；
燃烧锅炉，用于向烟气干燥装置提供温度为600～700℃的热烟气；
微波装置，所述微波装置的气流入口与鼓风机的出口相连，气流出口与所述预干燥装置的气流入口相连，用于对干燥后的褐煤进行微波干燥处理，使褐煤的水分含量降为2～8％；
鼓风机，用于向微波装置提供空气；
所述烟气干燥装置的气流出口和微波装置的气流出口先通过管道连通，再一起连通至预干燥装置的气流入口，使烟气干燥装置的废气和微波装置的废气先在管道中混合形成预热气体再进入预干燥装置；所述烟气干燥装置的废气与微波装置的废气的体积流量之比为1～2:1。
2.根据权利要求1所述的褐煤提质系统，其特征在于，所述褐煤提质系统还包括与所述预干燥装置的气流出口相连的尾气处理装置，用于对预干燥装置的废气进行除尘和净化处理。
3.根据权利要求1所述的褐煤提质系统，其特征在于，所述鼓风机向微波装置提供的空气的温度为室温。
4.根据权利要求1所述的褐煤提质系统，其特征在于，所述热烟气与煤流的接触时间是5～15分钟。
5.一种根据权利要求1～4中任意一项所述的褐煤提质系统的褐煤提质方法，其特征在于，包括：
褐煤原煤进入破碎装置，含水量为25～60％的褐煤原煤破碎至10～60mm，然后进入预干燥装置，预热气体穿过煤流进行预热，褐煤温度整体上升，其表面的水开始挥发，褐煤的含水量降为15～30％；
预干燥后的褐煤进入烟气干燥装置，燃烧锅炉向烟气干燥装置提供温度为600～700℃的热烟气，褐煤的水分含量降为8～10％；
干燥后的褐煤进入微波装置，采用微波处理进一步对褐煤进行脱水，使褐煤的水分含量降为2～8％，鼓风机向微波装置提供空气，所述空气与煤流进行热交换；
与此同时，烟气干燥装置产生的废气和微波装置产生的废气在管道中混合形成预热气体后进入预干燥装置，对褐煤进行预干燥。
6.根据权利要求5所述的褐煤提质系统的褐煤提质方法，其特征在于，所述热烟气与煤流整体呈逆流趋势。
7.根据权利要求5所述的褐煤提质系统的褐煤提质方法，其特征在于，所述烟气干燥装置的气流出口和微波装置的气流出口先通过管道连通，再一起连通至预干燥装置的气流入口，使烟气干燥装置的废气和微波装置的废气先在管道中混合形成预热气体再进入预干燥装置。
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