褐煤干燥在发电行业的发展葛伟

褐煤干燥在发电行业的发展葛伟

葛伟

(华电电力科学研究院浙江杭州310030)

摘要：褐煤的高效利用对于节能减排工作具有重要意义。在我国，褐煤的大规模开发利用刚起步，国内褐煤干燥发电技术大多还不成熟。本文阐述了国内褐煤干燥发电的现状，介绍了不同褐煤干燥设备、工艺流程以及各自的特点。

关键词：褐煤；干燥；发电；滚筒流化床；煤中；取水

1、引言

我国褐煤资源丰富，主要集中在华北地区，以内蒙古东北部最多。国内烟煤、无烟煤等优质煤资源已经被充分利用，对褐煤的大规模开发刚起始于几年前的煤炭供应紧张期。褐煤水分高，发热量低，远距离运输不经济。国内褐煤资源多用于发电，已建成富拉尔基、元宝山、伊敏、上都、九台等一批燃用褐煤的电厂[1]。然而，高水分褐煤直接燃烧会降低发电效率，经济性不佳。近年来，为解决这一问题，德国、澳大利亚等国都在研究开发针对褐煤的干燥设备和工艺，有些已商业化运行。本文主要介绍常见的褐煤干燥技术及在我国发电行业的发展。

2、国内褐煤干燥行业现状

我国褐煤水分含量一般在25%～40%，低位发热量在10-17MJ/kg，煤灰变形温度多在1050-1180℃。国内褐煤的埋藏深度普遍较浅，很多适合露天开采，生产成本低。有研究显示：褐煤水分由40%干燥至15%后，锅炉热效率提高约1.16%，送、引风机电耗降低约29.9%[2]。九台、伊敏等电厂曾有意向通过褐煤预干燥来提高发电效率，后由于没有成熟可靠的技术工艺而取消。目前国内已有的褐煤干燥系统无法做到高处理量和较低能耗，也难以保证干燥系统的安全运行。目前还未发现国内有和电厂集成的成功应用。

3、褐煤干燥技术

3.1滚筒干燥

滚筒干燥分为两类：一种是高温烟气与褐煤直接接触，另一种为蒸气间接接触式干燥。

国内某已建成烟气直接干燥系统，可将褐煤水分从40%降低到15%，热值从3400大卡提高到4400大卡，原煤处理能力达200t/h。干燥流程：煤粉燃烧产生约700℃，4%氧量的烟气，进入滚筒干燥装置与褐煤直接接触，干燥后的块状褐煤储存到煤场，干燥后的湿烟气及夹带的粉煤通过气固分离系统，存在的主要问题有：1、粉煤产率较高，成型率低，导致系统难以正常运转；2、布袋搜集器负荷高，煤粉堆积，布袋存在自燃的危险。

蒸气间接干燥流程：用低压过热蒸汽加热干燥机内的煤粉，使煤的水分蒸发，以进入干燥器的空气作为脱水介质，通过电除尘器将煤粉分离，含有褐煤水的尾气直接排空。蒸汽侧是间接接触方式，热交换后蒸汽直接冷凝回收。管内走煤的干燥方式应用广泛，且比较成熟，采用该技术干燥褐煤的大容量电厂是德国黑水泵电厂。

3.2蒸气流化床干燥

蒸气流化床干燥流程：过热蒸汽从流化床的底部吹入，褐煤在炉内上部产生流化现象，与内置换热管内的饱和蒸汽实现热交换。流化蒸汽作为脱水介质吸收褐煤原煤中蒸发出的水分，经过旋风分离器收集煤粉后，一部分经过循环风机重新进入流化床作为流化介质使用，其他部分被排出。加热褐煤的低压过热蒸汽可取自汽轮机低压缸，热交换后成为冷凝水回收。

图2蒸气流化床干燥器

为了更好地回收利用褐煤水分，德国WTA干燥工艺在此基础上做了改进，主要增加了回收潜热的蒸汽压缩机，煤中蒸发出来的水蒸气除尘后，绝大部分加压得到压缩蒸汽（约350kPa，280℃）进入流化床内置换热器中和煤样间接换热，而剩余蒸汽作为流化介质进入流化床。

WTA第一代技术要求入炉原煤粒度尺寸小于6mm。2002年，该技术在德国某电厂试验成功，最大出力达到90t/h。WTA干燥技术现已发展到第二代，称为细颗粒蒸气流化床干燥工艺。其由两套相互连接的破碎机所组成，能将煤粉颗粒从大约0-80mm碾磨至0-2mm。由于紧凑的结构设计，其碾磨装置能直接整合入干燥装置中作为上游处理设备。原煤的粒径从6mm降低到2mm以下，使热量传递提高了80%，流化床的体积可以减小70%，投资费用预计可降低60%。干燥后的褐煤几乎无需二次碾磨，将细煤颗粒直接通过柱塞泵打入燃烧器，取消了磨煤机。2009年WTA二代工艺完成了商业化规模的示范装置，出煤量为110t/h。

国内也有企业致力于这方面的研究，已建成设计年产15万吨的示范项目。项目采用了自主研发的高床层蒸气流化床干燥，结合尾部余热回收，同等规模下提高了换热效率。目前干燥系统还在中试阶段，离工业化应用还有一定的距离。

3.3非蒸发干燥技术

非蒸发干燥技术是在隔绝空气并具有一定温度和压力的条件下，改变褐煤的物理和化学结构，使褐煤的含水量下降。脱水过程不需要水的蒸发潜热，代表性工艺包括机械热挤压脱水、K-fuel工艺等。

机械热挤压脱水工艺MTE在不需要较高温度（150-200℃）和很高压力（约6MPa）的情况下，就能对干燥对象实现不可逆脱水，约脱除70%左右的水分。该工艺过程分为4个阶段：工艺热水预热—过热蒸汽加热—机械加压脱水—闪蒸进一步脱水。为了使干燥介质均匀分布在煤层中，原煤必须用压盘稍微预压一下。预压时，热水从压盘里的喷洒系统喷洒出来，并且最终均匀地分布在煤层表面。在饱和蒸汽压力下，水进入压力室，热水经过煤层并且向煤释放热量，然后连续用蒸汽加热并使煤中的水分部分从煤层中脱离出来。最后再经机械加压达到3MPa左右，脱除大部分水分。机械热力脱水技术工艺操作条件较为温和，工艺过程较为简单；水以液态脱除，能耗较低，脱水同时脱除了大部分Na、Ca、Fe、S等可溶离子，可有效减少积灰、结渣[5]。但MTE脱水后含水量相对还不算低，生产规模有限，同时MTE工艺过程所产生的污水的处理也是一个难题。目前，澳大利亚一电厂已建一套25t/h的中试装置。

K-fuel工艺原理是在高压釜式处理器中，在一定的温度、压力和时间的作用下，通过饱和蒸汽作用破坏煤中储存大量水分的毛细孔结构和亲水性的含氧官能团，将煤中水分以液态形式“挤”出。倒坍的毛细孔可以阻止水分再进入毛细孔，亲水性含氧官能团的破坏可降低低阶煤再吸附水分的能力。首个采用K-Fuel工艺提质褐煤的工厂，于2005年底在美国某市建成并运行，年产量75万吨。2009年，K-fuel由国内厂家将技术引进后，目前还没有成功的国内应用和确定的合作项目，技术还在推广中，投资也较高。

3.4煤中取水褐煤发电技术

我国北方缺水严重，大量煤炭无法就地转化为电能。东北电力设计院与相关单位合作，提出了采用炉烟干燥、煤中水分回收、风扇磨仓储制粉系统集成的褐煤发电技术方案。

煤中取水褐煤发电技术流程为：抽取锅炉炉膛高温炉烟和尾部低温烟气混合后，经过膜式内冷高温炉烟管道输送至干燥管中与原煤混合。经过风扇磨煤机磨制后，煤粉经由煤粉收集器分离后落入粉仓，由给粉机送入炉膛燃烧。干燥后的水蒸气通过煤粉收集器后进入水回收装置，降温后成为凝结水，进入水处理系统实现回收利用。

由于提高了燃料能量密度，锅炉体积和造价降低。空冷机组在正常工况时无需外部补水，使得燃用褐煤的火电项目选址不再受限。该褐煤发电技术突破了传统的思维模式，是褐煤发电行业的重大创新。

目前该技术中，关键设备煤粉收集器、抗爆粉仓和水回收装置的设计研发已经完成。煤中取水系统是整体连续的工艺，避免了其他干燥技术自燃、水分复吸等一些弊端。不过一些关键设备是否满足工程要求，还有待实践的检验。

3.5结语

目前国内绝大多数的褐煤干燥技术存在耗能较大、处理量偏小、水分复吸，系统安全性不佳等问题，还没有和电厂集成的实例。国外的非蒸发干燥技术，可以改变褐煤结构，防止水分复吸，脱水过程不需要水的蒸发潜热，但存在生产规模有限、褐煤含水量不够低、污水处理等问题。煤中取水技术是褐煤发电行业的重大创新，但仍需要工程实践的检验。国内褐煤干燥技术研究起步晚，应集中技术力量，加强行业交流，将成熟技术早日应用于电厂工程实际。

参考文献：

[1]冯蕾，武俊平.我国电力行业褐煤利用探讨[J].应用能源技术，2010，(10)：4-8.

[2]李春柱.维多利亚褐煤科学进展[M].北京：化学工业出版社，2009.

[3]阎维平，马凯，李春启，等．褐煤干燥对电厂经济性的影响[J]．中国电力，2010，43(3)：35-37．

[4]沈小波.褐煤提质：产业化前夜.www.inengyuan.com.

[5]熊伟.适用于发电集成的褐煤预干燥技术[J].