褐煤脫水改質技術中國褐煤資源十分豐富，主要分布在東北、內蒙和西南地區，多屬老年褐煤，占全國煤炭總儲量的13%左右。在中國目前已探明的褐煤保有儲量中，以內蒙古東北地區最多，約占全國褐煤保有儲量的3/4；以云南省為主的西南地區的褐煤儲量約占全國的1/5。中國褐煤資源的特點是：埋藏淺、煤層厚、儲量大，多適合于露天開采。21306年全國生產褐煤10511多萬t,占全國原煤產量4.51%。褐煤是泥炭沉積后經脫水、壓實轉變為有機生物巖的初期產物，外表呈褐色或暗褐色，真密度在1.10?1.40g/era。之間。如圖1所示，褐煤是由芳環組成并由鹽橋、脂肪鏈等連接起來的大分子網絡結構化合物。褐煤煤化程度淺，孔隙多，灰分高，機械強度低，熱穩定性差，熱值低；含氧量較高，一般為15%?30%；水分含量高，全水分一般可達20%?50%。褐煤中的水分按存在形式可分為結合水（包括結晶水和吸附水）、毛細水（內在水分）和外表水（外在水分）3類。其中內在水分吸附在褐煤內部的毛細孔隙內，在常溫下不易脫除，只有加熱到一定溫度時才能逸出，因此，褐煤的空干基水分可達10%?20%。褐煤化學反應性好，易氧化，易自燃，易風化粉碎，難以洗選與儲存，不宜遠距離運輸。以上這些缺陷導致褐煤資源的利用受到限制由于中國褐煤大多高灰、高水分，不利于長途運輸與長時間儲存，因此，中國的褐煤資源主要用于坑171發電_1］。由于褐煤水分高，直接燃燒發電，火焰溫度低，燃盡困難，熱效率低。澳大利亞、美國、德國、波蘭等國家為了提高電廠效率，均進行了褐煤干燥的研究_、褐煤干燥過程分析褐煤成煤時期短，孔隙極為發達，這些孔隙多為一端封閉、一端開放的狹長裂口型，表面和內部遍布著有機質、礦物質，具有很強的吸附水分能力J。因此，褐煤是具有不同孔徑分布的多孑L固態物質。另一方面，褐煤孔隙表面含有豐富的強親水含氧官能團，從而使褐煤的含水量高于煙煤和無煙煤。褐煤中大量的含氧官能團使褐煤具有膠質體特征，表現為褐煤失去水分時，孔隙尺寸減小、數目減少引起體積發生收縮；吸收水分時，體積重新發生膨脹。在干燥過程中，褐煤含有的自由水首先蒸發，褐煤體積收縮，孔隙尺寸減小，毛細管作用增強，水的蒸發速率受毛細管孔張力的影響逐漸減小。脫水過程在更微小的孔隙結構中進行。水通過氫鍵在孔表面與含氧官能團形成水分子簇狀結構，隨后這些簇狀結構相連接形成單層或多層水分子膜。由于存在氫鍵作用，這部分水比毛細管孔中的水更難蒸發脫除，其蒸發過程受脫附/吸附作用控制，干燥速率繼續減小，直到為零，達到此溫度對應的“干燥狀態”，這一階段脫除的是物理吸附和化學吸附的水分。李東濤等發現，在溫度低于80°C時，主要脫除的是煤中的自由水和與煤形成弱氫鍵的水，而高于80C后則主要脫除的是與煤表面形成強氫鍵的水。Miura等認為，煤中的水分在140C時已經完全脫除，超過該溫度的產物水應當歸為熱解產生的水分，即140C時的煤可以定義為干煤狀態，此時煤中仍存在的水分已成為煤大分子結構的一部分。二、干燥技術（1）、非蒸發脫水提質技術褐煤的提質是指褐煤在高溫下經脫水和熱分解作用后轉化成具有煙煤性質的提質煤。褐煤脫水過程除脫去部分水分外，也伴隨著褐煤的內部組成和結構的變化。提質后的褐煤將更有利于利用、運輸和貯存。大量毛細水的存在是褐煤區別于煙煤的特征之一，也是褐煤難以脫水的主要原因，其脫除難易取決于孔結構的發育程度和狀態。非蒸發脫水法借鑒煤炭在自然界的高溫高壓炭化變質過程，僅用數分鐘的時間而不是數萬年的地質年代將褐煤轉化成高階煤。該過程是在一定溫度和壓力隔絕空氣的條件下，改變褐煤的物理和化學結構，脫除部分含氧官能團，并使褐煤含水量下降，褐煤本身親水性下降，疏水性增強。經過處理，使得褐煤收縮變得更加致密。脫水過程中不需水的蒸發潛熱，褐煤不會自燃。利用該原理進行褐煤改質的代表工藝包括熱水干燥、高溫高壓蒸汽干燥和熱油干燥L8-9J。熱水干燥技術和高溫高壓蒸汽干燥系統系統復雜、經濟性不佳，耗水量大，水回收投資大。、機械熱壓成型提質技術褐煤在一定的壓力(13?25MPa)和一定溫度(150?200oC)下的機械熱壓成型過程中，經過高壓或剪切等物理作用，使其凝膠結構及孔隙系統受到不可逆的破壞，并使水分在不蒸發的情況下得以從褐煤中去除，因而從本質上改變了煤樣的煤階，煤化度也隨之提高J。這種方法的最大特點是避免了蒸發干燥法中褐煤與水或氧氣的反應，對一些水分較高的褐煤較為經濟。但是系統復雜，擠壓過程能耗較高；擠壓出來的水需要特殊處理。。。熱解提質技術熱值13.39?16.74MJ/kg的褐煤熱解改質后可得到熱值在24.28MJ/kg以上半焦，可用作電廠燃料。國內外典型的褐煤熱解工藝包括德國的L—R工藝、澳大利亞的流化床快速熱解工藝、中國的多段回轉爐工藝和固體熱載體新法干餾工藝等。除了以上的熱解提質工藝外，尚有美國FMC公司開發的串聯(4個)流化床氣一固熱載體低溫快速熱解工藝和前蘇聯開發的半焦固體熱載體褐煤提質工藝等。熱解提質從根本上降低了水分含量，目的是為了得到煤氣及油類產物，后續的氣體產物以及焦油處理是關鍵。同時形成的半焦由于揮發分析出殆盡，其著火性能受到影響，燃燒利用存在一定的問題。尤其是高灰分年老褐煤，半焦的熱值并不高。、物理蒸發干燥方式按照干燥介質種類不同可分為熱蒸汽干燥法和熱空氣/煙氣干燥法'J，主要代表技術有滾筒式干燥技術、蒸汽空氣聯合干燥技術、蒸汽流化床干燥技術(WTA)、床混式干燥技術(BMD)及振動床干燥技術…。干燥的熱量來源于鍋爐的飽和蒸汽、熱風或者熱煙氣。干燥器可以是移動床、振動床、流化床或者循環流化床。褐煤在流化床和循環流化床干燥器內可以停留較長時間。但是，干燥后褐煤與熱工質中的氧氣接觸，可能自燃或爆炸，工作溫度較低，使用的工質量大，降水率有限。移動床和振動床等工藝操作運行簡單，自燃和爆炸的風險較低，但需要嚴格地控制停留時間。蒸汽干燥的優點是干燥工質中含氧較少，適用的燃料較廣，但費用較高，另外，褐煤中的一些有機成分可與高溫蒸汽發生反應。使用空氣作為干燥工質，比較方便，但需要很好地控制溫度和空氣量，避免干燥后易燃的褐煤與空氣發生燃燒爆炸，因此干燥溫度不能太高，而較低的干燥溫度使干燥降水率不足。使用高溫爐煙使得燃燒爆炸的風險降低，干燥降水率也可以保證，但費用相對增高。、滾筒式干燥技術熱煙氣干燥滾筒式工藝流程如圖2所示。煤進入滾筒干燥機后，與熱風爐產生的650?700°C熱煙氣在干燥機內完成質熱交換，干燥后的產品經圭寸閉式排料箱裝倉外運。不超過120°C的干燥乏氣經旋風除塵器、引風機、濕式除塵器、煙囪排人大氣。滾筒干燥技術主要缺點是人料口處易發生著火現象。通過改造，目前已經基本解決。滾筒式干燥技術的最大缺點是單機容量比較小，不能用于大規模褐煤干燥。、流化床干燥技術流化床干燥器是20世紀60年代發展起來的。在干燥過程中，流化床內固體顆粒懸浮于干燥介質中，流體與固體接觸面較大，傳熱性能好，熱效率高。典型的流化床干燥技術采用蒸汽干燥，如圖3所示，蒸汽既是干燥介質也是流化介質。過熱蒸汽作為流化介質使高水分褐煤在干燥機內處于流化狀態，蒸氣吸收褐煤中蒸發出的水分，經旋風分離器分離出煤粉，部分蒸汽再被導回干燥機。干燥機所需能量由汽輪機出來的蒸汽提供。其缺點是用于褐煤干燥耗水量較大。另外，在有的工藝中，采用熱煙氣作為流化介質，也取得不錯的效果。由于褐煤易自燃，所以，在使用流化床工藝進行褐煤干燥時，必須嚴格限制熱煙氣中氧氣含量及干燥介質流速。同時，采用流化床干燥，高溫煙氣的電耗較高，影響了整體經濟性。圖3流化床蒸汽干燥工藝、氣流床干燥技術近年來，澳大利亞懷特公司開發了氣流床干燥工藝。其BCB工藝流程如圖4所示,將高水分煤破碎到一定粒度，利用燃氣產生的高溫煙氣使其在輸送床中干燥，干燥后的低水分煤采用無粘結劑成型BCB技術擠壓成型，以便運輸。氣汽床干燥技術改善了流化床蒸氣干燥工藝的水耗問題，但電耗較高的問題仍然存在。干燥后的低水分煤粒度較小，必須加工成型后才能遠距離運輸。2.4.4振動床干燥器唐山神州機械廠開發的振動混流干燥系統如圖5所示，其工藝流程為：高水分物料從頂部進入干燥器后在多層干燥床作用下分散形成物料長龍，一部分粒度小于床孔的細物料穿過床孔垂直下落，大部分粗粒物料在振動狀態下形成振動疏松料層沿床面水平移動，移至端部灑落到下一層干燥床上。低溫大流量熱風分為垂直氣流和水平氣流，垂直氣流借鑒流化床干燥原理，在穿越物料的過程中與物料充分地、高強度地接觸，將物料干燥。氣流在水平方向之問變速流動并與灑落物料接觸將物料干燥。在干燥器內既有物料的垂直流動，又有物料的水平流動；熱風與物料之間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。粗細物料與熱風在混流過程中經多次混合一分離一再混合一再分離的過程被均勻干燥，大部分物料從干燥器的底部輸出，極小部分細物料隨氣流進人除塵器，除塵器分離出的物料作為產品回收。設備干燥面積和時間可以根據去水率調整，低溫干燥后煤炭不產生化學變化，保持了褐煤的燃燒優勢。干燥器立式結構,占地面積小。采用特種防護措施，具有良好的防腐、防火、防爆性能。工藝簡單、操作方便、處理量大(單套設備最大處理能力可達200-400t/h)、易于工業化和大型化。其主要缺陷在于脫水率不高。在此基礎上，最近出現了順流振動床干燥工藝，進一步提高了唐山神州機械廠的振動混流干燥的干燥效果。三、結論由于褐煤灰分、水分、氧含量高，熱值較低，同時由于其揮發分含量高，反應活性好，導致其易氧化、易自燃著火甚至發生爆炸，不適宜長距離運輸。由此，中國褐煤多用于坑口電廠發電。由于褐煤含水量高，如果直接燃燒，必將導致燃盡困難，熱效率低。為了改善燃燒效果，需對褐煤進行脫水提質處理，以提高其熱值。因此，開發先進的褐煤干燥技術和設備，對于提高褐煤市場競爭力，降低發電成本具有重要意義。在所有的褐煤干燥提質技術中，振動床干燥技術處理量大，操作簡單，過程可控，非常適合中國褐煤的干燥利用。因此，有必要深入研究中國褐煤的脫水機理，完善其干燥過程的理論計算與模擬，并以振動床干燥系統為研究對象，對其工藝過程進行實驗研究與理論計算，為振動床干燥系統在褐煤干燥提質領域的推廣應用及工藝設計奠定基礎。參考文獻：尹立群.我國褐煤資源及其利用前景J]煤炭科學技術，2004，32(8)：12—14.國家安全生產監督管理總局調度統計司.煤炭工業統計提要(1949-~006)