CN102304405B - 一种褐煤提质的装置及其提质方法 - Google Patents

Abstract

一种褐煤提质装置及其提质方法，包括煤浆制备装置、泵，管道干燥器、加热装置、多个自蒸发器、和液固分离器，所述泵一端连接煤浆制备装置，另一端连接所述管道干燥器的入口端；所述管道干燥器为套管形式，其外部设置有煤浆预热夹套和二次蒸汽预热夹套，所述自蒸发器具有煤浆管和蒸汽管，多个自蒸发器煤浆管串联连接，煤浆管一端连接所述加热装置的出口端，另一端连接所述煤浆预热夹套，所述煤浆预热夹套的另一端连接所述液固分离器；所述二次蒸汽预热夹套的一端分别连接所述自蒸发器的蒸汽管出口，另一端连接冷凝水槽；所述加热装置采用熔盐或导热油加热。

Description

一种褐煤提质的装置及其提质方法

技术领域

本发明涉及一种洁净煤技术，尤其涉及一种褐煤提质的装置及其提质方法。

背景技术

褐煤是煤化程度最低的煤种，煤化程度介于泥炭和烟煤之间，含水量高，在空气中易风化；含一定量的原生腐殖酸，碳含量低，氧含量高，氢含量变化大；挥发分一般在45％～55％。由于褐煤水分高、热值低、易风化和自燃，单位能量的运输成本高，不利于长距离输送和贮存。褐煤直接燃烧的热效率较低，且温室气体的排放量也很大，难以大规模开发利用。此外，褐煤作为原料转化利用也受到限制，褐煤液化、干馏和气化都需要把煤中水分降至10％以下。

据第三次全国煤炭资源调查(1999年)，我国煤炭资源总量为5.57万亿t，保有储量10032.6亿t，已探明的褐煤保有储量为1311.42亿t，约占煤炭保有储量的13％，因此大量的褐煤需要进行褐煤提质。褐煤提质是指褐煤在脱水、成型和热分解等过程中，煤的组成和结构发生变化，转化成具有近似烟煤性质的提质煤。褐煤脱水提质加工后，水分显著降低，发热量大幅度提高，既可防止煤炭自燃、便于运输和贮存，又有利于发电、造气、化工等使用。

近年来，随着国内煤炭价格大幅上涨，价格相对低廉的褐煤资源又重新引起能源化工行业的重视，一批新建煤化工项目纷纷改用褐煤作为原料，开发出了多种褐煤提质加工技术。国内外褐煤提质加工技术归纳起来大体可分为非蒸发脱水提质技术、蒸发脱水提质技术、热解提质技术三大类。

以高温高压蒸汽(或高温热油)干燥技术为代表的褐煤非蒸发脱水提质技术，是一种通过高温高压等条件来改变褐煤的物理和化学结构，将之转变成为洁净、高效的烟煤燃料的提质方法。这种新型提质技术是将褐煤与高温高压蒸汽(或高温热油)直接接触，使水分脱出，从而使褐煤收缩变得更加致密，疏水性增强。该方法热效率及其安全性都比较高。

美国KFx公司在上世纪80年代中期开发了K燃料工艺(K-Fuel Process)技术，经过20年的完善已进入工业应用阶段。其提质过程是：煤经过粉碎之后，通过传送装置送入高压釜。高压釜内压力和温度分别维持在3.7MPa和238℃。在高压釜中，煤块发生破裂，将硫化物从煤中分离出来，煤中的水分也随之蒸发掉。经过高温高压处理的煤粉和蒸发出来的水蒸汽可以直接送入锅炉进行发电或供热。

类似的技术还有乌克兰的热压处理工艺：将粒度为13～100mm的褐煤，在压力为2MPa的饱和蒸汽下处理2～3h，使煤收缩而脱除其中水分。最终将其水分由33％降至15％～18％，热值则由15.7MJ/kg提高到20.7MJ/kg。

日本电源开发公司(D)和川崎重工公司(K)从1976年开始研究并成功开发出了D-K非蒸发脱水工艺。D-K脱水工艺可实现褐煤水分在非蒸发条件下加热，使水分以液体状态从褐煤中脱出，其煤质变化类似天然的煤化作用。装置内有4台压力釜，可实现半连续运转，压力釜之间可实现排出蒸汽和热水的回收。

日本神户制钢所(Kobe Steel Group)于1993年开始研究UBC(Upgrading Brown Coal)褐煤提质技术，其特点是用轻油去除褐煤中的水分。具体工艺是：将褐煤研磨成粉状后，与再生油(通常是石油裂解产生的轻油)和重油混合，形成煤浆，然后在一个蒸发器中加热煤浆，水分被蒸发，再用细颈盛水瓶从脱水的煤浆中回收油，得到提质粉煤，最后将提质的煤压制成型。

长期以来，欧洲许多盛产褐煤的国家除将褐煤用于发电和大型锅炉外，其余都是将其加工成型煤后用于工业和民用，澳大利亚亦不例外。褐煤在成型过程中，经过高压或剪切等物理作用，使其凝胶结构及孔隙系统受到了不可逆的破坏，因而从本质上改变了煤样的煤阶，煤化度也随之提高。

上述褐煤提质工艺，所需设备复杂，工艺流程较多，投资大，热效率低，不利于在中国的大规模推广应用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种褐煤提质的装置及其提质方法，装置包括煤浆制备装置、泵，管道干燥器、多个自蒸发器、加热装置和液固分离器，所述泵一端连接煤浆制备装置，另一端连接所述管道干燥器的入口端；所述管道干燥器为套管形式，其外部设置有煤浆预热夹套和多个二次蒸汽预热夹套，所述自蒸发器具有煤浆管和蒸汽管，多个自蒸发器的煤浆管串联连接，其一端连接所述管道干燥器的出口端，另一端连接所述煤浆预热夹套，所述煤浆预热夹套的另一端连接所述液固分离器；所述二次蒸汽预热夹套的一端分别连接所述自蒸发器的蒸汽出口，另一端连接冷凝水槽；所述加热装置采用熔盐或导热油间接加热。

其中所述泵为高压柱塞泵或隔膜泵。

其中所述自蒸发器的数量与所述二次蒸汽预热夹套的数量相同，每个二次蒸汽预热夹套分别连接一个自蒸发器。

其中所述二次蒸汽预热夹套为管壳式换热器，数量为3～20节，每节长度6～12米，节与节之间采用法兰连接。

其中所述加热装置由3～6节套管换热器组成。

其中所述加热装置设置为靠近管道干燥器的出口端。

其中所述液固分离器为旋液分离器和离心机。

其中所述煤浆制备装置包括顺次相连的输煤机、磨煤机和煤浆槽。

上述褐煤提质装置的提质方法包括以下步骤：

煤浆通过煤浆制备装置进入泵，由泵将煤浆泵入管道干燥器中；

煤浆在管道干燥器中流动，由煤浆预热夹套中的热煤浆和二次蒸汽预热夹套中的蒸汽预热至100～200℃；

预热后的煤浆进入管道干燥器设置的加热装置的区段，与加热装置中的熔盐或过热蒸汽或导热油间接热交换，加热到250～300℃，并调节煤浆的停留时间确保水分脱除；

加热干燥后的煤浆进入自蒸发器，蒸发产生的蒸汽进入二次蒸汽预热夹套，用于预热新泵入的煤浆；

从多个自蒸发器中流出的煤浆进入煤浆预热夹套，用于预热新泵入的煤浆；

煤浆自煤浆预热夹套中流出，进入液固分离器进行液固分离，得到提质后的煤粉，煤粉可进一步压块，或煤浆不经液固分离直接制取水煤浆。

本发明的优点在于：

1、褐煤蒸发脱水存在能耗较大。非蒸发脱水工艺是将煤中水以液态脱除，因此节省了水的蒸发潜热，并减少了温室气体的排放约25％；

2、刚采出的褐煤直接粉碎制浆，减少了褐煤氧化；

3、经该连续装置提质后，褐煤热值提高40～100％，褐煤的水分脱除50～70％，氧脱除50～70％，可溶性Na、K、S、N、Fe、Ca也被部分脱除，改质后褐煤可进一步用于水煤浆生产或压块后外运；

4、预热段采用多管换热，充分利用热煤浆显热和自蒸发产生的二次蒸汽的显热预热煤浆，热效率高；

5、加热段采用熔盐加热提高传热效率，无需高压蒸汽，节省投资；

6、与在热风中或过热蒸汽中干燥脱水相比，同样数量的煤采用该技术仅需要40％的能量；

7、采用DCS或PLC控制技术，进行该工艺的压力、流量、温度、液位等参数的多点循回检测、显示、报警、记录等；

8、为了增加停留时间可方便调节保温段的长度，保证提质效果；

9、与国际上目前采用的多管干燥装置相比，能耗低，无转动部件，维修费用低，可大规模、连续褐煤脱水、脱氧，投资小；

10、煤浆水可循环利用，无废水污染问题；

11、冷凝水可集中回收，用于煤浆制备，也可进一步闪蒸产生蒸汽与冷煤浆换热；

12、不存在其它干燥方法存在的加热不均、褐煤过热，甚至着火和爆炸问题。

附图说明

附图1为是褐煤非蒸发脱水装置示意图。

附图标记如下：1、输煤机，2、磨煤机，3、煤浆槽，4、隔膜泵，5、管道干燥器，6、煤浆预热夹套，7、二次蒸汽预热夹套，8、自蒸发器，9加热装置，10、旋液分离器和离心机，11、冷凝水槽。

具体实施方式

参见附图1，其描述了根据本发明所述的褐煤提质装置的一个具体实施例。包括煤浆制备装置、泵，管道干燥器、多个自蒸发器、加热装置和液固分离器，煤浆制备装置优选煤浆制备装置包括顺次相连的输煤机、磨煤机和煤浆槽，泵优选高压柱塞泵或隔膜泵，其一端连接煤浆制备装置中的煤浆槽，另一端连接所述管道干燥器的入口端，用于向管道干燥器内输送煤浆；管道干燥器的外部设置有煤浆预热夹套和多个二次蒸汽预热夹套，用于预热泵入的煤浆，自蒸发器具有煤浆管和蒸汽管，多个自蒸发器串联连接，煤浆管的一端连接管道干燥器的出口端，另一端连接煤浆预热夹套，煤浆预热夹套的另一端连接液固分离器，优选旋液分离器串联离心分离器，用于进行液固分离，得到提质后的煤粉；自蒸发器的数量与优选与二次蒸汽预热夹套的数量相同，每个二次蒸汽预热夹套的一端分别连接一个自蒸发器，二次蒸汽预热夹套另一端连接冷凝水槽；加热装置设置在管道干燥器的出口端附件，围绕管道干燥器设置，优选由3～6节套管换热器组成。

二次蒸汽预热夹套优选为管壳式换热器，数量为3～20节，即自蒸发器的数量也为3～20个，每节长度6～12米，节与节之间采用法兰连接。

上述褐煤提质装置的提质方法包括以下步骤：

煤通过煤浆制备装置进入泵，由泵将煤浆泵入管道干燥器中；

煤浆在管道干燥器中流动，由煤浆预热夹套中的热煤浆和二次蒸汽预热夹套中的蒸汽预热至100～200℃；

预热后的煤浆进入管道干燥器设置加热装置的区段，与加热装置中的熔盐或过热蒸汽或导热油间接热交换，加热到270～300℃，为确保煤浆中的水分含量达到要求，需要使煤浆在加热装置区段停留一段时间，停留的时间可根据煤浆的具体含水情况自由设定，通常5～60分钟即可确保水分脱除；

加热干燥后的煤浆进入自蒸发器，在其中产生的二次蒸汽进入预热夹套，用于预热新泵入的煤浆；

从多个自蒸发器中流出的煤浆温度仍然比较高，因此使其进入煤浆预热夹套，与管道干燥器中的新泵入的煤浆进行热交换，预热新泵入的煤浆；

煤浆自煤浆预热夹套中流出，进入液固分离器进行液固分离，得到煤粉，煤粉可进一步压块或制备水煤浆，实现褐煤的提质。

以上所述，仅为本发明专利较佳的具体实施方式，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明专利的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种褐煤提质装置，其特征在于，包括煤浆制备装置、泵、管道干燥器、加热装置、多个自蒸发器和液固分离器，所述泵一端连接煤浆制备装置，另一端连接所述管道干燥器的入口端；所述管道干燥器为套管形式，其外部设置有煤浆预热夹套和多个二次蒸汽预热夹套，所述自蒸发器具有煤浆管和蒸汽管，多个自蒸发器的煤浆管串联连接，串联后的煤浆管一端连接所述加热装置的出口端，另一端连接所述煤浆预热夹套，所述煤浆预热夹套的另一端连接所述液固分离器；所述二次蒸汽预热夹套的一端分别连接所述自蒸发器的蒸汽管出口，另一端连接冷凝水槽；所述加热装置采用熔盐或导热油加热，加热装置设置为靠近管道干燥器的出口端；所述液固分离器为旋液分离器和离心机。

2.如权利要求1所述的褐煤提质装置，其中所述泵为高压柱塞泵或隔膜泵。

3.如权利要求1或2所述的褐煤提质装置，其中所述自蒸发器的数量与所述二次蒸汽预热夹套的数量相同，每个二次蒸汽预热夹套分别连接一个自蒸发器。

4.如权利要求3所述的褐煤提质装置，其中所述二次蒸汽预热夹套为管壳式换热器，数量为3～20节，每节长度6～12米，节与节之间采用法兰连接。

5.如权利要求1或4所述的褐煤提质装置，其中所述加热装置由3～6节套管换热器组成。

6.如权利要求1所述的褐煤提质装置，其中所述煤浆制备装置包括顺次相连的输煤机、磨煤机和煤浆槽。

7.利用权利要求1－6其中任一所述褐煤提质装置进行提质的方法，其特征在于，包括以下步骤：

煤浆通过煤浆制备装置进入泵，由泵将煤浆泵入管道干燥器中；

煤浆在管道干燥器中流动，由煤浆预热夹套中的热煤浆和二次蒸汽预热夹套中的蒸汽预热；

预热后的煤浆进入管道干燥器设置加热装置的区段，与加热装置中的熔盐或导热油间接热交换，加热到250～300℃，并调节煤浆的停留时间确保水分脱除；

加热干燥后的煤浆进入自蒸发器，蒸发产生的蒸汽进入二次蒸汽预热夹套，用于预热新泵入的煤浆；

从多个自蒸发器中流出的煤浆进入煤浆预热夹套，用于预热新泵入的煤浆；

煤浆自煤浆预热夹套中流出，不经液固分离直接制取水煤浆，或者进入液固分离器进行液固分离，得到煤粉，煤粉进行压块或直接作为成品使用。

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