一种富含水褐煤干燥成型提质工艺.pdf

本发明为一种富含水褐煤干燥成型提质工艺，主要包括：褐煤储存、原料输送、煤粒破碎、回转鼓形体多管干燥、精破碎、加热、热压成型、筛分和返料组成。产品可用于运输、冶炼、燃烧、发电或气化的工艺技术中。其中干燥采用回转鼓形多管干燥装置，用低压蒸汽间接干燥工艺，以避免干燥过程中温度过高，挥发分与氧气反应产生爆炸；成型采用干燥后褐煤毛细管内少量内水作为粘接剂，在一定温度、粒度和压力下热压充填煤粒间的空隙，加强煤粒间的接触而成型。由于高压成型破坏了褐煤毛细管结构，使其难以恢复到原有的海绵状特性，从而减少煤粒二次吸附水分。本发明不仅有效的提高了褐煤的经济价值而且对环境污染影响小，干燥和成型过程安全。

1、  一种富含水褐煤提质工艺，其褐煤经过破碎、筛分、干燥、加热、成型提质，其特征在于，该工艺将含水15wt％-50wt％、煤粒度300mm以内的褐煤，相继经过一次破碎，由双辊破碎机以相对的方向旋转运行，将褐煤破碎到双辊间隙大小后出双辊破碎机；二次破碎，将煤粒物料经可逆锤式破碎机被高速旋转的锤头击向反击板而破碎；二次破碎煤粒经回转鼓形体多管干燥装置间接干燥后，三次破碎，将煤粒物料经可逆锤式破碎机破碎至压制成型要求粒度，然后经高压辊压机热压成型，其型煤块尺寸为20×32×38mm，或根据型煤产品需求而压制；回转鼓形体多管干燥装置蒸发排放的混合气体，主要含有水蒸气、空气、粉尘及其它微量组分，经电除尘装置处理后，符合环保排放。

2、  如权利要求1所述的富含水褐煤提质工艺，其特征在于：煤粒度300mm以内的褐煤经过一次破碎，由双辊破碎机以相对的方向旋转运行，将褐煤粒度破碎至20-50mm后出双辊破碎机。

3、  如权利要求1所述的富含水褐煤提质工艺，其特征在于：所述的二次破碎，将20-50mm煤粒物料经可逆锤式破碎机被高速旋转的锤头击向反击板，煤粒破碎至≤6.3mm。

4、  如权利要求1所述的富含水褐煤提质工艺，其特征在于：所述的三次破碎，破碎前煤粒先进入回转鼓形体多管干燥装置干燥，然后再将≤6.3mm煤粒物料经可逆锤式破碎机破碎至≤2mm，达到高压热压成型的要求粒度。

5、  如权利要求1所述的富含水褐煤提质工艺，其特征在于：二次破碎后煤粒采用回转鼓形体多管干燥装置间接干燥，其干燥装置的鼓形体由外筒和内件组成，内件为多管管束构件，管束的单管直径为￠50-150mm，外筒直径为￠1000-8000mm。

6、  如权利要求5所述的富含水褐煤提质工艺，其特征在于：所述的回转鼓形体多管干燥装置鼓形体是倾斜的，其轴向倾斜度在7-20°，通过调节倾斜度范围，使回转鼓形体装置轴向斜度发生变化，保证煤粒的流动，不发生堵塞。

7、  如权利要求5所述的富含水褐煤提质工艺，其特征在于：回转鼓形体多管干燥装置鼓形体在工作过程中不断旋转，其旋转速度为4-15转/分，通过调节转速，控制煤粒在干燥机内的停留时间，以达到控制煤粒干燥出口的水分含量。

8、  如权利要求1所述的富含水褐煤提质工艺，其特征在于：二次破碎后煤粒干燥作业是，由褐煤破碎来的粒度≤6.3mm，含水量为15wt％-50wt％煤粒，连续不断地从进料口送入回转鼓形体多管干燥装置中上方入口处，干燥后的煤粒从回转鼓形体多管干燥装置下方出口处出来，含水量8wt％-15wt％，管内走≤6.3mm煤粒，管外走加热介质低压蒸汽，间接换热干燥。

9、  如权利要求8所述的富含水褐煤提质工艺，其特征在于：所述的加热介质低压蒸汽，压力≤4巴、温度≤180℃，低压蒸汽走管束外与外筒内壳程，沿鼓体轴向进入，把热量传递给管内的被干燥介质，对于褐煤成型工艺而言，被干燥介质煤粒出口含水量为8wt％-15wt％，出料温度为60-90℃。

10、  如权利要求1所述的富含水褐煤提质工艺，其特征在于：所述的回转鼓形体多管干燥装置的单台回转鼓形体干燥机入口物料量为47-60吨/小时，出口物料量为34-44吨/小时，单台回转鼓形体干燥机内蒸发水量为13-16吨/小时。

11、  如权利要求1所述的富含水褐煤提质工艺，其特征在于：所述的回转鼓形体多管干燥装置的单台回转鼓形体干燥机消耗蒸汽量为18.38吨/小时，蒸汽指数为3.85公斤/平方米.小时，出水比为0.38公斤/公斤，换热面积为1000-6000平方米。

12、  如权利要求1所述的富含水褐煤提质工艺，其特征在于：所述的经高压辊压机热压成型，是利用两个相对旋转运动的辊子将物料压进规定好的模具内，在那里煤粒被压成所要求的形状，模具的形状和尺寸可以改变。

13、  如权利要求12所述的富含水褐煤提质工艺，其特征在于：所述的高压辊压机热压成型，采用褐煤无需添加粘接剂热压高压成型工艺，以回转鼓形体多管干燥装置干燥后褐煤所含8wt％-15wt％内水作为粘接剂。

14、  如权利要求12所述的由富含水褐煤提质工艺，其特征在于：煤粒在进入高压辊压机热压成型前，先经过成型机预压装置，将煤粒进行预压缩后再进行高压辊压机热压成型。

15、  如权利要求12所述的由富含水褐煤提质工艺，其特征在于：进入高压辊压机的煤粒度控制在1—2mm范围内。

16、  如权利要求1所述的富含水褐煤提质工艺，其特征在于：高压辊压机单机能力为：入口物料量0.2-55吨/小时，出口物料量为0.16-44吨/小时，型煤成型率≥85％。

17、  如权利要求1所述的由富含水褐煤提质工艺，其特征在于：高压辊压机热压成型后的型煤经筛分后，符合要求的型煤送往型煤冷却皮带进行冷却坚固，提高型煤的强度和热稳定性；不符合要求的型煤经筛分返回到三次破碎的可逆锤式破碎机入口处与回转鼓形体多管干燥装置来的干燥煤粒混合破碎，循环使用。

一种富含水褐煤干燥成型提质工艺
技术领域
本发明涉及富含水褐煤提质综合高效利用技术领域，特别涉及一种富含水褐煤干燥成型提质工艺及其关键设备。富含水褐煤经过破碎、干燥、成型提质处理后，满足用富含水褐煤锅炉燃烧发电或纯氧气化制取合成原料气的要求。
背景技术
由于褐煤中含有15wt％一50wt％的水分，直接参与燃烧或煤的气化，一方面在着火过程中需要消耗大量的能量；另一方面褐煤挥发分高，容易发生爆炸。此外，由于水分蒸发的过程会带走大量热能，使得燃烧排烟热损失大，发电热效率低，温室气体的大量排放以及对褐煤的气化工艺要求苛刻，使得富含水褐煤的使用面临特殊的挑战。大量开采水分高的褐煤直接用于燃烧，不仅锅炉燃烧不稳定，而且效率低。高水分使得这些煤种只能在当地使用，不可能长距离运输，极大地限制了煤炭的开采规模。因此，开发先进的富含水褐煤干燥成型技术和设备，对于提高富含水褐煤的市场竞争力，降低成本具有重要意义。
富含水褐煤是煤化程度最低的煤，其特点是水分高，孔隙度大，挥发分高，热值低，含有不同数量的腐植酸。氧含量高达15wt％一30wt％，化学反应性强，热稳定性差，块煤加热时破碎严重，存放在空气中容易风化变质，碎裂成小块甚至粉末状，使热值更加降低，灰熔点也普遍较低，煤灰中常含有较多的钙盐，其中有的来自腐植酸钙，有的来自碳酸钙和硅酸钙。水分是富含水褐煤最显著的特征之一，也是对其使用影响最重要的参数之一。
富含水褐煤的干燥提质是在一定温度下经受脱水后转化成具有类似烟煤性质的提质煤。提质后的褐煤将更有利于综合利用、运输和贮存。若是将富含水褐煤中40wt％的水分除去，则将会把褐煤燃烧后产生的温室气体的排放量降低15％。实际测试得知，一种水分42.52wt％、发热量11.93MJ/kg的褐煤，经干燥提质后，水分降到14.43wt％，发热量将增至18.08MJ/kg，相当于提高了热值51.6％，这对于富含水褐煤的经济价值提高无疑是十分巨大的。
传统的干燥工艺是利用烟道气或蒸汽-空气联合热媒与褐煤直接接触使之受热，水分蒸发，效率低；干燥不当还会使局部过热，煤质变差，控制不好容易引起爆炸。
发明内容
本发明的目的是提供一种富含水褐煤干燥成型提质工艺及其关键设备。富含水褐煤经过破碎、干燥、成型提质处理后，以满足降低成本，异地运输的需要；锅炉燃烧发电或生产合成原料气的需要，进一步提高对富含水褐煤的经济价值和环境保护的综合利用。该方法具有生产装置占地面积少，投资省且能适应各种不同富含水褐煤的干燥成型。
一种富含水褐煤干燥提质生产方法包括：褐煤储存、原料输送、煤粒破碎、回转鼓形体管式干燥机间接干燥除水、煤粒精破加热、高压热压成型、型煤筛分和返料等组成。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种由富含水褐煤提质工艺，其褐煤经过破碎、筛分、干燥、加热、成型提质，其特征在于，该工艺将含水15wt％一50wt％，煤粒度300mm以内的褐煤，相继经过一次破碎，由双辊破碎机以相对的方向旋转运行，将褐煤破碎到双辊间隙大小后出双辊破碎机；二次破碎，将煤粒物料经可逆锤式破碎机被高速旋转的锤头击向反击板而破碎；二次破碎煤粒经回转鼓形体多管干燥装置间接干燥后，三次破碎，将煤粒物料经可逆锤式破碎机破碎至压制成型要求粒度，然后经高压辊压机热压成型，其型煤块尺寸为20×32×38mm，或根据型煤产品需求而压制；回转鼓形体多管干燥装置蒸发排放的混合气体，主要含有水蒸气、空气、粉尘及其它微量组分，经电除尘装置处理后，符合环保排放。
其中，粒度300mm以内的褐煤经过一次破碎，由双辊破碎机以相对的方向旋转运行，将褐煤粒度破碎到20-50mm后出双辊破碎机；二次破碎，将20-50mm煤粒物料经可逆锤式破碎机被高速旋转的锤头击向反击板，煤粒破碎至≤6.3mm；三次破碎，破碎前煤粒先进入回转鼓形体多管干燥装置干燥，然后再将≤6.3mm煤粒物料经可逆锤式破碎机破碎至≤2mm，达到高压热压成型的要求粒度。
本发明的技术方案中，二次破碎后煤粒采用回转鼓形体多管干燥装置间接干燥，其干燥装置的鼓形体由外筒和内件组成，内件为多管管束构件，管束的单管直径为￠50-150mm，外筒直径为￠1000-8000mm，鼓形体是倾斜的，其轴向倾斜度在7-20°，通过调节倾斜度范围，使回转鼓形体装置轴向斜度发生变化，保证煤粒的流动，不发生堵塞；鼓形体在工作过程中不断旋转，其旋转速度为4-15转/分，通过调节转速，控制煤粒在干燥机内的停留时间，以达到控制煤粒干燥出口的水分含量。
本发明的技术方案中，二次破碎后煤粒干燥作业是，由褐煤破碎来的粒度≤6.3mm，含水量为15wt％-50wt％煤粒，连续不断地从进料口送入回转鼓形体多管干燥装置中上方入口处，干燥后的煤粒从回转鼓形体多管干燥装置下方出口处出来，含水量8wt％-15wt％，管内走≤6.3mm煤粒，管外走加热介质低压蒸汽，间接换热干燥。所用的加热介质低压蒸汽，压力≤4巴、温度≤180℃，低压蒸汽走管束外与外筒内壳程，沿鼓形体轴向进入，把热量传递给管内的被干燥介质，对于褐煤成型工艺而言，煤粒出口含水量为8wt％-15wt％，出料温度为60-90℃。
本发明的技术方案中，单台回转鼓形体多管干燥装置的入口物料量为47-60吨/小时，出口物料量为34-44吨/小时，单台回转鼓形体多管干燥装置内蒸发水量为13-16吨/小时；单台回转鼓形体多管干燥装置消耗蒸汽量为18.38吨/小时，蒸汽指数为3.85公斤/平方米.小时，出水比为0.38公斤/公斤，换热面积为1000-6000平方米。
本发明的技术方案中，高压辊压机热压成型是利用两个相对旋转运动的辊子将物料压进规定好的模具内，在那里煤粒被压成所要求的形状，模具的形状和尺寸可以改变。其高压辊压机热压成型，采用褐煤无需添加粘接剂热压高压成型工艺，以回转鼓形体多管干燥装置干燥后褐煤所含8wt％-15wt％内水作为粘接剂。煤粒在进入高压辊压机热压成型前，先经过成型机预压装置，将煤粒进行预压缩后再进行高压辊压机热压成型。进入高压辊压机的煤粒度控制在1—2mm范围内。
木发明的技术方案中，高压辊压机单机能力为：入口物料量0.2-55吨/小时，出口物料量为0.16-44吨/小时，型煤成型率≥85％。
本发明的技术方案中，高压辊压机热压成型后的型煤经筛分后，符合要求的型煤送往型煤冷却皮带进行冷却坚固，提高型煤的强度和热稳定性；不符合要求的型煤经筛分返回到三次破碎的可逆锤式破碎机入口处与回转鼓形体多管干燥装置来的干燥煤粒混合破碎，循环使用。
本发明的主要技术特点在于：
(1)对富含水褐煤具有含水量高、气体挥发分高，在干燥提质过程中易着火发生爆炸的特点，采用具有安全措施的干燥工艺，控制安全的干燥温度范围，采用低压过热蒸汽为干燥热媒介质，使干燥和热压成型及输送过程中具有可控性和安全措施，防止褐煤由于温度过高，挥发分气体逸出及粉尘与空气中的氧气反应发生爆炸。
(2)采用回转鼓形体多管干燥装置间接干燥工艺，该干燥装置为一回转鼓形体装置，鼓形体由外筒和内件组成，内件设计为多管管束。鼓形体稍微倾斜，成一斜度。冷原料煤连续不断地从煤粒料斗经分布器送入回转鼓形体多管干燥装置管内，干燥过的热煤不停地流到干燥器下部的出口。回转鼓形体多管干燥装置管束内走煤粒原料，管束外与外筒内走加热蒸汽介质，干燥所需的热能由低压蒸汽供给，低压蒸汽沿鼓形体轴向进入，并迅速向管束表面扩散，并不断把热量传递给管束管内的煤粒。
(3)回转鼓形体多管干燥装置是一个旋转系统，通过调节回转鼓形体多管干燥装置旋转速度，可以提高加热介质与被加热介质接触面积，从而提高传热系数，缩短加热时间，反之亦然。回转鼓形体内设计的多管系统也一并旋转，同时也使被加介质易于流动。由于鼓形体是倾斜的，冷煤原料连续不断地从上方进料口送人干燥器内并顺利地流到干燥器的出口。
(4)与煤一起进入干燥装置内的空气吸收了水分以后与水蒸汽混合在除尘器内与煤粉分离除尘后排入大气。由于在低温下进行的干燥过程，主要是以干燥煤粒为主，煤的组分基本没有发生变化，挥发份气体没有逸出，排放的气体符合环保的要求。
(5)采用褐煤无需添加粘接剂热压成型工艺，根据褐煤毛细孔模型的原理，褐煤中有大量含水的毛细孔，毛细孔中的水分称为内水，经采用管式间接干燥工艺后，大部分的内水被干燥，还有少部分水分作为粘接剂。根据褐煤的类型和成型原理，必须保留一定的内水，成型时毛细孔被压溃，毛细孔被破坏，进而充填煤粒间的空隙，呈现出相互作用的分子间力，加强了煤粒间的接触而成型。成型后的褐煤毛细孔结构被破坏，故重新吸附水现象大为降低。
(6)褐煤无需添加粘接剂热压成型是通过褐煤的干燥、加热到一定温度、保温一定时间后直接在高压下压制成型，该种型煤具有水分低，热值提高50％以上，自燃几率降低，便于运输和降低成本。也是褐煤气化的原料。
本发明中所用回转鼓形体多管干燥机和高压辊压成型机为关键设备。由于褐煤存在水分含量高，干燥困难；挥发分高，极易自燃；固定碳含量低，易吸湿等特性。通过本发明工艺的生产方法能较好的解决褐煤干燥和成型的工业生产。
本发明的优点：
本发明工艺与其它干燥工艺比较，具有以下方面的优点：
一种富含水褐煤经破碎和回转鼓形体多管干燥装置的间接干燥方法，将低温干燥介质作为热媒源，通过间接换热的干燥机将一定粒度的原煤(粒度<6.3mm)通过煤粒分布器均匀分布到回转鼓形体多管干燥装置进口管中，干燥管内设有旋转状导向叶片，煤通过重力和螺旋叶片导流作用在干燥管内作螺旋状运动，使煤粒吸附的内水和表面水分受热蒸发，从而达到干燥煤粒的目的。
经干燥后的褐煤根据煤的用途不同进行成型加工，采用无需添加粘接剂热压成型工艺，经采用管式间接干燥工艺后，留有少部分内水分作为粘接剂，通过加热煤粒和热压辊压而成型。成型时毛细孔被压溃，毛细孔被破坏，进而充填煤粒间的空隙，加强了煤粒间的接触而成型。成型后的褐煤毛细孔结构被破坏，故重新吸水现象大为降低。
采用间接干燥工艺使得整个干燥过程安全、可靠。传统的干燥工艺是利用烟道气或蒸汽-空气联合热媒与褐煤直接接触使之受热，水分蒸发，效率差；干燥不当还会使局部过热，煤质变差，控制不好容易引起爆炸。本工艺传热介质不直接与褐煤接触，解决了低燃点煤采用直接干燥易燃的缺陷。
由于传统的干燥工艺是在常压低温下进行，干燥后的产品不使用的话，一旦受潮，可立即恢复褐煤原有的性质。这是因为传统干燥温度较低，不会改变煤的结构，使得干煤的特性象海绵，一旦重新处于潮湿的空气或水中，又会迅速吸收失去的水分。而采用热压加压成型工艺后，改变了褐煤内部的结构，破坏了毛细孔物理结构，使之紧密，具有类似烟煤的性质。
干燥设备成熟可靠，控制简单，通过检测干燥机出口的煤粒水分，来确定干燥机进口煤粒的给料量或蒸汽流量，进口给料量是通过调整干燥机的转速或蒸汽压力和流量实现的。
采用本发明对环境的影响较小，基本无废弃物排放。而采用传统干燥工艺时，每天将排放大量的烟道气，烟气中CO₂没有得到充分的利用，并对大气产生“温室”效应，干燥不当还会产生H₂S，烟气中少量的SO₂对环境也会产生不良影响。
采用本发明建设的生产装置，其工艺设备易于制造、施工简单、生产操作容易、装置布置紧凑，具有较好的经济效益。
附图说明
图1是本发明的一种富含水褐煤成型提质工艺流程图
图2是本发明的褐煤干燥成型工艺流程简图
具体实施方式
下面通过实例结合附图对本发明的内容给予进一步说明。
实施例1、采用本发明设计的以褐煤为原料年产100万吨褐煤干燥、成型提质装置工艺流程及主要参数。
工艺流程说明(参见图1)
1、褐煤破碎：从界区来的常温富含水量为35wt％的褐煤首先进入原料煤进料仓，经卸料皮带机、上料皮带机送入粗碎机(双辊破碎机)，带有高合金材质的双辊破碎机以相对的方向旋转运行，将物料破碎到双辊间隙大小。入双辊破碎机的煤粒为≤300mm，经破碎后的煤粒在20-50mm，出破碎机经上料皮带机送入筒仓，从筒仓出来的煤粒进入粗煤振动筛，经筛分后的粗煤粒去细碎机(可逆锤式破碎机)；20-50mm煤粒进入可逆锤式破碎机后，被高速旋转的锤头击向反击板，煤粒被破碎至≤6.3mm，与筛分的细煤粒混合。
2、褐煤干燥：由褐煤破碎来的合格煤粒≤6.3mm，含水量为35wt％，经物料分配器进行煤粒分配处理后，分别送入回转鼓形体多管干燥装置上方干燥进料机入口处，均匀布料，连续不断地将煤粒送入回转鼓形体多管干燥装置的干燥管内。由于回转鼓形体多管干燥装置鼓形体是倾斜的，管内走≤6.3mm原料煤粒，管外走低压蒸汽。由于加热介质不与煤粒直接接触，使得整个干燥过程安全可靠，解决了低燃点褐煤采用直接式干燥带来的安全问题。
3、进入单台回转鼓形体多管干燥装置物料量为47.275吨/小时.台，总计入料量为189.1吨/小时；在单台回转鼓形体多管干燥装置内蒸发水量为13.13吨/小时.台，总计蒸发水量为52.52吨/小时；出单台回转鼓形体多管干燥装置物料量为34.15吨/小时.台，总计出料量为136.6吨/小时；单台回转鼓形体多管干燥装置需要蒸汽量为18.38吨/小时.台；总计需要蒸汽量为73.53吨/小时。回转鼓形体多管干燥机的蒸汽指数为3.85公斤/平方米.小时，出水比为0.38公斤/公斤，换热面积为4000平方米。干燥过的热煤不停地流到干燥器的出口，干燥所需的热能由多管系统内的低压蒸汽提供，低压蒸汽压力≤4巴、温度160--180℃。低压蒸汽沿鼓形体轴向进入，并迅速向管外表面扩散，并不断把热量传递给管内的煤粒，出料含水量为8wt％-15wt％，出料温度约为60—90℃，煤粒≤6.3mm。
4、煤粒精破和保温加热：由回转鼓形体多管干燥装置来的干燥煤粒为≤6.3mm，含水量为8wt％-15wt％，温度为60—90℃的干燥煤粒，分别经卸料链式皮带、皮带输送机、干燥后煤仓、干燥煤振动筛进行筛分，≤2mm的细煤去精碎机(可逆锤式破碎机)进行破碎，被高速旋转的锤头击向反击板，煤粒被破碎至≤2mm后保温和加热60—90℃供成型热压机使用。
5、高压热压成型：合格的精碎煤粒，粒度在≤2mm，温度60—90℃，水分8wt％-15wt％，经物料分配器、干燥煤料斗进入高压辊压机前的预压装置把煤粒压紧后成型压缩。高压辊压过程是采用无需添加粘接剂热压高压成型工艺，褐煤中毛细孔留有的少量内水作为粘接剂，在高压压缩的过程中毛细孔被压溃，充填煤粒间的空隙，加强了煤粒间的接触而紧密成型。高压辊压机是利用两个相对旋转运动的辊子将物料压进规定好的模子里，在那里煤粒可以被压成要求的形状，模块的形状和尺寸在一定程度上可以改变。
6、进入单台高压辊压机的煤粒度为1-2mm，含水量8wt％-15wt％，入口物料量为25-36吨/小时.台，总计入料量为125-180吨/小时；出单台高压辊压机物料量为20-28吨/小时.台，总计出料量为100-140吨/小时。型煤经皮带输送机、型煤振动筛筛分后；符合要求的型煤送往型煤冷却皮带、型煤仓库、型煤输送机送往用户。不符合要求的型煤返回到可逆锤式破碎机入口处与回转鼓形体多管干燥装置来的干燥煤粒混合后去精破碎。