邰世康，杜坤，王雅静，程世升，陆文劼，邓旭，陈梦圆

(1.中国神华国际工程有限公司，北京 10007；2.中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院，北京 100083；3.中国神华国际工程公司，北京 100007；4.中化商务有限公司，北京 100045)

0 引言

褐煤干燥提质是在一定的压力温度条件下，去除褐煤的含氧官能团、水分和多余的灰分，增强褐煤品质的操作过程叫做褐煤提质。褐煤提质的方式主要有化学法和物理法，化学法是褐煤在隔绝空气(或在非氧化气氛)和较高的温度下热解，生成焦油、粗苯、煤气和半焦或焦炭的过程，同时脱除大部分挥发分和水分[1]。此热解反应中热分解和焦化等化学变化发生在褐煤体内。物理法则是将褐煤与过热蒸汽、热烟气等高温物质混合，进行换热处理，脱去少量挥发分和大部分水分，整个操作过程中褐煤不发生任何化学变化[2]。

烟气干燥褐煤颗粒不仅提高了褐煤的热值，同时降低了其中的水分，而且褐煤的性质及表面结构在一定程度上得到很大的改善。随着温度的升高，褐煤的水分进一步降低，达到所需要求后即可进行后续处理[3]。针对褐煤高挥发分、高水分的自身特点。褐煤干燥提质可以有效地利用褐煤资源，对其后续的转化有重要作用，也是目前褐煤利用的主要途径之一[4]。褐煤干燥的原理及特性研究对褐煤的加工提质技术具有重要的指导作用，不仅有助于增强对褐煤干燥提质技术的全面认识，也对开发褐煤提质转化技术具有重大意义。

1 褐煤提质研究技术现状

1.1 褐煤水分分类

按水的结合状态来分，化合水和游离水两大类组成了煤中的水分。以化合方式同煤中的矿物质结合的水分称为化合水，而以附着、吸附等机械方式与煤结合的称为游离水。通常煤的工业分析只测定游离水，而化合水不能准确测定，游离水在105 ℃下高温加热干燥才能脱除。内在水分、外在水分和矿物质结晶水分组成了煤中水分[5]。通常来讲，褐煤的外在水分很容易脱除，而褐煤中矿物质结晶水分和内在水分脱除困难。褐煤孔结构的状态和发育程度决定了内在水分脱除的难易[6]。褐煤可看作两部分构成，微孔系统和凝固的胶体网状组织，含水介质充满其空间，可看作构成网状组织的大孔中的游离水或微弱结合的水比较容易脱除，而脱除存在于微孔系统中被紧紧吸着的水需要恰当提升温度和压力。最后煤结构中含氧官能团呈化学吸附状态的水分必须通过较高压力和温度才能脱除，煤中矿物质(如硫酸钙等)的结晶水也必须通过高温度条件下才会移除[7]。

1.2 褐煤干燥脱水技术

褐煤的干燥脱水技术工艺大致可分为两类：蒸发脱水、非蒸发脱水，如图1所示。

图1 褐煤干燥技术分类

蒸发脱水技术是指在较低温度下，通过使用过热油、热蒸汽或烟道气为干燥介质将褐煤进行加热去除水分的干燥方法，以下为几种常见的蒸发脱水提质方法：(1)回转管式干燥工艺；(2)泽玛克(ZEMAG)褐煤干燥提质技术；(3)UBC褐煤提质技术；(4)BCB褐煤提质技术；(5)褐煤脱水热压提质(HPU)技术。

1.3 褐煤提质技术发展趋势

当今合理利用煤炭资源研究的新方向之一就是褐煤的高效清洁利用[8]。褐煤干燥提质利用技术的多项优点一定能让其在今后的能源领域大放异彩。但是我国目前缺少对褐煤干燥提质技术基础理论研究的足够重视，投入资金不足，还有不少技术难题需要尽快探索，例如：褐煤干燥技术的原理、干燥特性参数的规律变化、褐煤热干燥自身动力学以及气流干燥管的操作参数等，而这些则对高温干燥褐煤之后产品质量有本质的影响[9]。因此，未来采用数值模拟的方法重点在褐煤干燥提质工艺中气流干燥的过程做相关基础研究，为工艺改进和中试试验提供理论和技术支持。

2 褐煤脱水热压提质(HPU)工艺

2.1 HPU工艺介绍

HPU工艺工作流程如图2所示，低品质煤经破碎，达到工况粒径之后由螺旋给料机进入干燥管，然后由700 ℃高温烟气炉产生的高温烟气裹挟通过直管式气流干燥管。这一过程中，完成高温烟气与褐煤颗粒间的传热作用，接着气固两相流通过旋风分离器，完成气固分离。气流和细小粉尘通过布袋除尘器，气流由引风机排出，细小粉尘和褐煤颗粒可以通过成型机加工成型煤也可直接得到提质煤粉[10]。

图2 HPU中试试验线流程图

2.2 HPU中试实试验

由表1中试试验数据可知，气流干燥器运行系统中，不同阶段颗粒与高温烟气传热量比例变化较大，各阶段传热比例与模拟结果较为一致。气流干燥管前25%距离的传热量约占总交换热量的75%左右；剩余25%热量交换完成在干燥管后75%距离。这种比例在各个型号气流干燥管运行过程中变化不大。当颗粒进入干燥器时，物料颗粒与高速流动的高温烟气迅速混合，沿烟气运动方向被加速，进行强烈的传热作用，整个阶段持续时间很短，主要的传热作用都在该段完成。该段结束后，物料颗粒进入降速干燥阶段，该阶段物料颗粒的速度基本不变，颗粒与烟气间的传热作用相对比较缓和。

表1 HPU褐煤气流干燥中试实验数据

3 结语

综上所述，为更好地利用褐煤资源应该大力发展褐煤干燥技术，总结了褐煤回转管式干燥工艺、泽玛克(ZEMAG)褐煤干燥技术、UBC褐煤提质技术、BCB褐煤提质技术及褐煤脱水热压提质(HPU)技术等5种褐煤提质技术，得出未来应重视利用数值模拟的方法为褐煤提质技术基础理论和技术改造升级提供理论支撑。最后，介绍了褐煤热压提质(HPU)工艺流程，结合中试验研究和分析HPU褐煤气流干燥中试成果，探究褐煤气流干燥操作和使用特点，掌握颗粒与高温烟气的换热规律。