淺析褐煤熱壓脫水工藝及其機(jī)理

姜喜義

（雙鴨山龍煤天泰煤化工有限公司，黑龍江 雙鴨山 155100）

淺析褐煤熱壓脫水工藝及其機(jī)理

姜喜義

（雙鴨山龍煤天泰煤化工有限公司，黑龍江 雙鴨山 155100）

褐煤是煤化程度較低的煤種之一，如何開發(fā)褐煤彌補(bǔ)煤炭資源匱乏帶來的影響，成為人們關(guān)注與研究的重點(diǎn)。文章對(duì)褐煤熱壓脫水工藝及機(jī)理進(jìn)行研究，以供參考。

褐煤；熱壓脫水；工藝；機(jī)理

0 引言

褐煤具有高水分、低熱值的特點(diǎn)，燃燒對(duì)空氣造成的污染較為嚴(yán)重，因此，對(duì)褐煤進(jìn)行熱壓脫水處理，改善其應(yīng)用性能，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 褐煤熱壓脫水工藝

本文在100kg/d熱壓脫水系統(tǒng)中進(jìn)行褐煤熱壓脫水工藝研究，使用的設(shè)備為QDJ系列油加熱器、YB32-50Y褐煤熱壓脫水系統(tǒng)、全自動(dòng)電加熱蒸汽發(fā)生器。

1.1 熱壓脫水工藝流程

選取一定量的褐煤，進(jìn)行破碎、篩分預(yù)處理，而后添加到熱壓脫水機(jī)器料缸，進(jìn)行預(yù)壓、加熱、機(jī)械擠壓等操作，實(shí)現(xiàn)脫水提質(zhì)，如圖1所示。

操作步驟為：系統(tǒng)電源導(dǎo)通后，借助觸摸屏顯示器設(shè)置相關(guān)工藝參數(shù)，而后將電機(jī)啟動(dòng)，確保壓頭回程至上限位；將一定粒度事先稱重后的原料添加到料缸、攤平，使用1/3左右的實(shí)驗(yàn)壓力預(yù)壓褐煤；使用油浴加熱器設(shè)定系統(tǒng)加熱溫度，對(duì)缸內(nèi)的原料進(jìn)行升溫加熱處理；當(dāng)料缸內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定溫度，啟動(dòng)電機(jī)利用壓頭進(jìn)行擠壓脫水操作，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定壓力后，自動(dòng)進(jìn)行保壓計(jì)時(shí)，將電機(jī)關(guān)閉，進(jìn)行保壓，結(jié)束后將加熱電源關(guān)閉；將電機(jī)啟動(dòng)，壓頭回程，頂上頂出缸，將料餅取走，退回頂出缸。

1.2 熱壓脫水工藝參數(shù)優(yōu)化

為探討褐煤熱壓脫水效果的影響因素，確定最佳參數(shù)，借助中心復(fù)合試驗(yàn)進(jìn)行研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將保壓時(shí)間控制在105s時(shí)，提高壓力或溫度可降低水分含量，不過早不同壓力與溫度條件下，水分降低幅度并不相同。當(dāng)溫度＜100℃時(shí)，增加過程壓力，達(dá)到最大實(shí)驗(yàn)壓力時(shí)褐煤仍含有超過20%的水分；當(dāng)溫度設(shè)置為150℃時(shí)，壓力＞6MPa，褐煤水分含量在10%～20%范圍內(nèi)，但仍高于10%。如將褐煤水分降低到10%以下，溫度在超過180℃的基礎(chǔ)上，達(dá)到＞8MPa才行，因此，在生產(chǎn)實(shí)踐中，在對(duì)褐煤性能要求認(rèn)真分析的基礎(chǔ)上，通過設(shè)置合理的壓力、溫度以獲得預(yù)期的褐煤含水量。如對(duì)褐煤的含水要求不高，如為15%，設(shè)置的最佳參數(shù)為保壓時(shí)間180s、壓力8.5MPa、溫度150℃。

圖1 熱壓脫水工藝流程圖

1.3 熱壓過程對(duì)褐煤特性的影響

熱壓過程對(duì)褐煤特性的影響主要體現(xiàn)在對(duì)褐煤發(fā)熱量、褐煤元素組成、煤化程度、燃燒性能方面，其中在發(fā)熱量方面，隨著褐煤含水量的減小，發(fā)熱量明顯提高，但發(fā)熱量還受其他因素影響。褐煤元素組成方面，當(dāng)溫度升高時(shí)褐煤含碳量線性增加，而硫、氧、氫元素則線性下降。當(dāng)溫度超過160℃時(shí)，褐煤無機(jī)元素受溫度的影響減?。唤?jīng)熱壓過程褐煤煤化程度出現(xiàn)一定變化，即，固定含碳量增加、揮發(fā)與水分降低；經(jīng)熱壓過程褐煤的燃燒性能得以改善，主要表現(xiàn)為：褐煤燃燒利用性能、抗氧化性能、熱穩(wěn)定性得以提高；當(dāng)增加熱壓壓力、延長熱壓時(shí)間時(shí)，褐煤特征溫度后移，尤其熱壓溫度給揮發(fā)分析出溫度造成的影響較為明顯，溫度向后推移接近20℃。

2 褐煤熱壓脫水機(jī)理

褐煤熱壓脫水的實(shí)現(xiàn)依據(jù)一定機(jī)理，通過分析在以下機(jī)理作用下，褐煤中的水分得以很好的脫除。

2.1 熱力效應(yīng)脫水

熱力效應(yīng)在移除褐煤水分上作用明顯，即，受熱力作用影響，褐煤中水分粘度得以降低，滲透性增加，促進(jìn)水分的脫出。同時(shí)，褐煤中含氧基團(tuán)受人力作用分解，降低褐煤表面濕潤性，疏水性提高，使得煤水體系相互作用力減小，更加有助于水分的脫出。另外，褐煤中有機(jī)基團(tuán)受熱力影響分解氣體排出時(shí)會(huì)促進(jìn)內(nèi)部水分遷移至顆粒表面，促進(jìn)水分的排出。

2.2 壓密固結(jié)脫水

當(dāng)給褐煤施加壓力后，其骨架在壓力作用下變形，可引起孔隙中滲流情況的發(fā)生，孔隙中的水分排出后，孔隙體積縮小，褐煤體積被進(jìn)一步壓縮，最終達(dá)到穩(wěn)定，該過程即為滲流固結(jié)。固結(jié)速率受水排出速度的影響，當(dāng)孔隙壓力一定時(shí)，主要受褐煤滲透性與滲透途徑長短的影響，當(dāng)滲透途徑長、透水性較差時(shí)就需要越長的固結(jié)時(shí)間。因此，在熱力效應(yīng)脫水機(jī)理的基礎(chǔ)上，通過對(duì)褐煤滲流固結(jié)的研究得出，熱壓過程水分從褐煤中脫除的依據(jù)的機(jī)理為：在熱力效應(yīng)脫水的同時(shí)，機(jī)械壓力進(jìn)行壓實(shí)改變褐煤內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)，降低其內(nèi)部總孔容，促進(jìn)煤水體系得以徹底分離，促進(jìn)水分的脫除。熱壓脫水過程中，溫度只是借助熱力效應(yīng)給水分更好的脫除提供良好條件，從煤水體系徹底分離的角度來看，作用較為微弱可忽略，而在壓實(shí)固結(jié)作用，很好地促進(jìn)煤水體系的分離。

2.3 閃蒸脫水

由褐煤熱壓脫水工藝流程可知，褐煤在一定保壓時(shí)間下進(jìn)行熱壓脫水，需從料缸中將熱壓產(chǎn)品取出，確保下批褐煤操作的進(jìn)行。通常情況下，為確保褐煤中水分更好的脫除，需將其維持在液態(tài)，期間需保持一定的壓力，當(dāng)褐煤熱壓處理后，移除時(shí)受壓力迅速降低的影響，導(dǎo)致部分褐煤中的水分汽化，進(jìn)一步降低褐煤含水量，即為閃蒸脫水。

褐煤中閃蒸脫水受熱壓溫度的影響較大，而且脫水的量存在較大差別，因此，很難對(duì)其多少加以衡量。實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)褐煤出現(xiàn)閃蒸時(shí)最終的含水量較無閃蒸的低，而且當(dāng)提高熱壓溫度兩者的差別更為明顯，當(dāng)在200℃溫度條件下，兩者水分相差1.81%，由此可見，閃蒸脫水促進(jìn)了褐煤水分的脫除，降低褐煤的含水量。但從成型角度分析，閃蒸現(xiàn)象的存在容易破壞煤餅的完整性。

3 結(jié)語

褐煤熱壓脫水可很好的改善其性能，尤其在當(dāng)前資源匱乏的背景下，加強(qiáng)褐煤熱壓脫水的研究，以滿足社會(huì)生產(chǎn)對(duì)煤炭資源的需求。本文通過研究得出以下結(jié)論：

（1）通過對(duì)褐煤熱壓脫水工藝的研究得出，熱壓脫水會(huì)給褐煤的水分、元素組成、煤化程度、燃燒性能造成影響，尤其較好的改善其燃燒性能，提高了燃燒利用性能、抗氧化性能、熱穩(wěn)定性。

（2）熱媒熱壓脫水的實(shí)現(xiàn)依據(jù)的機(jī)理有熱力效應(yīng)脫水、壓密固結(jié)脫水、閃蒸脫水，3種機(jī)理使得褐煤在熱壓作用下含有的水分大為降低，性能改善明顯。

[1]高俊榮，邵奇，張蕾，等.褐煤熱壓脫水工藝條件研究[J].干燥技術(shù)與設(shè)備，2011（3）：129-137.

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Analysis on hot press dewatering process and its mechanism

Jiang Xiyi
(Shuangyashan Tiantai, Dragon coal coal chemical industry limited company, shuangyashan 155100, China)

Lignite is a kind of coal with relatively low degree of coali fi cation, make up for the impact of how to develop lignite coal resource scarcity, become the focus of attention and research. This paper studies the process and mechanism of hot pressing dewatering lignite, for reference.

lignite; hot press dewatering; technology; machine

姜喜義（1970— ），男，黑龍江雙鴨山，本科，部長；研究方向：化學(xué)工程與工藝。