褐煤干燥是指通過直接或間接加熱的方式將褐煤中的水分以氣態(tài)形式脫除。褐煤干燥技術(shù)按水分移除的方式劃分，可分為蒸發(fā)干燥技術(shù)和非蒸發(fā)干燥技術(shù)兩類，兩種方式都有各自的優(yōu)缺點。

1、褐煤干燥工藝原理

基于褐煤在干燥過程中所發(fā)生的物理和化學(xué)變化。

褐煤在常溫下加熱到100℃以上時，大部分的自由水能夠被蒸發(fā)。

當(dāng)褐煤水分低于15%時，若繼續(xù)干燥和脫水，由于褐煤和結(jié)合水有較強的結(jié)合力，則需要較高的溫度和能量才能夠進(jìn)行。

當(dāng)褐煤在常壓下繼續(xù)加熱到180℃以上時，褐煤結(jié)合水(內(nèi)在水)能夠被脫除。

當(dāng)褐煤溫度高于150℃時，羥基官能團(tuán)(主要為-COOH)發(fā)生分解，析出CO2氣體，同時將褐煤的結(jié)合水(內(nèi)在水)排除。

進(jìn)一步提高溫度，將導(dǎo)致越來越多的羥基官能團(tuán)分解，從而引起褐煤的表面性質(zhì)改變。

2、褐煤干燥工藝流程

褐煤干燥新思路示意圖如下圖所示。

褐煤由傳輸設(shè)備被均勻分布到干燥器I內(nèi)，干燥器I里通的是經(jīng)過控制閥I控制的低于100℃的余熱煙氣或者余熱蒸汽，在這里蒸發(fā)掉褐煤表面的大部分水分，充分蒸發(fā)后，褐煤被傳輸設(shè)備送往貯存器I，貯存器I利用余熱資源加熱到100℃左右。

褐煤在100℃的貯存器I內(nèi)貯存，在能量的驅(qū)使下部分含有O、H的化學(xué)鍵斷裂，然后褐煤由傳輸裝置被均勻分布在干燥器II內(nèi)。

干燥器II里流通的是經(jīng)控制閥II控制的溫度低于200℃左右的余熱煙氣或者余熱空氣，在這里褐煤的表面自由水被全部蒸發(fā)了，然后褐煤再被運輸設(shè)備運送到貯存器II貯存。

貯存器II也是利用余熱資源加熱到200℃左右，在貯存器II里褐煤的活動性大的化學(xué)鍵都發(fā)生了斷裂和分解，氫氧根(OH-)和氫根(H-)發(fā)生斷裂，羥基官能團(tuán)(-COOH)發(fā)生分解，褐煤里的內(nèi)在水被排除，被干燥后的褐煤接近標(biāo)準(zhǔn)煤，經(jīng)過傳輸設(shè)備送到需要的地方。

按照干燥介質(zhì)種類不同，蒸發(fā)干燥技術(shù)又可分為蒸汽干燥法和熱空氣/煙氣干燥法，主要代表技術(shù)有管式干燥技術(shù)，滾筒式干燥技術(shù)，蒸汽流化床干燥技術(shù)(WTA)，蒸汽空氣聯(lián)合干燥技術(shù)以及床混式干燥技術(shù)(BMD)。

1、管式干燥技術(shù)

德國澤瑪格(ZEMAG)公司研發(fā)的管式干燥機，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。

工作原理為：首先，將原煤破碎到一定的粒度(小于6.3mm)，然后使其均勻分布到旋轉(zhuǎn)滾筒內(nèi)部的眾多干燥管中。干燥管中內(nèi)設(shè)螺旋狀葉片，煤通過重力和螺旋葉片導(dǎo)流作用在干燥管內(nèi)運動。在滾筒內(nèi)部干燥管周圍通入0.45MPa，170℃的過熱蒸汽，通過間接換熱方式提升干燥管內(nèi)的原煤溫度，使煤表面吸附水分受熱蒸發(fā)，達(dá)到降低水分的目。

干燥器的間接換熱設(shè)計，提高了干燥過程的安全，可靠性，適用于褐煤等易燃易爆的年輕煤種。干燥器結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，體積小便于安裝，并且內(nèi)部采用眾多干燥管進(jìn)行分散加熱，增加了換熱面積，強化了干燥效果。

對于大規(guī)模褐煤干燥，需要配備多臺干燥器來保證系統(tǒng)出力，干燥后的尾氣也需要處理，能耗較大，且原煤粒度必須保證在6.3mm以下，否則容易堵煤。該干燥工藝是工業(yè)應(yīng)用中較為成熟的褐煤干燥方法，德國的MIBRAG煤場使用該干燥器已經(jīng)平穩(wěn)運行多年，可以把全水分為55%的褐煤干燥至10%左右，降水幅度非常大。

2、滾筒式干燥技術(shù)

某公司研究開發(fā)的新型滾筒式干燥器，是目前較為先進(jìn)的滾筒式干燥器，其干燥過程如下：濕褐煤進(jìn)入干燥器，借助干燥器的傾斜度(一般3%-5%)和轉(zhuǎn)動作用，在干燥器中被揚料板反復(fù)提起、灑落，形成“料幕”，同時與熱風(fēng)爐產(chǎn)生的450℃的熱煙氣進(jìn)行熱交換，褐煤中的水分蒸發(fā)，被熱煙氣帶走，干燥褐煤借助滾筒傾斜度滑行至排料裝置，熱煙氣則在引風(fēng)機作用下，經(jīng)過兩級除塵設(shè)備，最后排人大氣，完成褐煤干燥過程。

滾筒式干燥技術(shù)具有產(chǎn)量大、系統(tǒng)阻力小、操作彈性大，操作方便等優(yōu)點。但缺點是設(shè)備笨重，占地面積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修不方便，一次性投資也較大，而且由于干燥溫度高，容易發(fā)生褐煤自燃。某褐煤干燥工程，采用滾筒式褐煤干燥系統(tǒng)，將34%的高水分褐煤干燥至10%以下，降水效果明顯。

3、蒸汽流化床干燥技術(shù)(WTA)

WTA干燥技術(shù)是在德累斯頓的奧爾哥瑞普研究所研究開發(fā)的蒸汽沸騰床干燥工藝的基礎(chǔ)上，加入內(nèi)部余熱循環(huán)利用而產(chǎn)生的新干燥工藝，過熱蒸汽進(jìn)入流化床干燥器內(nèi)，將高水分褐煤流從干燥機的底部吹向沸騰床上部產(chǎn)生流化現(xiàn)象，在此過程中，蒸汽既是干燥介質(zhì)也是流化介質(zhì)，它吸收了褐煤原煤中蒸發(fā)出的水分。

原煤從干燥機的上部進(jìn)入旋風(fēng)分離器，進(jìn)行蒸汽和煤粉的分離，部分蒸汽被重新導(dǎo)回褐煤干燥器繼續(xù)作為流化介質(zhì)使用。作為褐煤干燥介質(zhì)的蒸汽不含空氣和雜質(zhì)，之后使其經(jīng)過疏水閥，冷凝下來的水用于濕煤的預(yù)熱，而蒸汽部分則通過蒸汽壓縮機轉(zhuǎn)化為過熱蒸汽重新循環(huán)使用。蒸汽潛熱在工藝過程中循環(huán)使用，熱效率顯著提高。

4、蒸汽空氣聯(lián)合干燥技術(shù)

蒸汽空氣聯(lián)合干燥技術(shù)是由Power River Basin的發(fā)電廠開發(fā)的一種集成褐煤干燥技術(shù)。它利用從冷凝器出口熱水作為干燥介質(zhì)，雖然熱水作為干燥介質(zhì)，比過熱蒸汽的干燥效果和干燥速度要差，但它對于電廠來說是余熱利用，提高了電站的整體熱效率。其原理如下圖所示：

冷空氣進(jìn)入空氣加熱器內(nèi)，被熱循環(huán)水加熱到43℃，然后送入流化床干燥器內(nèi)成為煤粉流化介質(zhì)，同時冷凝器側(cè)49℃的熱水作為流化床的干燥熱源介質(zhì)。原煤從干燥器上方進(jìn)入，經(jīng)過干燥后直接送人磨煤機進(jìn)行燃燒。

干燥器上部出去的空氣，經(jīng)過各級除塵器，使飛塵含量降低后排人大氣。試驗結(jié)果表明，采用此法將人爐煤水分降低后，CO2和SO2排放明顯下降，煙氣量減少，廠用電降低，效果顯著。

5、床混式干燥技術(shù)(BMD)

床混式干燥機(BMD)適合于電廠的預(yù)干燥過程，利用流化床燃燒技術(shù)可實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，以流化床鍋爐作為熱源，過熱蒸汽與流化床分出的一股熱床料(煤灰)在混合后一起進(jìn)入干燥器底部，將熱量傳遞給濕褐煤，濕褐煤在氣流輸送過程中干燥，之后進(jìn)入旋風(fēng)分離器，干燥煤料和床料從蒸汽流中分離后直接送往流化床鍋爐燃燒。

一部分蒸汽從旋風(fēng)分離器回收后被返回到褐煤干燥機的底部與新的床料混合，從煤料中蒸發(fā)的其他蒸汽在循環(huán)管路中分離后進(jìn)人熱交換器冷凝。此種褐煤干燥機建造簡單，而且煤料中的水分不進(jìn)入鍋爐，排煙熱損失少，可以減小煙道尺寸，從而降低了鍋爐的設(shè)備投資，最重要的是，它可以大幅提高整個電廠的熱效率。

非蒸發(fā)脫水法是指不通過蒸發(fā)的方式去除濕煤中水分的褐煤干燥方法，一般來說是在一定溫度和壓力隔絕空氣的條件下，通過加熱、擠壓剪切等方法改變褐煤的物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)，脫除部分含氧官能團(tuán)，并使褐煤含水量下降，褐煤本身親水性下降，疏水性增強。利用該原理進(jìn)行褐煤改質(zhì)的代表工藝包括熱水干燥，高溫高壓蒸汽干燥和熱壓干燥工藝。

1、熱水干燥技術(shù)

熱水干燥相當(dāng)于模擬煤炭在自然界的高溫高壓炭化變質(zhì)，將原本需要數(shù)萬年將低階煤轉(zhuǎn)化成高階煤的過程在短短幾分鐘內(nèi)實現(xiàn)。

熱水干燥方式的機理是將煤水混合物裝入高壓容器內(nèi)，密閉抽真空后加熱該高壓容器，熱解脫掉褐煤的碳?xì)溟L側(cè)鏈和大量的羧基(-COOH)、甲氧基(-OCH3)及羥基(-OH)等親水性官能團(tuán)，減少了褐煤內(nèi)在水分的重新吸附機會，同時褐煤在熱解過程中產(chǎn)生的CO2，SO2等小分子氣體將水分從毛細(xì)孔中排出。過程中生成的煤焦油在較高的溫度和壓力下冷卻后會凝固在縫隙和毛細(xì)孔中，把褐煤的縫隙和毛細(xì)管封閉，使煤的內(nèi)在水分被永久的脫除。

熱水褐煤干燥技術(shù)可以將褐煤水分降到11%以下，并使得褐煤不再吸收空氣中的水分，便于貯存、運輸和加工。褐煤干燥提高了的含碳量，從而提高了發(fā)熱量。此外，褐煤干燥后仍保留反應(yīng)活性好、易燃且燃燒完全的特點，而其穩(wěn)定性和流變性優(yōu)于煙煤，從而使其得到更加廣泛的利用。但系統(tǒng)復(fù)雜、經(jīng)濟(jì)性不佳，耗水量大，水回收投資大是熱水干燥技術(shù)的主要缺點。

2、熱壓脫水工藝(MTE)

熱壓脫水工藝由德國多特蒙德大學(xué)Strauss等研究開發(fā)過程分為四個階段：①用工藝熱水預(yù)熱;②過熱蒸汽加熱;③加壓脫水;④閃蒸進(jìn)一步脫水。

原煤在干燥前用壓盤稍微預(yù)壓一下，預(yù)壓時熱水從壓盤里的噴灑系統(tǒng)均勻地分布在煤層表面，這樣可以使得干燥介質(zhì)均勻分布在煤層中。在飽和蒸汽壓力下，水進(jìn)入壓力室，熱水經(jīng)過煤層并且向煤釋放所有的熱量，然后用蒸汽加熱并使煤中的水分部分從煤層中脫離出來。最后再經(jīng)機械壓力和進(jìn)一步閃蒸過程，脫除大部分水分。

目前在德國尼德奧已經(jīng)建成使用該褐煤干燥工藝的褐煤示范電站，運行效果良好，由于MTE褐煤干燥工藝良好的發(fā)展前景，目前德國多家公司正在進(jìn)行該工藝的優(yōu)化研究和示范電站的建設(shè)。

3、液化二甲醚固體干燥法

日本中央電力工業(yè)研究所正在開發(fā)的一種脫水技術(shù)，工藝使用液化二甲醚(DME)為脫水劑，將褐煤和液化的二甲醚在36℃、0.78MPa的條件下混合，褐煤中的水分將快速的被提取出來形成飽和溶液，然后將褐煤與溶液過濾分離。分離出的液體在25℃、0.53MPa條件下閃蒸來回收二甲醚，然后再將DME壓縮到0.78MPa進(jìn)行液化，加熱到36℃循環(huán)使用。

在實驗條件下，使用該工藝可以將1kg含水53%的褐煤干燥到含水5%以下，DME的殘留量約為1%，且所需能量是傳統(tǒng)熱脫水方法的50%。目前該褐煤干燥技術(shù)還處于實驗研究階段，無法滿足大規(guī)模褐煤干燥需求是其無法工業(yè)化的最大障礙。