褐煤介绍.doc

褐 煤

褐煤是一种煤化程度介于泥炭与沥青煤之间的棕黑色的低级煤。是泥炭经成岩作用形成的腐殖煤，煤化程度最低，呈褐色、黑褐色或黑色,一般暗淡或呈沥青光泽,不具粘结性。其物理、化学性质介于泥炭和烟煤之间。水分大、挥发分高、密度小,含有腐殖酸,氧含量常达15～30％，在空气中易风化碎裂,发热量低。按照中国煤炭分类标准还分为两小类：透光率PM大于30～50%的年老褐煤和PM小于或等于30%的年轻褐煤。中国褐煤多属老年褐煤。褐煤灰分一般为20％～30％。东北地区褐煤硫分多在1％以下，广东、广西、云南褐煤硫分相对较高，有的甚至高达8％以上。褐煤全水分一般可达20％～50％，分析基水分为10％～30％，挥发分高15%～30%、低位发热量一般只有11．71～16．73MJ／kg，易风化碎裂、易氧化自燃。
褐煤有着清洁、低挥发和低硫的优点，但同时又存在着湿度大、燃点低和二氧化碳排放量大的缺点，是导致全球温室效应的重要因素之一。但是，在目前全球能源日趋紧张的形势下，褐煤的经济价值及其相关加工生产技术又重新被世界能源界所重视。东北、中南、西北和华东4大区褐煤资源的数量均较少。
表一    中国各大区褐煤储量分布

各大区名称
华北
东北
华东
中南
西南
西北
占全国褐煤储量
77.8
4.7
1.3
2.0
12.5
1.7
占本区煤炭总储量
16.2
19.5
2.6
7.6
15.8
2.9

为了保护宝贵的炼焦资源,充分利用褐煤等年轻高挥发分煤作为主要动力用煤,中国规划到2010年将生产原煤18.5亿t,其中东北地区的褐煤年产量将达13350万t,到2020年的全国原煤规划产量21.5亿t,其中东北地区的规划年产量将达19050万t,褐煤规划产量中主要未开发露天矿。到2010年和2020年的东北规划区的褐煤露天矿年产量将分别达到7800万t和10500万t,其中以霍林河的露天矿产量最大,到2010年和2020年年产量将分别达到3000万t和4000万t,宝日希勒露天区的褐煤规划年产量到2020年将达到3000万t。总之,本世纪中国的动力用煤的结构应以高挥发分的褐煤等煤种为主。
二、传统褐煤电厂的发展潜力及存在的问题
随着世界经济的快速发展,其能源的缺口将会越来越大,于是一些大规模甚至是超大规模的电厂纷纷上马以满足日益紧张的能源需求。无庸置疑,世界燃煤电站将继续严重依赖高阶煤,但拥有丰富褐煤资源的国家将积极增加褐煤燃料的使用量,这些国家包括: 德国、俄罗斯、美国、波兰、捷克、希腊、土耳其、澳大利亚、中国、罗马尼亚、加拿大、保加利亚、印度、泰国、匈牙利、西班牙和印度尼西亚。值得关注的是,许多电力供不应求的亚洲环太平洋国家拥有大量的褐煤资源。
褐煤发电对经济而言,在于成本低廉,是黑煤发电成本的1/3～1/4,天然气1/6～1/7,世界许多褐煤煤田可以大规模露天开采。但是褐煤的物理特性使其本身的使用面临特殊的挑战。褐煤的物理性质: 高水分含量、低灰熔点和易结渣性。褐煤的高水分含量和常规采用粉煤喷吹技术的电站的低发电热效率,导致褐煤发电遇到了战略性挑战,即温室气体(GHG)的排放问题。褐煤燃用的缺点是高排放量和低热值,这是一个世界性的课题,各国纷纷投入大量人力、物力进行开发研究。中国作为一个能源消费大国,应该引起足够的重视,积极开发褐煤提质干燥技术为中国经济发展服务。
三、褐煤的性质
（1）褐煤的基本性质
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15%～30%,化学反应性强,热稳定性差,块煤加热时破碎严重,存放在空气中很容易风化变质,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。
（2）褐煤中的水分
水分是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。褐煤的水分在各类煤中是最高的,全水分Mt 一般可达10%～40%,其中第三纪年轻褐煤的Mt 可达30%～40%,侏罗纪褐煤的Mt一般不超过30%。根据水分的结合状态可分为游离水和结晶水两大类,前者又可分为外在水分和内在水分2种。
四、褐煤提质干燥的重要意义
褐煤的提质是指褐煤在高温下经受脱水和热分解作用后转化成具有烟煤性质的提质煤。褐煤脱水过程除脱去部分水分外,也伴随着一些煤的组成和结构的变化,它主要是由脱水作用和过程引起的。所以,褐煤的提质过程主要是褐煤的脱水过程。褐煤提质干燥前后的对比见表2。
表2   褐煤提质干燥前后的性质对比

原褐煤
提质褐煤
水分
高
低
发热量
低
高
氧化速率
高
低
燃后温室气体的排放
大
小

提质后的褐煤将更有利于利用、运输和贮存。若是将褐煤中的50%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42.52%、发热量11.93MJ /kg的褐煤,经提质干燥后,水分降14.43%,发热量增至18.08MJ /kg,相当于提高了热值51.6%,这对于褐煤电厂的影响无疑是十分巨大的。
五、褐煤提质干燥技术项目介绍
洛阳万山高新技术应用工程有限公司针对我国褐煤的特点，开发引进了具有我国自主知识产权的褐煤干燥提质一体化工艺与装备。该技术可以将褐煤的水分降到12%以下，从而降低运输成本，同时将其加工成不同大小和形状的型煤，解决褐煤容易产生自燃的问题。处理后的煤的热值提高可达30%以上，直接作为动力煤替代烟煤或无烟煤在现有电厂使用。该项目具有巨大的市场潜力，适合我国褐煤开采企业，也适合尾矿回收和再利用企业以及煤泥的利用项目。
六、技术开发背景
我国是以煤炭为主导一次能源资源的国家，煤炭能提供65%以上的一次能源，煤炭产量居世界首位，而且逐年增加。我国的煤炭资源可采储量位居世界第三，约占世界总储量的11.5%。其中褐煤储量约占世界褐煤总储量的16%，大部分集中在华北地区。随着对能源需求的不断增加和对烟煤、无烟煤资源的过度开采，我国对褐煤的开发和利用将越来越重要，并受到国务院和国家发改委的高度重视。与烟煤、无烟煤相比，褐煤的优势是价格较低，反应活性高，但其热值相对较低，含水量较高，一般为25-60%。褐煤中的水分增加运输成本，影响锅炉运行，降低电厂效率，增加温室效应气体排放，因此褐煤干燥和提质技术及装备的开发是清洁和有效利用褐煤的关键。
目前国外普遍采用烟气预干燥或水蒸气干燥工艺对褐煤进行干燥，然后直接送至坑口电厂用于燃烧发电。和国外不同的是，我国坑口电厂数量少，大部分电厂远离煤矿。如我国东部和东南沿海地区的很多电厂所用的煤炭都运自山西、河南等省的煤矿，即煤炭运输半径较大。这对褐煤资源的开发和利用提出了更高的要求。我国内蒙地区的褐煤水分含量约为35%，从运输成本和燃烧热值方面考虑，褐煤需要在干燥后才能运输到电厂燃烧。
长距离运输高水分、低热值的褐煤在经济上是不合算的。美国曾对褐煤脱水后减少运输量的效果做过评估，一种水分42.52%、发热量2847kcal/kg的褐煤，经2.02Mpa的蒸汽处理后，水分降至14.43%，发热量增加到4315kcal/kg，相当于提高了热值51.6%。上都电厂240万千瓦机组一年大约要用褐煤1100万吨，如果能将褐煤水分由36%降至16%左右，则一年可减少220万吨煤炭运输，节省运费6600万元。另一方面从锅炉燃烧角度来说，燃烧高水分褐煤将导致火焰温度降低，热效率下降，当电厂使用脱水和提质后的褐煤，可以显著减少或避免电厂额定出力降低的现象。锡盟2009年褐煤产量将达到7000万吨，除盟内加工消化2000万吨外，其余煤炭均需要外运。5000万吨褐煤如果进行脱水提质，至少可以减少1000万吨运输量，可节约铁路运费15——20亿元（不包含海运费）。
七、国内外褐煤干燥技术比较
采用目前水蒸气干燥或烟气干燥后的褐煤由于活性很高，在存储和运输过程中极易发生自燃。烟气干燥工艺还存在爆炸的安全隐患。近年来：
澳洲褐煤研究中心（Lignite CRC）研究的机械热挤压（MTE）技术尚处在实验室开发阶段,而且只能将水分从65%降低到20-30%；
环太平洋有限公司开发的褐煤热压干燥技术目前处在5 吨/小时的小试阶段；
日本NEDO 针对印尼褐煤开发的重油煤浆干燥技术也处于小试阶段；
国内一些企业和科研部门也进行了褐煤干燥和提质的技术研发，主要采用滚筒干燥、管状干燥、气流干燥、流化床干燥、热风炉干燥，普遍存在投资大，运行费用高，存在易燃易爆的危险。但目前尚没有工业化的报道。
各种改性提质工艺对比

比较项目
低温干燥
高温干燥
神户制钢
长青能源
洛阳万山
干燥工艺
低温直接干燥
高温半干馏
油炸法
高压蒸汽蒸煮
高温水蒸汽
工作介质
热空气
隔绝空气加热
轻油和沥青
高压蒸汽
低压蒸汽
工作温度
100℃-300℃
500℃以上
150℃
300℃
350℃
工作压力
常压
常压
常压
高压4.5MPa
低压
干燥时间
长
短
长
短
短
产品降水率
10%内
20%内
20%内
30%内
40%内
热值提高
约15%
约20%
约20%
30%以上
33%以上
产品稳定性
易返水
较少返水
不返水
不返水
可提取蒸馏水
工艺复杂程度
简单
较低
高
高
低
工艺安全性
易生煤尘
易爆燃
含油要求高
高压设备
低压安全无爆炸
工艺成熟度
简单成熟
在试验
在试验
成熟
成熟
投资
低
较低
高
较高
中
产品价值提高
少
较高
高
高
高
适应用途
当地少量提质
少量提质
少量提质
大规模提质
干燥成型一体化
结论
要求
低小规模
要求
高小规模
要求
高小规模
要求
高大规模
年处理量500万吨以上