专利名称：低变质煤无粘结剂热压成型方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及煤炭的成型方法及装置，更具体地说，涉及低变质煤， 例如，各种高含水量低热值褐煤和低变质烟煤的无粘结剂成型方法及装置。
背景技术：
低变质煤，例如褐煤和低变质烟煤，具有高含水低热值的特性。由 于成煤年代较晚，煤化程度低，在空气中极易风化和自燃，因此储存较
为困难。另外，褐煤原煤含水量很高， 一般为30-60%,这一因素不但导 致了运输过程中严重的运力浪费，同时大大降低了它的应用基低位发热 量。此外，作为燃料和煤化工原料，褐煤和低变质烟煤亦因其含水量大、 发热量低而在开发利用方面受到很大限制。目前，国内、外均在致力于 寻找改善该类煤炭实用性能的途径，并已为此进行了大量的研究工作。 在诸多研究工作中，脱水成型工艺是主要研究方向之一。
煤炭成型分为粘结剂成型工艺与无粘结剂成型工艺两种。
煤炭的粘结剂成型工艺因所使用的粘结剂种类不同而分别存在着粘 结剂成本高、工艺复杂、燃烧毒性，或者是防水性较差、烘干能耗高效 率低，以及灰分增加热值降低等缺陷。
为克服上述缺陷，亦对煤炭的无粘结剂成型技术进行了大量的研究。 方法之一为采用冲压方式成型。但该种技术只适用于年轻褐煤，且存在 单台设备产量低、能耗高、灰分缸体磨损大等缺陷。最近澳大利亚等也 有对泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤无粘结剂成型的专利^=艮道，但其加工过 程中需要被加工煤中含有一定的水分。煤的亲水基团并没有被破坏，因 而型煤的防水性不高，并因含有一定水分而使其发热量偏低。
对于自身粘结性差的老年褐煤的无粘结剂脱水成型技术，目前尚未 见有工业化生产报道。
我国拥有丰富的褐煤和低变质烟煤资源，已探明的褐煤储量为 1291.3亿吨，占全国煤炭储量的12.7%。已探明的低变质烟煤储量为
4320. 75亿吨，占全国煤炭储量的42. 4%。因此，开发一种能够降低低变
质煤含水量、提高发热量并且能够实现工业化生产的煤加工提质技术， 将带来非常显著的社会和经济效益。
发明内容
本发明提供一种低变质煤无粘结剂热压成型方法，包括以下步骤
(1) 将低变质煤粉碎为粒径小于3 mm的煤粉；
(2) 将所得煤粉于气流干燥器和/或流化床干燥器中干燥至含水量低 于3%，；
(3) 将干燥后煤粉在连续进、出料操作的热反应器中加热至150-460
。C;
(4) 将加热后的煤粉压制成型。 在一个优选方案中，本发明方法还包括下述步骤
(5) 从步骤(3)所述连续操作的热反应器产生的煤气中冷凝回收焦 油，并将其余可燃气体作为该反应器的加热燃料；和/或，
(6) 将上述热反应器燃烧产生的烟气的一部分或全部作为步骤(2) 中的气流干燥器和/或流化床干燥器的干燥介质。
在另一个优选方案中，本发明方法还包括
(7) 对即将进入气流干燥器和/或流化床干燥器的待干燥煤粉进行预 热，其中，将步骤(2)中的气流干燥器和/或流化床干燥器排出的含水尾 气用于所述预热，同时将所述尾气中的水汽冷凝回收。
此外，在本发明方法的步骤(l)中，优选使用粉碎机和对辊破碎机进 行两级破碎，以破坏低变质煤内部的微观储水结构。
在本发明方法的步骤(2)中，可以根据低变质煤品种和含水量的不 同，分别选用气流千燥器或流化床千燥器，亦可视情况同时使用。在同 时使用气流干燥器干燥和流化床干燥器的情况下，优选将进入气流干燥 器的烟气温度控制在300-80(TC、优选500 - 700。C之间。将进入流化床 干燥器的烟气温度控制在150-400°C,优选200-300X:之间。优选使煤粉 经过气流干燥器后的含水量降至10-20%，经过流化床千燥器后的煤粉的 含水量低于3%。
所述干燥介质的氧含量通常控制在8%以内，优选控制在5 / 以内。
所述煤粉在气流干燥器及流化床干燥器中的停留时间随原煤品
种的不同而有所差异。本领域技术人员根据原煤的特性及干燥条件， 通过简单的试验即可容易地确定为达到所需煤粉含水量所需要的停
留时间。
在本发明方法的步骤(3)中，煤粉离开热反应器时的温度控制在 150-460°C ，优选180-220°C。停留时间可以为10-80分钟，优选20-50分钟。
本领域技术人员都可以意识到，煤粉在所述热反应器中的加热温度 及加热时间可以在保证加热后的煤粉能够被容易地压制成型煤的前提下 进行调整和改变。
在本发明方法的步骤(4)中，优选采用对辊成型机进行压制。用于煤 粉压制成型的线压力为2-8 t/cm，优选4. 5-6t/cm。所述压制及所得型 煤温度降至自燃点前，应控制环境中的氧含量不高于8%,优选不高于5%。
本发明还提供一种用于将低变质煤无粘结剂热压成型的装置，该装 置包括以下几个部分
(1) 粉碎系统，该系统至少包括一种将低变质煤粉碎的设备。 在一个优选的实施方案中，该粉碎系统包括粉碎机和对辊石皮碎机。
此外，可在该系统中使用振动筛，以将粉碎后仍大于3mm的煤颗粒筛分 出来进行二次破碎。在需要的情况下，该系统中还可以使用除尘设备。
(2) 干燥系统，该系统至少包括气流干燥器和/或流化床干燥器。 在一个优选的实施方案中，该系统包括依次设置的气流干燥器和流
化床干燥器。气流干燥器的上游还可以包括一个进料设备和干燥介质发 生设备。进料设备将来自粉碎系统的煤粉送至气流干燥器中。该干燥器 的进料设备可以采用定量给料装置，如螺旋给料秤或电子皮带秤。干燥 介质发生设备以例如空气和煤粉为原料生成例如烟气的干燥介质，该介 质的氧含量应低于8%，优选低于5%。另外，也可以利用电厂的废烟气作 为干燥系统的干燥介质。该介质随后分别被送至气流干燥器和流化床干 燥器中。在气流干燥器的下游，还可以包括一个旋风分离器，用于将经 过气流干燥器加热的煤粉与加热介质分离。分离后的煤粉进入流化床干 燥器中进一步干燥。该系统还可包括袋式除尘器和引风机，用于将从旋
风分离器或流化床干燥器中排出的气体除尘。除尘后的气体可用于煤粉 预热，其中的水份可回收利用。
(3) 加热系统，该系统至少包括一个连续进、出料操作的热反应器， 用于将干燥后的煤粉在其中加热。该热反应器可以是具有自动出料功能 的旋转式加热窑炉。
(4) 成型系统，该系统至少包括一个热压成型机，将来自加热系统的 的煤粉压制成型。
该成型机可以为对辊热压成型机。优选采用螺旋给料装置，以保证 供给所需的给料量及形成足够的成型压力。该成型机优选采用高度密封 的卸料装置，以保证加热脱水后煤粉与空气隔绝，避免自燃现象的发生。
本发明的装置优选还包括
(5) 煤气回收系统，该系统至少包括一个焦油冷凝器，用于将来自连 续操作的热反应器所产生的粗煤气中的焦油冷凝回收。并将回收焦油后 的可燃气体作为连续操作的热反应器加热系统的燃料。燃烧后的烟气可 经由管线送至前述干燥系统作为干燥介质。
(6) 尾气循环利用系统，该系统将源自干燥系统和/或加热系统排 出的尾气中的水份冷凝回收后，再循环至干燥系统用作配风或用于布 袋除尘器的喷吹气。
本发明所称低变质煤包括褐煤、低变质烟煤、泥炭等，及上述 煤种的混合。尤指褐煤，尤其是老年褐煤。
本发明上述技术特征的组合，使本发明适合于低变质煤、尤其是老 年褐煤的无粘结剂热压成型。但是本发明的用途不限于此，例如也可用 于除低挥发分烟煤和无烟煤之外的其它高含水低热值煤种等。根据待处 理的煤种，本领域技术人员可以根据本发明的主旨及教导，依据现有的 知识，或通过有限的实验，确定最优的技术参数。
本发明的工艺中采用的设备，例如对辊破碎机、干燥器、热反应器 等，均为矿物加工工业或化学工业中的常规设备。凡是可以实现本发明 工艺中所需功能的设备，均可用于本发明。
经过本发明方法处理的低变质煤，含水量可以从30-60%降低至3% 以下，甚至接近于O，应用基低位发热量提高1500-2500千卡/千克，性 质接近于烟煤，因而具有了更为广阔的应用领域。加工后的低变质煤，
由于其孔隙被压缩，能量密度随之增加。同时，因其内部的储水结构被 破坏，以及表面亲水基团的去除和焦油析出，加工所得的煤粉颗粒表面 具有了良好的疏水性。由此加工所得的型煤在大气中久置后，水分回吸
少，反弹小，具有很高的防水性。抗压强度60-200kg/个，落下强度大 于80%，复干强度大于80%。
与现有的褐煤无粘结剂热压成型方法相比，本发明还具有以下优点
1. 采用对辊挤压破碎，破坏了低变质煤内部的储水孔隙结构，使原 料煤的内在水分转化为外部水分，从而提高了干燥效率；
2. 通过对热反应器所产生气体的处理，获得高附加值的副产物焦油， 以及可作为热反应器燃料的煤气，不但避免了可燃物质损失和排放污染, 而且大大降低了生产成本，获得了良好的经济和环境效益；
3. 体系中千燥介质的循环使用，使得废气排放及能耗大为降低；
4. 回收干燥尾气中的冷凝水，充分利用了水的冷凝热，提高了热效 率，节约能源。冷凝回收可得到利用价值较高的去离子水。
图1为本发明一个优选实施方案的工艺流程和装置。其中的各个设 备分别为
1 粉碎机
2 对辊破碎机
3 粉煤仓
4 预热给煤机
5 气流干燥器 6、 7袋式除尘器 8、 9引风机
10 旋风分离器
11 流化床干燥器
12 热反应器
13 焦油冷凝器
14 热压成型枳j
15 烟气发生炉 16 鼓风机
17 压缩才几
具体实施例方式
下面通过一个优选的实施方案详细地说明本发明的方法和装置。需 要说明的是，其中的细节仅用于解释本发明，不对本发明的范围构成限 制。本发明要求保护的实际范围由权利要求书限定。
参见图1。含水量为35-40%的通辽褐煤分别经粉碎机1粉碎和对辊 破碎机2挤压破碎，使用振动筛进行筛分，以获得粒径小于3 mm颗粒占 煤粉90%以上的煤粉，将其送至煤粉仓3中储存。
煤粉仓3中的煤粉在预热给煤机4中经由从引风机8和引风机9送 来的尾气进行预热，回收尾气中的余热和冷凝水。预热后的煤粉进入气 流干燥器5进行初步干燥，气流干燥器干燥介质温度控制在约500°C， 以使煤粉大孔隙中水分在2-3秒内迅速蒸发。经此过程后，褐煤所含水 分由35-40%降到10-20%。使通过旋风分离器IO分离收集的煤粉进入流 化床干燥器ll,使用温度约为200。C的干燥介质进行深度干燥，将煤粉 中所含水分降至3%以下。气流千燥器和流化床所使用的干燥介质为燃烧 热烟气，由烟气发生炉15提供，通过鼓风机16送入。烟气的氧含量控 制在5%以内。气流干燥器5和流化床干燥器11的尾气分别经由袋式除 尘器6和7除尘后，回收其中的热量及水汽。经过处理的这一尾气中的 惰性不凝气中的一部分被排空，另一部分送至热压成型机14用作热压成 型及卸料过程中所需的惰性保护气，再一部分经压缩机17压缩后作为袋 式除尘器8和袋式除尘器9布袋的惰性喷吹气(用于除去袋式除尘器中 积累的粉尘)，剩余部分可作为配风循环使用。袋式除尘器6和7中收集 的细煤粉可直接输送到热反应器12中，也可以用作烟气发生炉15的燃 料。
经流化床干燥器11干燥的煤粉被输送到热反应器12中，该反应器 能够进行连续进出料操作。在该反应器中将煤粉加热到220°C,并保温 30分钟使煤粉发生软化。将热反应器12内产生的粗煤气送入焦油冷凝 器13中冷凝回收其中焦油。而将余下不凝煤气由焦油冷凝器13送回热 反应器12燃烧，作为热反应器的加热燃料。燃烧产生的烟气送回鼓风机
16用作气流干燥器5和流化床干燥器11的干燥介质的补充。
将加热后煤粉输送至对辊热压成型机14辊压成型，制得型煤。然后 将制得的型煤喷水冷却，使其温度降至自燃点以下后出料。该成型机采 用螺旋给料装置，成型压力控制在4. 5-6t/cm,型煤压制成型及冷却过 程均在与空气隔绝条件下进行，以避免型煤遇空气自燃。
权利要求
1.一种低变质煤无粘结剂热压成型方法，该方法包括以下步骤(1)将低变质煤粉碎为粒径小于3mm的煤粉；(2)将所得煤粉于气流干燥器和/或流化床干燥器中干燥至含水量低于3％；(3)将干燥后煤粉在连续操作的热反应器中加热至150-460℃；(4)将加热后的煤粉压制成型。
2. 权利要求1的方法，还包括以下步骤(5) 从步骤(3)所述连续操作的热反应器产生的煤气中冷凝回收焦油，并可选择地将其余可燃气体作为该热反应器的加热燃料；和/或(6) 将上述热反应器燃烧产生的烟气的一部分或全部作为步骤(2)中的气流干燥器和/或流化床干燥器的干燥介质。
3. 权利要求2的方法，还包括以下步骤(7) 对即将进入气流干燥器和/或流化床干燥器的待干燥煤粉进行预 热，其中，将步骤(2)中的气流干燥器和/或流化床干燥器排出的含水尾 气用于所述预热，同时将所述尾气中的水汽冷凝回收。
4. 权利要求1、 2或3的方法，其中所述低变质煤选自褐煤、低变质 烟煤、泥炭或其混合物。
5. 权利要求1、 2或3的方法，其中在步骤(l)中使用粉碎机和对辊 破碎机进行两级破碎。
6. 权利要求1、 2或3的方法，其中在步骤(2)中，依次使用气流干 燥器及流化床干燥器进行千燥，同时将进入气流干燥器的干燥介质温度 控制在300-800℃之间，将进入流化床干燥器的干燥介质温度控制在 150-400℃之间，使煤粉经过气流千燥器后的含水量降至10-20%。
7. 权利要求6的方法，其中在步骤(2)中，将进入气流干燥器的干燥 介质温度控制在500-700℃之间，将进入流化床干燥器的干燥介质温度 控制在200-300℃之间。
8. 权利要求1、 2或3的方法，其中在步骤(2)中，干燥介质含氧量 低于8%。
9. 权利要求8的方法，其中干燥介质含氧量低于5%。
10. 权利要求1、 2或3的方法，其中在步骤(3)中，煤粉被加热到180-220'C，停留时间为10-80分钟。
11. 权利要求10的方法，其中停留时间为20-50分钟。
12. 权利要求1,2或3的方法,其中在步骤(4)中,采用对辊成型机进行压制,成型的线压力为2-8t/cm.
13. 权利要求12的方法，其中成型的线压力为4. 5-6 t/cm。
14. 权利要求1、 2或3的方法，其中在步骤(4)中，使煤粉在含氧量 低于8%的绝氧环境中进行压制并冷却。
15. 权利要求14的方法，其中所述绝氧环境的含氧量低于5%。
16. 权利要求1、 2或3的方法，其中在步骤(4)中，采用对辊成型机 进行压制。
17. 根据以上权利要求之一的方法制得的型煤。
18. —种用于低变质煤无粘结剂热压成型的装置，包括(1) 粉碎系统，该系统至少包括一个将低变质煤粉碎的设备；(2) 千燥系统，该系统至少包括气流干燥器和/或流化床干燥器；(3) 加热系统，该系统至少包括一个连续操作的热反应器；(4) 成型系统，该系统至少包括一个热压成型机。
19. 权利要求18的装置，还包括(5) 煤气回收系统，该系统至少包括一个焦油冷凝器。
20. 权利要求19的装置，还包括(6) 尾气循环利用系统，该系统将源自干燥系统和/或加热系统排出 的尾气中的水份冷凝回收后，再循环至干燥系统用作配风或用于布袋除 尘器的喷吹气。
21. 权利要求18、 19或20的装置，其中所述粉碎系统包括粉碎机和 对辊破碎机。
22. 权利要求18、 19或20的装置，其中所述干燥系统包括干燥介质 发生设备、气流干燥器、流化床干燥器、旋风分离器、布袋除尘器和引 风机，其中，干燥介质发生设备用于产生干燥介质，气流干燥器、流化 床干燥器、旋风分离器、布袋除尘器和引风机用于对煤粉进行干燥、分 离和除尘。
23. 权利要求18、 19或20的装置，其中所述成型机4吏用螺旋给料装 置以及可与有氧环境隔绝的卸料装置。
24. 权利要求18、 19或20的装置，其中所述成型机为对辊热压成型机。
25. 权利要求19或20的装置，其中煤气回收系统使来自热反应器中 的粗煤气脱除焦油，将剩余的可燃气体燃烧用于热反应器的自身加热， 并将燃烧后的烟气用作干燥系统的干燥介质。
全文摘要
本发明提供一种低变质煤无粘结剂热压成型方法及装置，该方法包括以下步骤将低变质煤粉碎为粒径小于3mm的煤粉；将所得煤粉于气流干燥器和/或流化床干燥器中干燥至含水量低于3％；将干燥后煤粉在连续操作的热反应器中加热至150-460℃；将加热后的煤粉压制成型。
文档编号C10L5/00GK101168694SQ20061015012
公开日2008年4月30日 申请日期2006年10月27日 优先权日2006年10月27日
发明者何立新, 朱书全, 苏晓辉, 邵俊杰 申请人:神华国际贸易有限责任公司;中国矿业大学(北京);北京神华国际技术有限责任公司