浅析褐煤热压脱水工艺及其机理

姜喜义

（双鸭山龙煤天泰煤化工有限公司，黑龙江 双鸭山 155100）

浅析褐煤热压脱水工艺及其机理

姜喜义

（双鸭山龙煤天泰煤化工有限公司，黑龙江 双鸭山 155100）

褐煤是煤化程度较低的煤种之一，如何开发褐煤弥补煤炭资源匮乏带来的影响，成为人们关注与研究的重点。文章对褐煤热压脱水工艺及机理进行研究，以供参考。

褐煤；热压脱水；工艺；机理

0 引言

褐煤具有高水分、低热值的特点，燃烧对空气造成的污染较为严重，因此，对褐煤进行热压脱水处理，改善其应用性能，具有重要的现实意义。

1 褐煤热压脱水工艺

本文在100kg/d热压脱水系统中进行褐煤热压脱水工艺研究，使用的设备为QDJ系列油加热器、YB32-50Y褐煤热压脱水系统、全自动电加热蒸汽发生器。

1.1 热压脱水工艺流程

选取一定量的褐煤，进行破碎、筛分预处理，而后添加到热压脱水机器料缸，进行预压、加热、机械挤压等操作，实现脱水提质，如图1所示。

操作步骤为：系统电源导通后，借助触摸屏显示器设置相关工艺参数，而后将电机启动，确保压头回程至上限位；将一定粒度事先称重后的原料添加到料缸、摊平，使用1/3左右的实验压力预压褐煤；使用油浴加热器设定系统加热温度，对缸内的原料进行升温加热处理；当料缸内温度达到设定温度，启动电机利用压头进行挤压脱水操作，当压力达到设定压力后，自动进行保压计时，将电机关闭，进行保压，结束后将加热电源关闭；将电机启动，压头回程，顶上顶出缸，将料饼取走，退回顶出缸。

1.2 热压脱水工艺参数优化

为探讨褐煤热压脱水效果的影响因素，确定最佳参数，借助中心复合试验进行研究。结果发现，当将保压时间控制在105s时，提高压力或温度可降低水分含量，不过早不同压力与温度条件下，水分降低幅度并不相同。当温度＜100℃时，增加过程压力，达到最大实验压力时褐煤仍含有超过20%的水分；当温度设置为150℃时，压力＞6MPa，褐煤水分含量在10%～20%范围内，但仍高于10%。如将褐煤水分降低到10%以下，温度在超过180℃的基础上，达到＞8MPa才行，因此，在生产实践中，在对褐煤性能要求认真分析的基础上，通过设置合理的压力、温度以获得预期的褐煤含水量。如对褐煤的含水要求不高，如为15%，设置的最佳参数为保压时间180s、压力8.5MPa、温度150℃。

图1 热压脱水工艺流程图

1.3 热压过程对褐煤特性的影响

热压过程对褐煤特性的影响主要体现在对褐煤发热量、褐煤元素组成、煤化程度、燃烧性能方面，其中在发热量方面，随着褐煤含水量的减小，发热量明显提高，但发热量还受其他因素影响。褐煤元素组成方面，当温度升高时褐煤含碳量线性增加，而硫、氧、氢元素则线性下降。当温度超过160℃时，褐煤无机元素受温度的影响减小；经热压过程褐煤煤化程度出现一定变化，即，固定含碳量增加、挥发与水分降低；经热压过程褐煤的燃烧性能得以改善，主要表现为：褐煤燃烧利用性能、抗氧化性能、热稳定性得以提高；当增加热压压力、延长热压时间时，褐煤特征温度后移，尤其热压温度给挥发分析出温度造成的影响较为明显，温度向后推移接近20℃。

2 褐煤热压脱水机理

褐煤热压脱水的实现依据一定机理，通过分析在以下机理作用下，褐煤中的水分得以很好的脱除。

2.1 热力效应脱水

热力效应在移除褐煤水分上作用明显，即，受热力作用影响，褐煤中水分粘度得以降低，渗透性增加，促进水分的脱出。同时，褐煤中含氧基团受人力作用分解，降低褐煤表面湿润性，疏水性提高，使得煤水体系相互作用力减小，更加有助于水分的脱出。另外，褐煤中有机基团受热力影响分解气体排出时会促进内部水分迁移至颗粒表面，促进水分的排出。

2.2 压密固结脱水

当给褐煤施加压力后，其骨架在压力作用下变形，可引起孔隙中渗流情况的发生，孔隙中的水分排出后，孔隙体积缩小，褐煤体积被进一步压缩，最终达到稳定，该过程即为渗流固结。固结速率受水排出速度的影响，当孔隙压力一定时，主要受褐煤渗透性与渗透途径长短的影响，当渗透途径长、透水性较差时就需要越长的固结时间。因此，在热力效应脱水机理的基础上，通过对褐煤渗流固结的研究得出，热压过程水分从褐煤中脱除的依据的机理为：在热力效应脱水的同时，机械压力进行压实改变褐煤内部孔隙结构，降低其内部总孔容，促进煤水体系得以彻底分离，促进水分的脱除。热压脱水过程中，温度只是借助热力效应给水分更好的脱除提供良好条件，从煤水体系彻底分离的角度来看，作用较为微弱可忽略，而在压实固结作用，很好地促进煤水体系的分离。

2.3 闪蒸脱水

由褐煤热压脱水工艺流程可知，褐煤在一定保压时间下进行热压脱水，需从料缸中将热压产品取出，确保下批褐煤操作的进行。通常情况下，为确保褐煤中水分更好的脱除，需将其维持在液态，期间需保持一定的压力，当褐煤热压处理后，移除时受压力迅速降低的影响，导致部分褐煤中的水分汽化，进一步降低褐煤含水量，即为闪蒸脱水。

褐煤中闪蒸脱水受热压温度的影响较大，而且脱水的量存在较大差别，因此，很难对其多少加以衡量。实验分析发现，当褐煤出现闪蒸时最终的含水量较无闪蒸的低，而且当提高热压温度两者的差别更为明显，当在200℃温度条件下，两者水分相差1.81%，由此可见，闪蒸脱水促进了褐煤水分的脱除，降低褐煤的含水量。但从成型角度分析，闪蒸现象的存在容易破坏煤饼的完整性。

3 结语

褐煤热压脱水可很好的改善其性能，尤其在当前资源匮乏的背景下，加强褐煤热压脱水的研究，以满足社会生产对煤炭资源的需求。本文通过研究得出以下结论：

（1）通过对褐煤热压脱水工艺的研究得出，热压脱水会给褐煤的水分、元素组成、煤化程度、燃烧性能造成影响，尤其较好的改善其燃烧性能，提高了燃烧利用性能、抗氧化性能、热稳定性。

（2）热媒热压脱水的实现依据的机理有热力效应脱水、压密固结脱水、闪蒸脱水，3种机理使得褐煤在热压作用下含有的水分大为降低，性能改善明显。

[1]高俊荣，邵奇，张蕾，等.褐煤热压脱水工艺条件研究[J].干燥技术与设备，2011（3）：129-137.

[2]陈月鹏，陈腊梅，赵猛男.褐煤振动热压脱水工艺条件研究[J].洁净煤技术，2014（3）：54-56.

[3]郑星，欧阳聪聪，叶子铭，等.褐煤热压脱水实验研究[J].洁净煤技术，2014（6）：52-55.

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

姜喜义（1970— ），男，黑龙江双鸭山，本科，部长；研究方向：化学工程与工艺。