Coldry技术：低阶煤干燥制备高热值BCE球团的先进工艺

Coldry低阶煤干燥技术概述

Coldry技术由澳大利亚Environmental Clean Technologies (ECT) Limited开发。技术将含水高达70%的广泛低阶煤(褐煤和次烟煤)脱水制成含水率~10%的高热值(发热量CV)黑煤当量(BCE)球团。BCE意指Coldry球团净能量值与多种烟煤处于相似范围。

Coldry技术是专利工艺，通过"褐煤致密化"(BCD)过程改变低阶煤天然多孔形态生产干燥致密球团。技术基于CRA和墨尔本大学1980年代初研究。Bacchus Marsh Coldry中试厂已演示：2004年投产，2007年增水回收系统，2011年升级至年产20,000吨Coldry BCE球团。工艺在广泛低阶煤上测试验证成功。

工艺原理

Coldry工艺结合两独特方面：(i) 褐煤致密化，(ii) 废热利用。工艺激发煤内天然化学反应，聚合煤化合物活性位点排出化学结合水。活性位点聚合塌陷煤孔隙结构排出物理吸附水。排出水迁移至煤球团表面。表面水经相邻电厂(PP)废热蒸发。

BCD是天然现象：煤物理结构从湿、软、易碎原料转变为致密、干、硬材料。需极特定加工施加剪切应力随时间触发BCD。初级加工设备设计和操作参数针对原煤特性定制。

对原煤施加适量机械剪切产生软塑煤"膏"，使低压挤出膏成球团。核心在于：物理吸附水被动员，随水迁移至球团表面蒸发，球团多孔结构塌陷致密化。

在可预测时间框架内控制干燥速率是Coldry工艺重要方面。因传统产热相对昂贵，Coldry工艺利用废热资源定向用于球团低温干燥。BCD理想进行温度范围40-70℃。

Coldry技术化学见图1。

Coldry技术工艺包含三个不同过程阶段：

• 机械剪切：破坏煤多孔结构释放物理吸附水，形成适合挤出稠度的煤浆。
• 挤出：挤出煤浆生产适合后续干燥最佳尺寸球团。
• 干燥：蒸发球团内动员水分，交付含水<15%成品。干燥利用相邻电厂废能，其他低品位废能源也可用。

煤干燥工艺流程

Coldry工艺含六步，流程图见图2。

1. 筛分与给料控制：含水30%-70%低阶原煤磨至<8mm。软易碎磨细煤入料仓筛分。料仓为有自动变速给料控制器的贮料斗。筛分除超大和异物(异物)，加少量水前确保均匀给料下一步。加水量取决于来煤水分，最多5%。
2. 磨剥与挤出：加水煤入"磨剥机"。煤面相互摩擦剪切成煤膏。摩擦强化混合引发煤内天然放热化学反应，自然排出煤孔隙结构内化学吸附和物理吸附水。塑性混合物低压挤出加速反应。挤出煤经输送带送"调节单元"。
3. 调节：调节带上挤出煤膏球团经~40℃暖风加热约1小时。调节实现球团表面干燥提供足够绿色强度，以承受进"填充床干燥器"(PBD)过渡。挤出煤韧性表现为干表面等级增加和坚实度。随硬化产品收缩分离成球团。调节及填充床干燥所需暖风通过与相邻电厂废热换热产生。
4. 填充床干燥：来自调节单元湿煤球团在垂直PBD进一步干燥至最终含水水平。相邻电厂暖风循环穿过干燥器除去球团水分。交联反应在干燥器完成，强度增至足承受散装搬运运输。干燥球团最终含水通常10%-14%。影响最终含水因素：(i) 原煤来矿水分，(ii) 给煤特性，(iii) 换热单元提供温度，(iv) 干燥时间。
5. 水回收：离开PBD暖风~30℃高饱和。饱和暖风冷却时水分冷凝。回收水收集可用于相邻电厂或他处，因无污染物。
6. Coldry球团产品：低阶煤现通过永久移除结构和物理吸附水转化为BCE产品。工艺BCE产品称Coldry球团。高能量含量、稳定、不再水化。可运输使用。Coldry球团典型特性：(i) 直径16mm，(ii) 长度45mm，(iii) 堆积密度~700-750 kg/m³，(iv) 含水~12%，(v) 高发热量5550 kcal/kg。

商业规模设计与电厂集成

基于Coldry中试厂，商业规模Coldry厂设计就绪。商业Coldry厂设计为模块化，可扩展。模块化意味厂所有段可场外预制，集装箱运输组装。

Coldry厂模块设计产能：(i) 60%水分煤年产340,000吨Coldry球团；(ii) 50%水分煤年产440,000吨；(iii) 40%水分煤年产600,000吨。

Coldry工艺可与电厂集成。电厂粉煤机将Coldry球团磨成适合喷入电厂煤粉燃烧锅炉的煤粉。电厂冷凝器较高温冷却水泵至Coldry工艺换热。Coldry换热器回水温度较低但仍需进一步冷却。Coldry工艺回收水可入电厂冷却回路，减少他源取水。Coldry工艺与电厂集成见图3。

Coldry工艺效益

工艺效益：(i) 利用低品位废能作主能源，工艺经济且减少CO2足迹；(ii) 减少相邻电厂蒸发水损失(工艺回收1吨水=电厂冷却塔蒸发损失1吨水)；(iii) 回收原煤干燥排出水达95%；(iv) 工艺简单机械化，高可靠性易维护；(v) 低温低压运行，降低能耗延长设备寿命；(vi) 模块化预制组件易安装；(vii) 产出高质量水副产品，无需昂贵处理即可工业用，微滤即饮用。

产品效益：Coldry球团效益：(i) 球团热值提升；(ii) 球团不再吸大气水；(iii) 球团自燃风险低，适合运输；(iv) 球团保留原煤高价值挥发分，适合下游气化、煤制液等煤衍生化工工艺原料；(v) 源自原煤低灰分(硫同样)。