CN104279857B - 低阶煤水分资源化利用的工艺方法及*** - Google Patents

低阶煤水分资源化利用的工艺方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低阶煤水分资源化利用的工艺方法及***，解决了现有低阶煤干燥中水份和热能回收不足，污染环境的问题。技术方案包括将低阶煤干燥后的水蒸汽送入旋风分离器脱除固体颗粒和扰动形成的水滴，除尘后的水蒸汽经增压***增压后进入脱硫***脱除含硫组分，脱硫后的水蒸汽送入低温热能利用***回收蒸汽中的低温热能，然后进入气液分离罐分离出不凝气体和液态水，所述液态水经冷却***降温后送入冷凝水收集***，所述冷凝水收集***中的冷凝水中含尘量<5ppm。本发明能同时充分回收低阶煤干燥后产生的水蒸汽中的水分，对环境友好、具有显著的经济效益。

Description

低阶煤水分资源化利用的工艺方法及***
技术领域
本发明涉及一种低阶煤综合利用领域，具体的说是一种低阶煤水分资源化利用的工艺方法及***。
背景技术
我国低阶煤资源丰富，以褐煤/次烟煤为代表的低阶煤占55％以上，储量达5612亿吨。近期，新疆新增约2.19万亿吨煤炭储量，也多为次烟煤。低阶煤煤化程度低，毛细孔发达，氧含量高(无水无灰基20％左右)，内水丰富，全水分高达30-50％，热值较低，且热稳定性较差，不宜长距离运输，直接作为大规模气化原料又有很大局限性，目前主要用作局部地区动力燃料，开发率较低，仅占全国煤炭产量的4-5％。由于含水量高、能量密度低、易粉化、易自燃导致低阶煤可贮存性能差，运输的经济性差，目前低阶煤的工业利用方式，基本采用就地转化加工的方法。
干燥是低阶煤作为锅炉燃料、气化原料、直接液化原料、热解原料或其他深加工原料的第一步。干燥既是满足下游加工工艺要求的需要，也是降低整个项目能耗和下游装置投资的需要。到目前为止，成功商业化的低阶煤干燥工艺的能量消耗很大。以脱除外表水为目的管式蒸气间接加热干燥过程为例，每脱除1吨水分需要消耗1.42-1.8吨低压蒸汽，相当于原料低阶煤的4％以上的热值是用于自身的水分脱除。此外，干燥过程中产生的大量水蒸气一般与废气或空气混合直接排入大气，这会加重环境污染。然而，考虑到低阶煤中水含量较高，而且在富产低阶煤的地区水资源往往非常珍贵，若能有效回收宝贵的水资源，同时充分利用水蒸气中的热量，这对于提高煤加工过程中能量利用效率，缓解现代煤化工工业发展与水资源短缺的矛盾具有重要的实际意义。
目前，低阶煤中水分资源化利用的公开报道较少，但近期已成为研究人员的关注热点，与此相关的研究报道如下：
德国RWEPower公司提出了两种WTA工艺，在一种工艺方案中，干燥褐煤产生的水蒸气，一部分返回流化床干燥器作为干燥热源，排出的冷凝水可预热未干燥的褐煤，另一部分洁净蒸汽可作为流化介质，该工艺***中需要额外的空气压缩过程，这意味着需要消耗高品位的机械功，降低了能量的综合利用效率；在另一种工艺方案中，一部分蒸汽全凝用于预热锅炉给水，剩余部分排空，在该工艺***中蒸汽汽化潜热并没有完全回收利用，多余部分排空造成能量浪费。
中国专利(CN103575068A)公开了一种褐煤干燥水回收及干燥尾气再循环利用***，在该工艺过程中，干燥尾气在喷水室内与冷水直接进行接触式热湿交换，并在喷水室下部设有的冷凝水回收池中回收干燥尾气中的水分。采用直接接触式热湿交换，水回收效率高，而且专利中也报道了回收水后低温低湿烟气的后续提质利用，但是并未考虑充分回收利用干燥烟气中水蒸气中的热量。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单，能同时充分回收低阶煤干燥后产生的水蒸汽中的水分及热能的低阶煤水分资源化利用的工艺方法。
本发明还提供一种用于上述工艺方法的***。
所述工艺方法的技术方案为：将低阶煤干燥后的水蒸汽送入旋风分离器脱除固体颗粒和扰动形成的水滴，除尘后的水蒸汽经增压***增压后进入脱硫***脱除含硫组分，脱硫后的水蒸汽送入低温热能利用***回收蒸汽中的低温热能，然后进入气液分离罐分离出不凝气体和液态水，所述液态水经冷却***降温后送入冷凝水收集***，所述冷凝水收集***中的冷凝水中含尘量<5ppm(质量百分数)。
所述旋风分离器下方设有收集池，经旋风分离器脱除的含尘水过滤机分离出含碳滤饼和含尘量<5ppm的洁净回收水，所述洁净回收水送入所述冷凝水收集***中。
所述低温热能利用***为以有机工质为循环介质的低温发电单元、或溴化锂吸收式制冷单元、或低温机械做功单元中的至少一种。
所述低温热能利用***的蒸汽入口温度为60-260℃。
所述增压***的进口压力为常压-500kpag，出口压力为20kpag-1000kpag。
本发明***包括依次连接的旋风分离器、增压***、脱硫***、低温热能利用***、气液分离罐、冷却***和冷凝水收集***。
所述旋风分离器下方设有收集池，所述收集池经过滤机与冷凝水收集***连接。
所述低温热能利用***为以有机工质为循环介质的低温发电单元、或溴化锂吸收式制冷单元、或低温机械做功单元中的至少一种。
针对背景技术中存在的问题，发明人对现有干燥后的水蒸汽的处理方法进行改进，由于低阶煤干燥过程中产生的水蒸汽中除含尘外，还含有干燥过程中气流波动形成的凝析水，若不除去则会影响后续脱硫及低温热能利用，因此先将水蒸汽送入旋风除尘器中除去凝析水及大颗料物，分离出的含尘水由旋风除尘器下部流出。
经除尘后的水蒸汽送入增压***进一步增压，以提高水蒸气能量，弥补管路压降损失。所述增压***可以采用压缩机或风机等增压设备，具体选择可根据进入界区压力大小来确定，增压***的进口压力为常压-500kpag，出口压力为20kpag-1000kpag。
由于水蒸汽中还含有硫化物，这些硫化物会对后续设备和装置带来严重的腐蚀问题，也不利于水的回用和环境保护，因此增压后的水蒸汽需要再进入脱硫塔中脱硫，所述脱硫塔中装有可再生循环利用的脱硫剂，所述脱硫剂粒度为1-20mm，形状优选圆柱状或球状。脱硫后的水蒸汽中S浓度低于0.1ppm，满足后续工艺的要求。
脱硫后的水蒸汽中含有低温热能，这部分能量过去没有得到很好的应用，往往直接排空或冷凝，发明人在此设计了低温热能利用***以回收这部分低温热能，具体的所述低温热能利用***可以为低温发电单元、低温制冷单元或低温机械做功单元，可获得用于向***外输出电能、冷量或机械功。***入口的物流温度在60-260℃之间，出口气体/液体温度由选择的低温热能利用***决定，低温温度在40-80℃之间，实现低温余热的回收利用，减少能量损失。
所述低温发电单元例如可以采用有机工质作为循环工质的低温双螺杆膨胀机发电***，该***结构简单，占地面积小，自动化程度高，热电转化效率高，低温范围宽，可以尽可能多的回收低温余热，入口低温可以达到60-80℃；所述低温制冷单元，可以选择以溴化锂水溶液为工质的吸收式制冷机，不仅能够满足60℃以上低温余热的制冷利用要求，而且产生的低温冷水可用于需要低温度操作但传统循环水又无法实现的工段，保证或改善产品的质量。所述低温机械做功是指通过蒸汽透平机等设备带动压缩机、风机等动力机械将余热转化为机械能直接输出对外做功，若该单元出口蒸汽温度在100℃以上，低于100℃的水热量还可以进一步利用，如与低温发电单元串联使用等，以实现余热梯级利用，提高整个低阶煤干燥处理装置的能量利用效率。
经低温热能***利用后的蒸汽中还含有不凝气，因此需送入气液分离罐分离出不凝气体和液态水，由于前期进行除尘和脱硫，因此回收的液态水经冷却***降温后含尘量<5ppm的洁净水。所述所液分离罐分离出的不凝气体可根据碳含量，可选择直接排空，或作为干燥热风炉的补充燃料。
另一方面，旋风分离器下段分离流入收集池的含尘水的水资源也需要充分回收，经过滤机分离出含碳滤饼和含尘量<5ppm的洁净回收水，所述洁净回收水也送入所述冷凝水收集***中集中回收使用。
本发明提供的低阶煤水分资源化利用的工艺流程简单，占地面积小，将本发明工艺应用于低阶煤干燥所产生的水蒸气回收利用***，不仅能有效回收可再次循环利用的洁净水，减少水资源的流失，缓解缺水地区水资源匮乏的问题，还能充分利用水蒸气中的低温热能，提高低阶煤综合利用过程中的能量利用效率。本发明中所有水份几乎全部收回，热能回热利用率高，对环境友好，可操作性强，经济社会效益明显，符合国家节能减排的主流政策，应用前景广阔。
附图说明
图1为本发明工艺流程示意图暨***图。
其中，1.1-旋风分离器，1.2-收集池，2-增压***，3-脱硫***，4-低温热能利用***，5-气液分离罐，6-冷却***，7-过滤机，8-冷凝水收集***。
具体实施方式
下面结合附图对本发明***作进一步解释说明：
旋风分离器1.1依次与增压***2、脱硫***3、低温热能利用***4、气液分离罐5、冷却***6和冷凝水收集***8连接，所述旋风分离器1.1下方设有收集池1.2，所述收集池1.2经过滤机7与冷凝水收集***8连接。所述低温热能利用***为以有机工质为循环介质的低温发电单元、或溴化锂吸收式制冷单元、或低温机械做功单元中的至少一种，具体各单元的实现方案为现有成熟技术，在此不作详述。
工作原理：
将低阶煤干燥后的水蒸汽送入旋风分离器1.1脱除固体颗粒和扰动形成的水滴，除尘后的水蒸汽经增压***2增压至500kpag后进入脱硫***3脱除含硫组分，脱硫后的水蒸汽送入低温热能利用***4中回收蒸汽中的低温热能，然后进入气液分离罐5分离出不凝气体和液态水，所述液态水经冷却***6降温后送入冷凝水收集***8，所述冷凝水收集***中的冷凝水中含尘量<5ppm，可作为后续工艺用水、或煤炭制浆、或煤气化的水源，实现全厂用水的有效补充。所述旋风分离器1.1下方设有收集池1.2，经旋风分离器1.1脱除分离出的含尘水过滤机7分离出含碳滤饼和含尘量<5ppm的洁净回收水，含碳滤饼可送至燃烧锅炉，或作为煤气化混合料。所述洁净回收水经泵送入所述冷凝水收集***8中。所述低温热能利用***的蒸汽入口温度为60-260℃，所述增压***2的进口压力为常压-500kpag，出口压力为20kpag-1000kpag。
对于处理量为100万吨/年的低阶煤(低阶煤含水量35％质量)的干燥处理，若采用本发明方法及***，水回收量可达到30万吨/年，初步估计年发电量可达92224MW·时，或实现对外做功412000GJ，具有显著的经济效益。

Claims (8)

1.一种低阶煤水分资源化利用的工艺方法，其特征在于，将低阶煤干燥后的水蒸汽送入旋风分离器脱除固体颗粒和扰动形成的水滴，除尘后的水蒸汽经增压***增压后进入脱硫***脱除含硫组分，脱硫后的水蒸汽送入低温热能利用***回收蒸汽中的低温热能，然后进入气液分离罐分离出不凝气体和液态水，所述液态水经冷却***降温后送入冷凝水收集***，所述冷凝水收集***中的冷凝水中含尘量<5ppm。
2.如权利要求1所述的低阶煤水分资源化利用的工艺方法，其特征在于，所述旋风分离器下方设有收集池，经旋风分离器脱除的含尘水经过滤机分离出含碳滤饼和含尘量<5ppm的洁净回收水，所述洁净回收水送入所述冷凝水收集***中。
3.如权利要求1或2任一项所述的低阶煤水分资源化利用的工艺方法，其特征在于，所述低温热能利用***为以有机工质为循环介质的低温发电单元、或溴化锂吸收式制冷单元、或低温机械做功单元中的至少一种。
4.如权利要求3所述低阶煤水分资源化利用的工艺方法，其特征在于，所述低温热能利用***的蒸汽入口温度为60-260℃。
5.如权利要求1所述低阶煤水分资源化利用的工艺方法，其特征在于，所述增压***的进口压力为常压-500kpag，出口压力为20kpag-1000kpag。
6.一种用于权利要求1-5任一项所述工艺方法的低阶煤水分资源化利用***，其特征在于，包括依次连接的旋风分离器、增压***、脱硫***、低温热能利用***、气液分离罐、冷却***和冷凝水收集***。
7.如权利要求6所述的低阶煤水分资源化利用***，其特征在于，所述旋风分离器下方设有收集池，所述收集池经过滤机与冷凝水收集***连接。
8.如权利要求6所述的低阶煤水分资源化利用***，其特征在于，所述低温热能利用***为以有机工质为循环介质的低温发电单元、或溴化锂吸收式制冷单元、或低温机械做功单元中的至少一种。
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