CN105241182B - 褐煤干燥***及其干燥方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种褐煤干燥***及其干燥方法,包括:粗破装置,用于将褐煤粗破碎至5~50mm;与所述粗破装置相连的预干燥装置,用于预干燥所述粗破碎后的褐煤,使褐煤的含水量降为15~30%;与所述预干燥装置相连的干燥破磨一体化装置,用于对所述预干燥后的褐煤同时进行干燥和破磨处理,使褐煤的含水量降为10~25%、粒度降为10~90μm。该干燥***和方法不仅提高了资源和能源的利用率,而且减少环境污染,且此褐煤干燥***较为简单,干燥条件容易实现,生产过程安全,具有良好的工业化应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及褐煤的干燥提质领域,特别是涉及褐煤干燥***及其干燥方法。
背景技术
能源与环境是国民经济和社会可持续发展的重要保证。2020年,煤炭在国家能源构成中仍将在60%左右。2050年,煤炭在我国一次能源中的比例仍将占到50%左右。在中国目前已探明的褐煤保有储量中,以内蒙古东北地区最多,约占全国褐煤保有储量的3/4;以云南省为主的西南地区的褐煤储量约占全国的1/5,都被用来直接燃烧发电。褐煤是煤化程度最低的煤种,其主要特点是水分含量高达30~50%,氧含量高达15%~30%,高挥发份含量约50%,热值低(约为14MJ/kg),低灰熔点、孔隙度大、含有不同数量的腐植酸,化学反应性强,热稳定性差等特点,限制了褐煤的有效利用。高含水的褐煤直接参与燃烧,使得燃烧排烟热损失严重,电厂效率低。由于煤炭价格大部分在于运费,高水分限制了将褐煤向远距离电厂运输。此外,在北方寒冷季节,高水分褐煤在搬运处理各方面都十分困难,怎样提高褐煤在燃烧发电中的竞争力,是广大褐煤发电企业面临的一项技术难题。褐煤发电主要缺点在于其较高的水分含量,因此在电厂已有技术和设备条件下,如何将褐煤脱水与发电高效结合是解决此难题的重要途径之一。
而通过干燥处理降低煤的水分,一方面可以提高热值和能量密度,降低运输成本,另一方面还可以提高下游装置的利用效率,降低设备规模。现阶段国内国外已开发了多种脱水提质工艺,主要分蒸发脱水和非蒸发脱水两类。非蒸发脱水技术将褐煤中水分以液态形式移除,通过高温高压蒸汽(或热油)改变褐煤的物理和化学结构,使之转变成为类似烟煤的脱水提质方法。蒸发脱水技术一般利用高温烟道气或其它余热气体为干燥介质,与褐煤直接接触对其加热,使煤中水分蒸发干燥。目前,主要的褐煤脱水技术有:热干脱水技术,高温高压脱水技术,冷干脱水技术以及真空膨胀脱水技术等。这些褐煤干燥脱水技术由于耗能较大,设备复杂,多处于规模示范阶段,而且运行的复杂和稳定问题阻碍了这些工艺规模化应用。随着褐煤含水量增加,采用常规的干燥技术所需的能耗也相应增加。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提出一种褐煤干燥***及其干燥方法,以解决褐煤提质过程中能耗高,易粉化,褐煤脱水不充分的问题。
基于上述目的,本发明提供的褐煤干燥***包括:
粗破装置,用于将褐煤粗破碎至5~50mm;
与所述粗破装置相连的预干燥装置,用于预干燥所述粗破碎后的褐煤,使褐煤的含水量降为15~30%;
与所述预干燥装置相连的干燥破磨一体化装置,用于对所述预干燥后的褐煤同时进行干燥和破磨处理,使褐煤的含水量降为10~25%、粒度降为10~90μm;
与所述干燥破磨一体化装置相连的燃烧锅炉,用于燃烧所述干燥破磨后的褐煤;
与所述燃烧锅炉的热烟气出口相连的除尘装置,用于对热烟气进行除尘处理;
换热装置,所述换热装置的热烟气入口与除尘装置的热烟气出口相连,热烟气出口与干燥破磨一体化装置相连,所述换热装置的冷流体入口与鼓风机相连,冷流体出口燃烧锅炉相连;
粉煤成型装置,所述粉煤成型装置的入口与干燥破磨一体化装置的出口相连,出口与预干燥装置的入口相连。
在本发明的一些实施例中,所述鼓风机还与干燥破磨一体化装置相连,经过所述换热装置的热烟气与空气混合后进入干燥破磨一体化装置。
在本发明的一些实施例中,所述换热装置为管式换热器,热烟气进入管外,空气进入管内,所述换热装置的热烟气入口温度为900~1200℃,热烟气出口温度600~800℃。
在本发明的一些实施例中,所述预干燥装置的预干燥温度为100~150℃。
在本发明的一些实施例中,所述干燥破磨一体化装置的干燥温度为300~400℃,装置中的含氧量为1~8%。
在本发明的一些实施例中,在所述换热装置中,热烟气与冷流体的流速之比是2~3:1。
本发明还提供一种褐煤干燥方法,所述褐煤干燥方法根据上述褐煤干燥***进行干燥,包括:
褐煤进入粗破装置,褐煤粗破碎至5~50mm,然后进入预干燥装置,与干燥介质进行热交换,使褐煤的含水量降为15~30%;
预干燥后的褐煤进入干燥破磨一体化装置,与干燥介质进行热交换,使褐煤的含水量降为10~25%,同时对褐煤进行破磨处理,使褐煤的粒度降为10~90μm;
干燥破磨后的褐煤进入燃烧锅炉,燃烧褐煤产生的热烟气进入除尘装置,除尘后的热烟气进入换热装置,与冷空气进行热交换;
经过热交换的烟气作为干燥介质分别进入预干燥装置、干燥破磨一体化装置,用于对褐煤进行干燥。
在本发明的一些实施例中,所述干燥破磨后的褐煤一部分进入燃烧锅炉,另一部分进入粉煤成型装置,两者的质量之比为1:4~5。
在本发明的一些实施例中,所述预干燥装置中的预干燥介质的温度为100~150℃,所述干燥破磨一体化装置中的干燥介质的温度为300~400℃的。
所述干燥破磨一体化装置中的含氧量为1~8%,CO2含量小于等于3%。
从上面所述可以看出,本发明提供的褐煤干燥***及其干燥方法高效快捷,工艺简单,坑口发电中实现褐煤的高效提质利用。该干燥***和方法不仅提高了资源和能源的利用率,而且减少环境污染,且此褐煤干燥***较为简单,干燥条件容易实现,生产过程安全,具有良好的工业化应用前景。
附图说明
图1为本发明一个实施例的褐煤干燥***的结构示意图;
图2为本发明另一个实施例的褐煤干燥***的结构示意图。
其中:1、粗破装置,2、预干燥装置,3、干燥破磨一体化装置,4、燃烧锅炉,5、粉煤成型机,6、除尘装置,7、换热装置,8、鼓风机,9、点火装置,10、旋风分离器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明进一步详细说明。
本发明提供的褐煤干燥***,包括:
粗破装置,用于将褐煤粗破碎至5~50mm;
与所述粗破装置相连的预干燥装置,用于预干燥所述粗破碎后的褐煤,使褐煤的含水量降为15~30%;
与所述预干燥装置相连的干燥破磨一体化装置,用于对所述预干燥后的褐煤同时进行干燥和破磨处理,使褐煤的含水量降为10~25%、粒度降为10~90μm;
与所述干燥破磨一体化装置相连的燃烧锅炉,用于燃烧所述干燥破磨后的褐煤;
与所述燃烧锅炉的热烟气出口相连的除尘装置,用于对热烟气进行除尘处理;
换热装置,所述换热装置的热烟气入口与除尘装置的热烟气出口相连,热烟气出口与干燥破磨一体化装置相连,所述换热装置的冷流体入口与鼓风机相连,冷流体出口燃烧锅炉相连;
粉煤成型装置,所述粉煤成型装置的入口与干燥破磨一体化装置的出口相连,出口与预干燥装置的入口相连。
参考图1,其为本发明一个实施例的褐煤干燥***的结构示意图。作为本发明的一个实施例,本发明提供的褐煤干燥***包括粗破装置1、预干燥装置2、干燥破磨一体化装置3、燃烧锅炉4、除尘装置6和换热装置7,所述粗破装置1、预干燥装置2、干燥破磨一体化装置3、燃烧锅炉4依次相连,且燃烧锅炉4的热烟气出口与除尘装置6相连,所述换热装置7的热烟气入口与除尘装置6的热烟气出口相连,换热装置7的热烟气出口与干燥破磨一体化装置3相连,换热装置7的冷流体入口与鼓风机8相连,冷流体出口与燃烧锅炉4相连。需要说明的是,所述鼓风机8用于提供冷流体,即空气。
褐煤经除杂后进入粗破装置1,褐煤粗破碎至5~50mm,然后进入预干燥装置2,与温度为100~150℃的预干燥介质进行热交换,褐煤的含水量降为15~30%。所述温度为100~150℃的预干燥介质可以通过在预干燥装置2外加保温层来维持,也可以通过向预干燥装置2通入低温热烟气来调节温度。
预干燥后的褐煤进入干燥破磨一体化装置3,在干燥破磨一体化装置3中,褐煤与温度为300~400℃的干燥介质进行热交换,褐煤的含水量降为10~25%,同时在该装置中将褐煤破磨至10~90μm,并保持装置中的含氧量为1~8%(体积分数),CO2含量不超过3%(体积分数)。
在本发明的又一个实施例中,可以将经过所述换热装置7的热烟气与空气混合后作为混合干燥介质,通过调节热烟气和空气(例如2.5:1)的介质比例,使该褐煤干燥***中的CO2含量不超过3%,含氧量低于8%,可降低该干燥***的防爆***设计参数,可以不必采用过高的抗暴设计压力和具有大量的防爆门。因此,采用热烟气和空气的混合介质作为干燥介质可保证调节灵活、运行可靠。
经干燥破磨后的褐煤进入燃烧锅炉4,燃烧褐煤产生的热烟气进入除尘装置6,除尘后的热烟气进入换热装置7,与空气进行热交换,其中所述换热装置7的热烟气入口温度为900~1200℃,热烟气出口温度600~800℃。
在所述换热装置7中,热烟气与冷流体的流速之比可以是2~3:1,以保证高效地热交换。
较佳地,所述褐煤干燥***还包括粉煤成型装置5,所述粉煤成型装置5的入口与干燥破磨一体化装置3的出口相连,所述粉煤成型装置5的气体出口与预干燥装置2的入口相连。粉煤成型装置5用于将干燥破磨后的褐煤成型制得型煤,型煤可以从粉煤成型装置5的固体出口排出。需要说明的是,可以通过控制烟气气流的流速控制进入粉煤成型装置5、燃烧锅炉4的烟气量。
进一步地,所述鼓风机8还与干燥破磨一体化装置3相连,经过所述换热装置7的热烟气与空气(冷流体)混合后进入干燥破磨一体化装置3。因此,鼓风机8出口的空气一部分进入换热装置7进行换热,同时另一部分与经过换热的热烟气混合后进入干燥破磨一体化装置3,以调节进入干燥破磨一体化装置3的烟气温度。经过换热装置7热交换后的热烟气与空气混合后作为300~400℃的干燥介质进入干燥破磨一体化装置3,对褐煤进行干燥,经过热交换后的空气则进入燃烧锅炉4。燃烧锅炉4内部为微负压,使得破磨后的褐煤能够随着干燥介质进入燃烧锅炉4。
优选地,所述换热装置7为管式换热器,经过除尘装置6的热烟气进入管外,热交换后进入干燥破磨一体化装置3,鼓风机提供的空气(冷流体)进入管内,热交换后进入燃烧锅炉4。较佳地,在所述换热装置7与干燥破磨一体化装置3相连的烟气输送管道均设置有测定压力、温度和流量的传感器装置,以便对干燥破磨一体化装置3的烟气(干燥介质)流量进行调节,从而调节各个管路中干燥介质的混合比例。
可选地,所述褐煤干燥***还包括与燃烧锅炉4相连的点火装置9,用于对锅炉进行点火,使褐煤在燃烧锅炉4中燃烧,产生高温热烟气。
参见图2,其为本发明另一个实施例的褐煤干燥***的结构示意图,作为本发明的另一个实施例,所述褐煤干燥***还包括旋风分离器10,所述旋风分离器10的入口与干燥破磨一体化装置3相连,气体出口与预干燥装置2的入口,固体出口粉煤成型装置5相连。经过干燥破磨一体化装置3换热后的烟气粉尘混合物进入旋风分离器10,经过旋风分离后,低温热烟气进入预干燥装置2作为预干燥介质,固体颗粒则进入粉煤成型装置5,用于成型制得型煤。
优选地,所述除尘装置6还可以与预干燥装置2相连,使低温热烟气与少量热烟气进行调节,控制预干燥介质的温度为100~150℃,以提高热烟气的利用率,节省能耗。
本发明还提供一种褐煤干燥方法,所述褐煤干燥方法根据上述褐煤干燥***进行干燥,包括:
褐煤经除杂后进入粗破装置1,褐煤粗破碎至5~50mm,然后进入预干燥装置2,与温度为100~150℃的预干燥介质进行热交换,褐煤的含水量降为15~30%;
预干燥后的褐煤进入干燥破磨一体化装置3,在干燥破磨一体化装置3中,褐煤与温度为300~400℃的干燥介质进行热交换,褐煤的含水量降为10~25%,同时在该装置中将褐煤破磨至10~90μm,并保持装置中的含氧量为1~7%(体积分数),CO2含量不超过3%(体积分数);
经干燥破磨后的褐煤进入燃烧锅炉4,燃烧褐煤产生的热烟气进入除尘装置6,除尘后的热烟气进入换热装置7,与空气进行热交换,其中所述换热装置7的热烟气入口温度为900~1200℃,热烟气出口温度600~800℃;
经过热交换的烟气与空气混合后作为300~400℃的干燥介质进入干燥破磨一体化装置3,对褐煤进行干燥,经过热交换后的空气进入燃烧锅炉4。
需要说明的是,所述温度为100~150℃的预干燥介质可以通过在预干燥装置2外加保温层来维持,也可以通过向预干燥装置2通入少量高温烟道气来调节温度。
优选地,干燥破磨后的褐煤还进入粉煤成型装置5,所述粉煤成型装置5用于压煤粉球。
将本发明提供的褐煤干燥***及其干燥方法应用于电厂,会起到节能降耗作用。以600MW的机组为例,可以使锅炉的排烟温度由150℃降低到125℃左右,发电机组效率提高约1.3%左右,同时降低干燥***的辅助动力消耗;对出口乏气进行余热回收,可节煤3.95g/kWh。褐煤在该褐煤干燥***中的停留时间约为1~3秒,可见该干燥***的干燥效率高,提高该褐煤干燥***的经济性。另外,通过该褐煤干燥***及其干燥方法,可降低CO2、NOX和SO2等污染物的排放。因此,可以提高褐煤电厂的经济性和发电的机组效率。
将本发明提供的部分褐煤粉半焦进行成型后得到的型煤,可提高其经济效益,并能长距离运输。以1万t/a型煤为例计算其经济效益,该型煤生产采用粘结剂湿法冷压成型工艺,该项目投资估算660万元,内部收益率为40.39%,投资回收期为2.03年,正常年份可获利税287.03余万元。褐煤半焦成型,可提高资源的能量密度和实现低品质煤的远距离运输,从而符合国家西部大开发的大政方针,有利于优化能源结构、减少环境污染、提高能源效率,对促进地方经济发展和社会进步具有重大的现实意义。
如上所述,本发明与现有技术相比,具有以下优点及效果:
1.在该装置中,以热烟气和空气的混合介质作为干燥介质,使该褐煤干燥***中的CO2含量不超过3%,含氧量低于8%,因此可降低该干燥***的防爆***设计参数,可以不必采用过高的抗暴设计压力和具有大量的防爆门,采用高温炉烟和热风作为干燥可保证调节灵活、运行可靠;而且采用热烟气和空气的混合介质作为干燥介质,烟气温度和褐煤颗粒温度都降到了较低的水平,保证了设备平稳运行的安全性
2.在该褐煤干燥***中,由于一次风中含有大量的炉烟,可降低燃烧炉出口的理论燃烧温度,使炉膛结渣的可能性降低,并降低NOx的生成。
3.采用燃前褐煤快速干燥-破磨一体化的干燥方法,将褐煤干燥与破磨相结合,使得该工艺流程短,操作简单,处理量大,从而提高生产效率;
4.褐煤经快速干燥后,提高褐煤热值;同时煤质表面有机官能团性质及煤中水的物理性能会改变,使得褐煤燃烧稳定;原煤的全水分是35%,发热量为12.68(Qnet,ad/MJ/kg),经过干燥后的水分降低至5~7%(空干基),热值提高至18.01(Qnet,ad/MJ/kg),提高褐煤的可燃性。
本发明提供的褐煤干燥***及其干燥方法高效快捷,工艺简单,坑口发电中实现褐煤的高效提质利用。该干燥***和方法不仅提高了资源和能源的利用率,而且减少环境污染,且此褐煤干燥***较为简单,干燥条件容易实现,生产过程安全,具有良好的工业化应用前景。
所属领域的普通技术人员应当理解:以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种褐煤干燥***,其特征在于,包括:
粗破装置,用于将褐煤粗破碎至5~50mm;
与所述粗破装置相连的预干燥装置,用于预干燥所述粗破碎后的褐煤,使褐煤的含水量降为15~30%;所述预干燥装置的预干燥温度为100~150℃;
与所述预干燥装置相连的干燥破磨一体化装置,用于对所述预干燥后的褐煤同时进行干燥和破磨处理,使褐煤的含水量降为10~25%、粒度降为10~90μm;所述干燥破磨一体化装置的干燥温度为300~400℃,装置中的含氧量的体积分数为1~8%;
与所述干燥破磨一体化装置相连的燃烧锅炉,用于燃烧所述干燥破磨后的褐煤;
与所述燃烧锅炉的热烟气出口相连的除尘装置,用于对热烟气进行除尘处理;
换热装置,所述换热装置的热烟气入口与除尘装置的热烟气出口相连,热烟气出口与干燥破磨一体化装置相连,所述换热装置的冷流体入口与鼓风机相连,冷流体出口燃烧锅炉相连;
粉煤成型装置,所述粉煤成型装置的入口与干燥破磨一体化装置的出口相连,气体出口与预干燥装置的入口相连。
2.根据权利要求1所述的褐煤干燥***,其特征在于,所述鼓风机还与干燥破磨一体化装置相连,经过所述换热装置的热烟气与空气混合后进入干燥破磨一体化装置。
3.根据权利要求1所述的褐煤干燥***,其特征在于,所述换热装置为管式换热器,热烟气进入管外,空气进入管内,所述换热装置的热烟气入口温度为900~1200℃,热烟气出口温度600~800℃。
4.根据权利要求1所述的褐煤干燥***,其特征在于,在所述换热装置中,热烟气与冷流体的流速之比是2~3:1。
5.一种采用权利要求1~4中任意一项所述的褐煤干燥***的褐煤干燥方法,其特征在于,包括:
褐煤进入粗破装置,褐煤粗破碎至5~50mm,然后进入预干燥装置,与干燥介质进行热交换,使褐煤的含水量降为15~30%;
预干燥后的褐煤进入干燥破磨一体化装置,与干燥介质进行热交换,使褐煤的含水量降为10~25%,同时对褐煤进行破磨处理,使褐煤的粒度降为10~90μm;
干燥破磨后的褐煤进入燃烧锅炉,燃烧褐煤产生的热烟气进入除尘装置,除尘后的热烟气进入换热装置,与冷空气进行热交换;
经过热交换的烟气作为干燥介质进入干燥破磨一体化装置,用于对褐煤进行干燥;
干燥破磨后的褐煤进入粉煤成型装置,制得型煤,型煤从粉煤成型装置的固体出口排出,粉煤成型装置中的气体进入预干燥装置中。
6.根据权利要求5所述的褐煤干燥方法,其特征在于,所述干燥破磨后的褐煤一部分进入燃烧锅炉,另一部分进入粉煤成型装置,两者的质量之比为1:4~5。
7.根据权利要求5所述的褐煤干燥方法,其特征在于,所述预干燥装置中的预干燥介质的温度为100~150℃,所述干燥破磨一体化装置中的干燥介质的温度为300~400℃。
8.根据权利要求5所述的褐煤干燥方法,其特征在于,所述干燥破磨一体化装置中的含氧量的体积分数为1~8%,CO2含量的体积分数小于等于3%。
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