CN109439378A - 采用余热烟气进行低阶煤煤粉成型的提质***及提质方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了采用余热烟气进行低阶煤煤粉成型的提质***及提质方法，所述提质***包括给煤机、烟气管式干燥机、滤筒除尘器、回收装置、脱硫装置、煤粉储罐、预压排气装置和干燥煤粉成型机；给煤机顶部设置有投加原煤的原煤斗，给煤机底部通过管路与烟气管式干燥机的入料口连通；烟气管式干燥机的上部设置有干燥乏汽排出口，下部设置有余热烟气进入口，底部设置有用于排出干燥煤粉的出料斗，出料斗通过管路与预压排气装置顶部的入料口连通；干燥乏汽排出口通过管路与滤筒除尘器的进气口连通。提质***布局科学合理，预压排气装置和干燥煤粉成型机排出的干燥煤颗粒粒度为30 mm‑35mm。有效防止空气进入***，氧含量低，避免出现干燥煤自燃的情况。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭加工综合利用技术领域，特别是采用余热烟气进行低阶煤煤粉成型的提质***及提质方法。
背景技术
低阶煤是处于低变质阶段的煤，根据国家煤层煤标准（GB/T 17607）分类，干燥无灰基高位发热量Qar,maf小于24MJ/kg的煤被定义为低阶煤。低阶煤分为低变质煤（长焰煤、不黏煤、弱黏煤）和褐煤，探明资源总量约5671亿吨，储量占煤资源总量的55%以上。作为低阶煤的重要组成，褐煤是煤化程度最低的矿产煤。我国褐煤储量巨大，褐煤资源量约为3194.38亿吨，占我国煤炭资源总量的5.74%，褐煤探明保有资源量1291.32亿吨，占全国煤炭探明保有资源量的12.69%。近年来国家对低阶煤资源的开采愈加重视，国家发展改革委员会2007年1月发布的煤炭工业发展“十一五”规划中建设的13个大型煤炭基地，其中包括以褐煤为主的蒙东和云贵两个煤炭基地。近年来，低阶煤产量增长明显，仅内蒙古自治区低阶煤产量就由2008年的17318万吨增长到2011年的30962万吨。随着低阶煤在我国煤炭生产中的比例不断提高，能够清洁高效地利用低阶煤，可以有效缓解未来地区经济持续增长与能源短缺的矛盾,保障国家能源安全。
低阶煤具有热值低、水分高及挥发分高的特点。低阶煤发热量仅为3000-3500Kcal/kg，对于设计燃用5000 Kcal/kg烟煤的电厂锅炉，不能直接燃用低阶煤，仅可用于掺烧；低阶煤水分高，约为30%-50%，导致单位热值运输成本高，且直接燃烧的热效率较低；此外，低阶煤挥发分高达30%-45%，易氧化自燃，易风化碎裂，不宜长期储存，导致远途运输安全性较差，难以大规模开发利用。由此可见，低阶煤自身特性极大地限制了资源的直接利用，于是低阶煤成型提质便成为低阶煤高效开发利用的关键。
低阶煤成型提质将水分高、发热量低、应用窄的低阶煤转变成水分低、发热量高、应用面广的型煤燃料产品，改变低阶煤用于燃烧发电效率不高、污染严重的传统利用模式，实现了低阶煤梯级开发综合利用，提升了一次能源资源的综合利用效率和产品附加值。提质的同时，解决了低阶煤风化和自燃问题，提高储存期及远距离运输经济性，减轻环境污染，有效的提高经济效益，并且符合国家相关产业政策。
热力干燥工艺主要工作原理是通过热量传递使低阶煤在小于250℃的温度下蒸发水分并排除。干燥工艺用于处理低阶煤已有很长的历史，干燥工艺按换热方式可分为直接换热与间接换热，按照加热介质不同可分为蒸汽加热、烟气加热、热油加热等。
热烟气干燥技术在国外，美、日、德、澳等国广泛开展了研究和试验工作，如澳大利亚怀特能源公司的BCB工艺技术中采用了直管式气流干燥技术、德国泽玛克（ZEMAG）使用回转管式干燥技术、美国Powder River Basin发电厂在近年开发成功的蒸汽-空气联合干燥技术以及日本UBC褐煤提质技术等等。
我国20世纪50年代开始进行煤干燥工艺的开发和研究工作。大连理工大学、中国矿业大学、神华集团等单位，先后开发了不同工艺的煤干燥技术，并建立大型工业装置。如神华与中国矿业大学合作开发的HPU技术是在参考澳大利亚怀特能源BCB技术的基础上，结合国内技术研究或设备制造等专业单位的相关技术，研究开发的一套新的褐煤提质技术；中国神工集团SZ振动混流床干燥技术、山东天力公司过热蒸汽回转干燥技术等均为自主研发的新型干燥工艺，这些技术的可行性均在工业化应用中得到成功验证。
此外，在低阶煤成型提质领域，干燥煤成型技术尤为重要。通过成型，可提高干燥煤能量密度；可解决褐煤的易自燃、不易储存及运输的问题并使干燥提质后的褐煤满足化工和电厂等不同领域需求。
干燥煤成型的型煤技术主要有粘结剂冷压成型和无粘结剂热压成型两大类。有粘结剂冷压成型技术中，型煤粘结剂是成型的关键之一，它占据了型煤加工成本的主要份额，且不同煤质其粘结剂种类、配比又不相同，致使其工艺***复杂；无粘结剂热压成型技术是将褐煤干燥、加热到一定温度且保温一定时间后直接在高压下压制成型的技术。由于粘结剂成型生产型煤所需的粘结剂用量大、工艺复杂，致使型煤生产成本较高，这种状况也制约了我国型煤工业的发展。为减少工业型煤生产中粘结剂的用量，降低工业型煤生产成本，适应粉煤高温无粘结剂成型工艺的需要，国内外先后研发了适用于中高压成型工艺的高压对辊工业型煤成型机。无粘结剂热压成型技术成本低，工艺简单，是目前褐煤洁净技术的重要发展方向之一。
其中，在澳大利亚BCB工艺中，2009年在印尼 BAYAN公司建立了100万吨/年褐煤干燥、成型项目。据了解，该项目采用美国K. R. Komarek公司的无粘结剂成型技术，在成型工段，共安装该公司提供的 17台成型设备，目前未见其成功运行的相关报道。根据其在BAYAN公司100万吨/年项目所使用的17台成型机来推算，公司用于褐煤无粘结剂成型的对辊成型机的单台产能约为10 t/h，与其宣传的50-80t/h的产能存在较大出入。
德国 ZEMAG 公司有着上百年的褐煤提质成型研究历史，其中以德国黑水泵厂使用的该公司干燥、成型技术为代表。但后来由于受相关政策的影响，该公司宣布破产倒闭。2006年国内某公司收购该公司及其所拥有的相关知识产权，并在国内进行褐煤干燥、成型技术的市场推广。近年来，该公司为国内某公司生产制造5台PWP1000×930型对辊成型机。该成型机在金新化工公司进行了多次试车试验和改造工作后，通过热压成型的型煤其冷压强度为1000-1500N/个。到目前为止，由于设备成球率较低，型煤强度差，实际产能与设计值差异较大等，以及***运行时粉尘较大、出现安全事故等原因，导致该成型设备未能正常运转。
中国神华HPU褐煤热压成型工艺，2007年，中信重工与神华国贸、中国矿业大学(北京) 开始就褐煤无粘结剂高压对辊成型技术进行合作，设计开发的4套HPU140-100高压对辊成型机。于2009年10月，在呼伦贝尔神华洁净煤公司 (以下简称神华洁净煤) 首次带负荷试车。通过对工艺及设备不断的完善，该 4套成型设备终于在 2012年8月顺利完成“168”的连续带负荷试运转，满足连续生产条件。该工艺***采用烟气将含水量在 35% 以上的褐煤进行脱水、干燥，并送入高压对辊成型机进行无粘结剂成型，通过提质、热压成型后的型煤，冷压强度>3000N/个，发热量达到21840J/kg (5200cal/kg) 以上，单球密度为1.25-1.4g/cm3。关键设备 HPU140-100高压对辊成型机生产能力为25-30t/h，是目前国内外用于褐煤无粘结剂成型的最大规格对辊成型机。
目前，国内外存在着多种低阶煤成型提质技术，各种技术各有优缺点。尤其是国内的现有工艺装置大都存在安全性差、脱水效率低、乏蒸汽回收率低、能源浪费严重、成本过高等问题。此外，在干燥成型工艺中，存在部分矛盾，如：携湿空气量、褐煤脱水率与乏蒸汽水回收率的矛盾；褐煤脱水率与无粘结剂成型技术的矛盾等，需通过***集成，合理优化解决。
发明内容
本发明的目的是提供采用余热烟气进行低阶煤煤粉成型的提质***及提质方法，要解决低阶煤提质安全性差、能效比低、干燥乏汽中水不能回收、单套装置产量小、能源浪费、成本过高、干燥后产品不便于运输等问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：本发明一方面提供一种布局科学合理的采用余热烟气进行低阶煤煤粉成型的提质***，所述提质***包括给煤机、烟气管式干燥机、滤筒除尘器、回收装置、脱硫装置、煤粉储罐、预压排气装置和干燥煤粉成型机；给煤机顶部设置有投加原煤的原煤斗，给煤机底部通过管路与烟气管式干燥机的入料口连通；烟气管式干燥机的上部设置有干燥乏汽排出口，烟气管式干燥机的下部设置有余热烟气进入口，烟气管式干燥机底部设置有用于排出干燥煤粉的出料斗，出料斗通过管路与预压排气装置顶部的入料口连通；
干燥乏汽排出口通过管路与滤筒除尘器的进气口连通，滤筒除尘器顶部的气体排出口通过管路将过滤后的气体送入回收装置的进口内，回收装置的出口通过管路将过滤后的气体送入脱硫装置的进口内，脱硫装置的出口通过管路与烟囱连通；
滤筒除尘器的底部通过管路将滤除的煤粉颗粒送入煤粉储罐顶部的入口，煤粉储罐底部的出口通过支管和设置在出料斗与预压排气装置顶部入料口之间的管路连通；预压排气装置底部的出料口通过管路与干燥煤粉成型机的入料口连通，干燥煤粉成型机底部设置有排出口。
进一步，回收装置的出口与脱硫装置的进口之间的管路上还设置有引风机。
进一步，烟气管式干燥机底部排出的干燥煤粉粒度为2 mm -3mm，温度为60℃，含水量7%。
进一步，预压排气装置和干燥煤粉成型机排出的干燥煤颗粒粒度为30 mm-35mm，含水量为 5-10%。
进一步，回收装置为间接管式换热器。
进一步，原煤（低阶煤）为褐煤或者长焰煤或者不粘煤或者弱粘煤。
进一步，原煤粒度为6mm-10mm，含水量为43%。
进一步，从干燥乏汽排出口排出的干燥乏汽温度为98℃-105℃；干燥乏汽的含水量为20-25%。
进一步，余热烟气的温度为400-420℃。
本发明另一方面提供采用余热烟气进行低阶煤煤粉成型的提质***的提质方法，具体步骤如下：
步骤一，原煤从堆煤场被破碎至6mm-10mm后由输煤皮带输送至原煤斗，由给煤机将原煤定量地输送至烟气管式干燥机；
步骤二，在烟气管式干燥机内，原煤与电站锅炉余热烟气进行逆流间接换热，原煤干燥过程产生的干燥乏汽，从烟气管式干燥机顶部的干燥乏汽排出口排出；干燥产生的干燥煤粉由烟气管式干燥机底部的出料斗排出；
步骤三，干燥乏汽排出口通过管路与滤筒除尘器的进气口连通，并在滤筒除尘器内进行干燥乏汽与煤粉颗粒的分离；分离后的洁净干燥乏汽由滤筒除尘器顶部排出，滤除的煤粉颗粒由滤筒除尘器底部排放至煤粉储罐；洁净的干燥乏汽由滤筒除尘器顶部的气体排出口通过管路送入回收装置的进口内；
步骤四，回收装置采用双级冷却水冷凝的方式将干燥乏汽中的水蒸气最终以液态水的形式回收；回收装置尾部排出的不凝气在引风机的作用下排放至大气；
步骤五，干燥产生的干燥煤粉由烟气管式干燥机底部的出料斗通过管路落入预压排气装置内，并在预压排气装置内进行与压缩，压缩过程产生的废气被排至大气；
步骤六，经过预压排气装置预压的干燥煤粉，进入干燥煤粉成型机，进行辊压成型，在干燥煤粉成型机底部设置有用于收集成型干燥煤颗粒成品的排出口。
进一步，废气包括空气和烟气（主要为空气，含有少量的烟气）。
本发明的有益效果体现在：
1，本发明提供的采用余热烟气进行低阶煤煤粉成型的提质***及提质方法，提质***布局科学合理，***运行安全性高，能效比高，单套装置产量大，建设和运行成本底。预压排气装置和干燥煤粉成型机排出的干燥煤颗粒粒度为30 mm-35mm，可以以液态方式回收干燥乏汽中的水，并根据需要得到不同干燥程度的低阶煤。
2，本发明提供的采用余热烟气进行低阶煤煤粉成型的提质***及提质方法，***乏蒸汽管道建立负压，除烟气管式干燥机为敞开式设备外，工艺所有设备、管道均密闭，有效防止空气进入***，氧含量低，避免出现干燥煤自燃的情况。
3，本发明提供的采用余热烟气进行低阶煤煤粉成型的提质***及提质方法，将两级水回收装置与原煤干燥、无粘结剂高压辊压成型的原煤成型提质工艺耦合，生产出的干燥煤颗粒便于在恶劣环境下长距离运输，为我国低阶煤的综合利用开辟了新平台，同时该***在对原煤干燥过程中还回收了原煤中的部分水分，节约了水资源是真正的绿色环保工艺。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的主要目的和其它优点可通过在说明书、权利要求书中所特别指出的方案来实现和获得。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1是本发明提供的采用余热烟气进行低阶煤煤粉成型的提质***示意图。
附图标记：1-原煤斗、2-给煤机、3-烟气管式干燥机、4-滤筒除尘器、5-回收装置、6-脱硫装置、7-煤粉储罐、8-预压排气装置、9-干燥煤粉成型机、10-支管、11-烟囱、12-引风机、13-余热烟气进入口。
具体实施方式
以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为对本发明技术方案的限制。
如图1所示，本发明一方面提供采用余热烟气进行低阶煤煤粉成型的提质***，所述提质***包括给煤机2、烟气管式干燥机3、滤筒除尘器4、回收装置5、脱硫装置6、煤粉储罐7、预压排气装置8和干燥煤粉成型机9；给煤机2顶部设置有投加原煤的原煤斗1，给煤机2底部通过管路与烟气管式干燥机3的入料口连通。其中，进入***的原煤粒度应该控制在6mm-10mm，含水量为43%，原煤可以为褐煤或者长焰煤或者不粘煤或者弱粘煤。
烟气管式干燥机3的上部设置有干燥乏汽排出口，烟气管式干燥机3下部设置有余热烟气进入口13，烟气管式干燥机3底部设置有用于排出干燥煤粉的出料斗，出料斗通过管路与预压排气装置8顶部的入料口连通。烟气管式干燥机3底部排出的干燥煤粉粒度为2mm-3mm，温度为60℃，含水量7%。
干燥乏汽排出口通过管路与滤筒除尘器4的进气口连通，干燥乏汽温度为98℃-105℃；干燥乏汽的含水量为20-25%。滤筒除尘器4顶部的气体排出口通过管路将过滤后的气体送入回收装置5的进口内，回收装置5的出口通过管路将过滤后的气体送入脱硫装置6的进口内，脱硫装置6的出口通过管路与烟囱11连通。回收装置5的出口与脱硫装置6的进口之间的管路上还设置有引风机12。
滤筒除尘器4的底部通过管路将滤除的煤粉颗粒送入煤粉储罐7顶部的入口，煤粉储罐7底部的出口通过支管10和设置在出料斗与预压排气装置8顶部入料口之间的管路连通；预压排气装置8底部的出料口通过管路与干燥煤粉成型机9的入料口连通，干燥煤粉成型机9底部设置有排出口，排出的干燥煤颗粒粒度为30 mm-35mm，含水量为 5-10%。
上述采用余热烟气进行低阶煤煤粉成型的提质***的提质方法，具体步骤如下：
步骤一，原煤从堆煤场被破碎至6mm-10mm后由输煤皮带输送至原煤斗1，由给煤机2将原煤由原煤斗1定量地输送至烟气管式干燥机3；
步骤二，原煤在烟气管式干燥机3内干燥时会发生自崩裂现象，原煤与电站锅炉余热烟气进行逆流间接换热（余热烟气与原煤进行逆流间接换热，可以通过调整余热烟气的初始温度和气量来调控成品的干燥程度），原煤干燥过程产生的干燥乏汽，从气管式干燥机顶部的干燥乏汽排出口排出，温度约为100℃，干燥乏汽含水量约为20-25%。干燥产生的干燥煤粉由烟气管式干燥机3底部的出料斗排出，粒度约为2-3mm，温度约为60℃，含水量7%。
步骤三，干燥乏汽排出口通过管路与滤筒除尘器4的进气口连通，并在滤筒除尘器4内进行干燥乏汽与细小煤粉颗粒的分离, 滤筒除尘器4能够祛除干燥乏汽中的绝大部分干燥煤粉颗粒；分离后的洁净干燥乏汽由滤筒除尘器4顶部排出，滤除的煤粉颗粒由滤筒除尘器4底部排放至煤粉储罐7；洁净的干燥乏汽由滤筒除尘器4顶部的气体排出口通过管路送入回收装置5的进口内；
步骤四，回收装置5为间接管式换热器。冷源一次侧给水管道连接自电厂凝结水泵出口，出口温度为65℃；冷源二次侧给水管道连接自电厂闭式冷却水泵出口，出口温度为30℃。回收装置5底部还设有供乏汽凝水流出的排水口。回收装置5使用耐腐蚀材料制作。
采用双级冷却水冷凝的方式将干燥乏汽中的水蒸气最终以液态水的形式回收；回收装置5尾部排出的不凝气在引风机12的作用下排放至大气，不凝气排气温度约为45℃，不凝气含水量约为9.5%；龙源水回收装置5能够回收干燥乏汽中约60%的水分。
步骤五，干燥产生的干燥煤粉由烟气管式干燥机3底部的出料斗通过管路落入预压排气装置8内，并在预压排气装置8内进行预压缩。压缩过程产生的废气被排至大气，废气由空气和烟气组成。
步骤六，经过预压排气装置8预压的干燥煤粉，进入干燥煤粉成型机9，进行辊压成型，在干燥煤粉成型机9底部设置有用于收集成型干燥煤颗粒成品的排出口。干燥煤粉经过预压排气装置8及干燥煤粉成型机9辊压成型后的干燥煤颗粒粒度约为30-35mm。
本发明提供的采用余热烟气进行低阶煤煤粉成型的提质***及提质方法，该***运行安全性高，能效比高；余热烟气与原煤进行逆流间接换热，干燥产生的干燥乏汽和干燥煤粉分别从烟气管式干燥机的顶部和底部排出。***能以液态方式回收大部分干燥乏汽中的水；单套装置产量大；建设与运行成本底、干燥成型后的产品结构特性非常稳定适于在恶劣环境下较长距离的运输。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.采用余热烟气进行低阶煤煤粉成型的提质***，其特征在于：所述提质***包括给煤机(2)、烟气管式干燥机(3)、滤筒除尘器(4)、回收装置(5)、脱硫装置(6)、煤粉储罐(7)、预压排气装置(8)和干燥煤粉成型机(9)；给煤机(2)顶部设置有投加原煤的原煤斗(1)，给煤机(2)底部通过管路与烟气管式干燥机(3)的入料口连通；烟气管式干燥机(3)的上部设置有干燥乏汽排出口，烟气管式干燥机(3)的下部设置有余热烟气进入口(13)，烟气管式干燥机(3)底部设置有用于排出干燥煤粉的出料斗，出料斗通过管路与预压排气装置(8)顶部的入料口连通；
干燥乏汽排出口通过管路与滤筒除尘器(4)的进气口连通，滤筒除尘器(4)顶部的气体排出口通过管路将过滤后的气体送入回收装置(5)的进口内，回收装置(5)的出口通过管路将过滤后的气体送入脱硫装置(6)的进口内，脱硫装置(6)的出口通过管路与烟囱(11)连通；
滤筒除尘器(4)的底部通过管路将滤除的煤粉颗粒送入煤粉储罐(7)顶部的入口，煤粉储罐(7)底部的出口通过支管(10)和设置在出料斗与预压排气装置(8)顶部入料口之间的管路连通；预压排气装置(8)底部的出料口通过管路与干燥煤粉成型机(9)的入料口连通，干燥煤粉成型机(9)底部设置有排出口。
2.如权利要求1所述的采用余热烟气进行低阶煤煤粉成型的提质***，其特征在于，回收装置(5)的出口与脱硫装置(6)的进口之间的管路上还设置有引风机(12)。
3.如权利要求1所述的采用余热烟气进行低阶煤煤粉成型的提质***，其特征在于，烟气管式干燥机(3)底部排出的干燥煤粉粒度为2 mm -3mm，温度为60℃，含水量7%。
4.如权利要求1所述的采用余热烟气进行低阶煤煤粉成型的提质***，其特征在于，预压排气装置(8)和干燥煤粉成型机(9)排出的干燥煤颗粒粒度为30 mm-35mm，含水量为 5-10%。
5.如权利要求1所述的采用余热烟气进行低阶煤煤粉成型的提质***，其特征在于，回收装置(5)为间接管式换热器。
6.如权利要求1所述的采用余热烟气进行低阶煤煤粉成型的提质***，其特征在于，原煤为褐煤或者长焰煤或者不粘煤或者弱粘煤。
7.如权利要求1所述的采用余热烟气进行低阶煤煤粉成型的提质***，其特征在于，原煤粒度为6mm-10mm，含水量为43%。
8.如权利要求1所述的采用余热烟气进行低阶煤煤粉成型的提质***，其特征在于，从干燥乏汽排出口排出的干燥乏汽温度为98℃-105℃；干燥乏汽的含水量为20-25%。
9.如权利要求1-8中任意一项所述的采用余热烟气进行低阶煤煤粉成型的提质***的提质方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一，原煤从堆煤场被破碎后由输煤皮带输送至原煤斗(1)，由给煤机(2)将原煤定量地输送至烟气管式干燥机(3)；
步骤二，在烟气管式干燥机(3)内，原煤与电站锅炉余热烟气进行间接逆流换热，原煤干燥过程产生的干燥乏汽，从烟气管式干燥机(3)顶部的干燥乏汽排出口排出；干燥产生的干燥煤粉由烟气管式干燥机(3)底部的出料斗排出；
步骤三，干燥乏汽排出口通过管路与滤筒除尘器(4)的进气口连通，并在滤筒除尘器(4)内进行干燥乏汽与煤粉颗粒的分离；分离后的洁净干燥乏汽由滤筒除尘器(4)顶部排出，滤除的煤粉颗粒由滤筒除尘器(4)底部排放至煤粉储罐(7)；洁净的干燥乏汽由滤筒除尘器(4)顶部的气体排出口通过管路送入回收装置(5)的进口内；
步骤四，回收装置(5)采用双级冷却水冷凝的方式将干燥乏汽中的水蒸气最终以液态水的形式回收；回收装置(5)尾部排出的不凝气在引风机(12)的作用下排放至大气；
步骤五，干燥产生的干燥煤粉由烟气管式干燥机(3)底部的出料斗通过管路落入预压排气装置(8)内，并在预压排气装置(8)内进行与压缩，压缩过程产生的废气被排至大气；
步骤六，经过预压排气装置(8)预压的干燥煤粉，进入干燥煤粉成型机(9)，进行辊压成型，在干燥煤粉成型机(9)底部设置有用于收集成型干燥煤颗粒成品的排出口。
10.如权利要求9中所述的采用余热烟气进行低阶煤煤粉成型的提质***的提质方法，其特征在于，步骤五中，废气包括空气和烟气。
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