CN101762145A

CN101762145A - 煤炭无氧干燥装置及干燥系统

Info

Publication number: CN101762145A
Application number: CN200910172381A
Authority: CN
Inventors: 黄龙; 李英群; 查理德·迪玻特; 克里斯托夫·摩豪斯
Original assignee: ZHENGZHOU LAMBTON CLEAN ENERGY ENGINEERING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: ZHENGZHOU LAMBTON CLEAN ENERGY ENGINEERING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2009-10-12
Filing date: 2009-10-12
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2029-10-12
Also published as: CN101762145B

Abstract

本发明涉及一种煤炭无氧干燥装置及干燥系统，煤炭无氧干燥装置包括立式的干燥筒以及进煤口、出煤口、进气管、出气管，在干燥筒两侧壁的外侧分别设有热气腔，并在两热气腔之间连通有一定数量的排管或排板，使干燥筒内的煤炭与热气腔及排管或排板内热气完全隔离，在干燥筒内部还设有蒸汽管引出干燥装置外侧；煤炭无氧干燥系统包括煤炭无氧干燥装置，还包括加热系统，在进气管口、出气管口分别安装有温度计T₁、T₂，在出料口处设有排料阀和温度计T₀，通过对温度控制，既适用于普通煤炭、煤泥干燥，也适用于褐煤干燥和提质，不仅能取出褐煤的表面水分，还可以脱除部分结合水，将褐煤从软煤转换为硬煤，由亲水性转换为疏水性，方便运输存放和使用，非常利于推广实施。

Description

煤炭无氧干燥装置及干燥系统

一、技术领域：

本发明涉及一种煤炭干燥和改性技术，特别是涉及一种煤炭无氧干燥装置及干燥系统。

二、背景技术：

据统计，全世界褐煤储量约26229亿吨，约占世界煤炭总储量的24.4％。中国已经发现的褐煤资源量为1291.32亿吨，约占中国煤炭保有资源量的12.7％。由于褐煤形成距地表很浅，适于露天开采，因此价格低廉。但是褐煤也存在以下突出的问题：

1、水分高，热值低，褐煤一般含水量介于30％到65％之间，一般热值在3000kcal/kg左右。

2、密度低，易风化，遇水自燃，销售半径不超过500公里。

为了解决上述问题，世界上许多公司开展了褐煤干燥，提质和改性研究，少数工艺已经开始工业化，大部分还在试验研究阶段。大部分的褐煤干燥工艺分为两类，以高温烟气或空气作为媒介的直接接触干燥和以过热蒸汽为干燥媒介的间接干燥。由于褐煤在干燥时，会有可燃气体析出，如果采用以高温烟气或空气作为媒介的直接接触干燥，则很容易发生干燥系统的着火或爆炸的可能。所以目前已经工业化的褐煤干燥主要是以过热蒸汽为干燥媒介的间接干燥。但是以过热蒸汽为干燥媒介的间接干燥褐煤干燥，由于其温度水平限制，只能脱除表面水，无法脱除结合水。如果褐煤只脱除表面水，没有脱除结合水，干燥后的褐煤在长途运输或长时间存放，会出现返潮现象，因此比较适合干燥后的褐煤立即使用，比如坑口电厂的褐煤干燥或煤矿附近的煤化工项目的原料干燥处理。只有脱除结合水，褐煤的性质才会改变，才能够像硬煤一样运输，存放和使用。

如何才能够脱除褐煤的结合水，从而实现褐煤改性，变褐煤为硬煤，是我们在洁净煤领域所面临的一个重大的课题。

根据研究发现，褐煤在常压下加热到100度以上时，大部分的自由水能够被蒸发。当褐煤水分低于15％时，若需要继续干燥和脱水，即脱除结合水时，由于褐煤与结合水有较强的结合力，则需要较高的温度和能量才能够进行。当褐煤在常压下继续加热到180度以上时，褐煤结合水(内在水)能够被脱除。当褐煤温度高于150度时，羟基官能团(主要是-COOH)发生分解，析出CO2气体，同时将褐煤的结合水(内在水)排除。进一步提高温度，将导致越来越多的羟基官能团分解，从而引起褐煤的表面性质改变。

在这种干燥温度条件下，由于大量的羟基官能团分解，导致褐煤内部的毛细孔倒坍和产生交联。毛细孔倒坍可以阻止水分进入毛细孔；而交联反应则能够对毛细孔进行密封，阻止倒坍的毛细孔在吸收水分时再膨胀。

另外，当褐煤温度被加热到200度以上时，其表面积会大大减少。表面积减少的主要原因是由于在高温干燥条件下引起褐煤内部的焦油的强烈迁移，即焦油由毛细孔内部向毛细孔外部迁移。迁移到毛细孔外部的焦油在冷却过程中，由于焦油冷凝从而对毛细孔进行密封，从而一起褐煤的表面积减少。

由于上述过程，即毛细孔倒塌，交联反应和焦油迁移对毛细孔形成密封，结果褐煤变得越来越疏水，同时也能够观察到褐煤的硬化，这也导致褐煤的刚性结构的形成。其结果就是褐煤能够从软煤转换为硬煤，由亲水性转换为疏水性，从而可以实现褐煤的长途运输。

煤调湿(Coal Moisture Control简称CMC)是“装炉煤水分控制工艺”的简称，是将炼焦煤料在装炉前去除一部分水分，保持装炉煤水分稳定在6％左右，然后装炉炼焦。CMC不同于煤预热和煤干燥，CMC有严格的水分控制措施，能确保入炉煤水分恒定。通过直接或间接加热来降低并稳定控制入炉煤的水分，不追求最大限度地去除人炉煤的水分，而只把水分稳定在相对低的水平，既可达到增加效益的目的，又不因水分过低而引起焦炉和回收系统操作的困难，使人炉煤密度增大、焦炭及化工产品增产、焦炉加热用煤气量减少、焦炭质量提高和焦炉操作稳定等效果。

近10年来煤调湿技术在日本得到长足发展，截止2000年10月，在日本现有的15家焦化厂的47组焦炉中，共有28组焦炉采用CMC技术。日本先后开发了三代煤调湿技术。

第一代是热媒油干燥方式。利用导热油回收焦炉烟道气的余热和焦炉上升管的显热，然后，在多管回转式干燥机中，导热油对煤料进行间接加热，从而使煤料干燥。1983年9月，第一套导热油煤调湿装置在日本大分厂建成投产。

第二代是蒸汽干燥方式。利用干熄焦蒸汽发电后的背压汽或工厂内的其它低压蒸汽作为热源，在多管回转式干燥机中，蒸汽对煤炭进行间接加热干燥。这种CMC最早于上世纪90年代初在日本君津厂和福山厂投产。目前，在日本运行的CMC绝大多数为此种型式。

第三代是最新一代的流化床装置，设有热风炉，采用焦炉烟道废气或焦炉煤气对其进行加热的干燥方式。

近几年，美国、德国等国家都开始进行装炉煤调湿装置的试验和生产实践，均取得很好的经济效

由于煤炭具有强烈磨损性，第一代和第二代干燥方式的干燥机存在干燥机内的换热器磨损严重问题，需经常更换换热器。由于流化床干燥存在动力消耗大的问题，第三代干燥方式干燥成本较高。

三、发明内容：

本发明的煤炭无氧干燥装置及干燥系统就是基于上述研究发现而提出的煤炭干燥技术，该技术不仅适用于普通煤炭(包括褐煤)脱除表面水，还可以脱除褐煤内部结合水，将褐煤从软煤转换为硬煤，由亲水性转换为疏水性，可以实现褐煤能够像烟煤一样运输存放和使用。具体是提供一种煤炭无氧干燥装置及干燥系统。

技术方案：

一种煤炭无氧干燥装置，包括立式的干燥筒，在干燥筒上、下端分别设有进煤口和出煤口，并且在干燥筒上部固定安装有进气管、下部固定安装有出气管；或者在干燥筒中部固定安装有进气管、上部固定安装有出气管；或者在干燥筒下部固定安装有进气管、上部固定安装有出气管；在所述立式干燥筒两侧壁的外侧(沿竖向方向)分别设有与干燥筒隔离且彼此独立的热气腔，并在两独立的热气腔之间连通有一定数量的排管或排板，所述出气管、进气管分别与不同的热气腔连通，被干燥的煤炭借助重力从上端进煤口进入干燥筒再从下端出煤口排出，自上而下缓慢移动。位于干燥筒内的煤炭与位于热气腔及排管或排板内的热气完全隔离，从而确保干燥装置内煤炭干燥处于无氧干燥状态，确保干燥运行安全。在干燥筒内部还设有蒸汽管，蒸汽管引出干燥装置外侧。对于蒸汽管排出的蒸汽、可燃其他(含有一氧化碳)根据情况既可以直接排放进入大气，也可以再做处理后排出或循环利用。

同一侧的热气腔内还横向设有隔板，使热气腔上、下彼此独立，从而形成多个彼此独立的热气腔。所述热气腔为全封闭式，不仅与干燥筒内部隔离，还与外界隔离，进气管的热烟气首先进入第一个封闭的热气腔，沿排管或排板流向另一热气腔，如此反复向上或向下折流，最终从出气管排出。

在出煤口上安装有排料阀；并在出煤口上安装有温度计T₀。

在不同热气腔之间连通的烟气排管或排板向上或向下折流，折流次数为1～20。

一种煤炭无氧干燥系统，包括所述煤炭无氧干燥装置，还包括加热系统，加热系统的加热烟气输出管与煤炭无氧干燥装置的进气管连通，在干燥装置的烟气进气管口、烟气出气管口分别安装有温度计T₁、T₂，在干燥装置底部出料口处设有排料阀和温度计T₀，在煤炭无氧干燥装置的干燥筒内部还设有蒸汽管，蒸汽管引出干燥装置外侧，该蒸汽管引出干燥装置外侧直接排放，或者经过可燃气体分离器使可燃气与蒸汽分离之后排放，分离后的可燃气体被引入加热系统燃烧。

所述可燃气体分离器为离心式分离器。

同时在煤炭无氧干燥装置的出气管上设有叉管，叉管与进气管之间通过引风机相连通构成烟气循环。从出气管排出的气体，可以全部排出，也可以仅一部分被排出，另一部分被再次引入进气管一起做循环利用。

所述加热系统包括燃烧炉，在燃烧炉与烟气输出管之间还安装有高温烟气沉降室，将高温烟气中的粉尘尽量消除以利于环保。

本发明的有益效果：

1、本发明的煤炭无氧干燥装置及干燥系统基于现有技术存在的问题而提出的煤炭干燥技术，不仅适用于普通煤炭和煤泥干燥，也适用于褐煤干燥和提质，褐煤干燥时不仅能脱除褐煤的表面水分，还可以通过控制输入、输出烟气温度，以及控制出料口最终煤炭温度，脱除部分结合水。

2、通过本发明的干燥装置，对褐煤脱除表面水和结合水，可以将其由软煤变为硬煤，由亲水性变为憎水性，从而可以长途运输。

3、通过密闭的迂回折管被干燥的煤炭与烟气不直接接触，彻底解决了煤炭在干燥过程中由于可燃气体析出而引起着火和爆炸的问题。

4、热循环利用和尾气的循环利用一方面降低干燥过程的能耗，同时也大大减少尾气的排放。

5、本发明的煤炭无氧干燥系统采取立式干燥装置，煤炭是借助重力由上而下缓慢移动，克服了煤调湿工艺中的第一代和第二代干燥方式的干燥机的换热器磨损严重问题。而立式干燥机内烟气的流动速度低，克服第三代干燥方式动力消耗大的问题，为新一代干燥方式，可以取代第一，第二和第三代干燥方式。

6、另外，本发明的煤炭无氧干燥装置还可以用于化工产品，工业和市政污泥干燥，金属和非金属矿物等物料的干燥。

四、附图说明：

图1是本发明的煤炭无氧干燥装置剖面结构示意图之一；

图1-1是图1的C部放大结构示意图；

图1-2是图1-1的A-A剖面结构示意图；

图1-3是图1的某段立体结构示意图；

图2是本发明的煤炭无氧干燥装置剖面结构示意图之二；

图2-1是图2的B-B剖面结构示意图；

图2-2是图2的D-D剖面结构示意图；

图2-3是单个排板结构示意图；

图2-4是图2的某段立体结构示意图；

图3是本发明的煤炭无氧干燥装置剖面结构示意图之三；

图3-1是图3的左视图；

图4是本发明的煤炭无氧干燥装置剖面结构示意图之四；

图5是本发明的煤炭无氧干燥装置剖面结构示意图之四；

图6是本发明的煤炭无氧干燥系统结构示意图之一；

图7是本发明的煤炭无氧干燥系统结构示意图之二；

图8是本发明的煤炭无氧干燥系统结构示意图之三。

图中标号1为热气腔体外侧壁，2为支架，3为干燥装置进气管，4为干燥装置出气管，5为进料口，6为排管，7为干燥筒侧壁，8为热气腔体，9为蒸汽管，10为出料口，11为排料阀，12为横隔板，13为可燃气体分离器，14为蒸汽引风机，15为可燃气体回管，16为进气管，17为出气管，18为出气管叉管，19为出气管上安装的抽风机，20为出气管上排气叉管，21为燃烧炉，22为燃烧风机，23为高温沉降室，24为排板，25为烟气上回管，T₀为出料口温度计，T₂为出气管管口温度计，T₁为进气管管口温度计。

五、具体实施方式：

实施例一：参见图1、图1-1、图1-2、图1-3，一种煤炭无氧干燥装置，包括立式的干燥筒7，在干燥筒7上、下端分别设有进煤口5和出煤口10，并且在干燥筒7上部固定安装有出气管17、下部或中部固定安装有进气管16。

在所述立式干燥筒7(左右)相对的两侧壁的外侧(沿竖向方向)分别设有与干燥筒7隔离且彼此独立的热气腔8，并在两独立的热气腔8之间连通有一定数量的排管6。

上下相邻的两个热气腔8内还还横向设有一定数量的横隔板12，使热气腔从上向下被分割为多个彼此独立的热气腔。所述热气腔8为全封闭式，不仅与干燥筒7内部隔离，还与外界隔离，进气管16的热烟气首先进入第一个封闭的热气腔，沿排管或排板流向另一热气腔，如此反复向上或向下折流，最终从出气管17排出。在不同热气腔之间连通的烟气排管的折流次数为1～20。

被干燥的煤炭借助重力从上端进煤口5进入干燥筒再从下端出煤口10排出，自上而下缓慢移动。位于干燥筒7内的煤炭与位于热气腔8及排管6内的热气完全隔离，从而确保干燥装置内煤炭干燥处于无氧干燥状态，确保干燥工作安全。在干燥筒7内部还设有蒸汽管9，蒸汽管引出干燥装置外侧。对于蒸汽管排出的蒸汽、可燃气体(一氧化碳等成分)根据情况既可以直接排放进入大气，也可以先分离出可燃气体后再排出。

在出煤口10上安装有排料阀11；在出煤口上安装有温度计T₀。

本实施例不仅适用于对普通煤或褐煤的表面水干燥，还适用于对脱除褐煤内部结晶水，安全可靠。

实施例二：参见图2、图2-1、图2-2、图2-3、图2-4，编号与实施例一相同，意义相同，相同之处不重述，不同的是：将所述排管改为如图2-3所述的排板24。

实施例三：参见图3、图3-1，编号与实施例一相同，意义相同，相同之处不重述，不同的是：进气管16位于干燥筒7中部，热气流动顺序自干燥筒中部的热气腔向下折流排放，然后再通过干燥筒底部的热气腔向上引出烟气回管25连通于进气管16上方的热气腔内，再依次向上折流，最终流向出气管17。本实施例适合对普通煤或者褐煤的表面水干燥，当然也适合化工，金属和非金属矿物等进行干燥。

实施例四：参见图4，编号与实施例一相同，意义相同，相同之处不重述，不同的是：进气管16位于干燥筒7上部，热气流动顺序自干燥筒上部的热气腔向下依次折流排放，最终流向干燥筒下部的出气管17。本实施例适合对普通煤或者褐煤的表面水干燥，当然也适合化工，金属和非金属矿物等进行干燥。

实施例五：参见图5，编号与实施例一相同，意义相同，相同之处不重述，不同的是：在左、右各独立的热气腔之间既连通有排管，又连接有排板，其布局结构还何以混合布置，在图5中显示在干燥装置上部大约1/3段采用排板连通左右各独立热气腔，下部约2/3段采用排管连通左右各独立热气腔。

实施例六：参见图6，一种煤炭无氧干燥系统，包括实施例一所述煤炭无氧干燥装置，还包括加热系统，加热系统的加热烟气输出管与煤炭无氧干燥装置的进气管16连通，在干燥装置的烟气进气管口、烟气出气管口分别安装有温度计T₁、T₂，在干燥装置底部出料口处设有排料阀和温度计T₀，在煤炭无氧干燥装置的干燥筒内部还设有蒸汽管9，蒸汽管引出干燥装置外侧，该蒸汽管引出干燥装置外侧直接排放。

同时在煤炭无氧干燥装置的出气管17上设有叉管(回流管)18，叉管18与进气管16之间通过引风机19相连通构成烟气循环。

所述加热系统包括燃烧炉，在燃烧炉与烟气输出管之间还安装有高温烟气沉降室，将高温烟气中的粉尘尽量消除以利于热循环。

实施例七：参见图7，编号与实施例五相同，意义相同，相同之处不重述，不同的是：各个蒸汽管9汇总后连通于可燃气体分离器13使可燃气与蒸汽分离之后，蒸汽通过进风机14被排出，剩余可燃气体通过回管15被引入加热系统燃烧。所述可燃气体分离器13为离心式分离器。

实施例八：参见图8，编号与实施例五相同，意义相同，相同之处不重述，不同的是：从出气管排出的气体，全部排出或者做利于环保的尾气处理。在烟气出气管排出的烟气并未与烟气进气管构成循环，这种方式可以尽量提高烟气进气管的输入温度。

Claims

1.一种煤炭无氧干燥装置，包括立式的干燥筒，在干燥筒上、下端分别设有进煤口和出煤口，并且在干燥筒上部固定安装有进气管、下部固定安装有出气管；或者在干燥筒中部固定安装有进气管、上部固定安装有出气管；或者在干燥筒下部固定安装有进气管、上部固定安装有出气管；其特征是：在所述立式干燥筒两侧壁的外侧分别设有与干燥筒隔离且彼此独立的热气腔，并在两独立的热气腔之间连通有一定数量的排管或排板，使干燥筒内的煤炭与热气腔及排管或排板内热气完全隔离；所述出气管、进气管分别与不同的热气腔连通，在干燥筒内部还设有蒸汽管，蒸汽管引出干燥装置外侧。

2.根据权利要求1所述的煤炭无氧干燥装置，其特征是：同一侧的不同的热气腔设有隔板，使热气腔上、下彼此独立。

3.根据权利要求1所述的煤炭无氧干燥装置，其特征是：在出煤口上安装有排料阀。

4.根据权利要求1所述的煤炭无氧干燥装置，其特征是：在出煤口上安装有温度计。

5.根据权利要求1所述的煤炭无氧干燥装置，其特征是：在不同热气腔之间连通的烟气排管或排板向上或向下折流，折流次数为1～20。

6.一种煤炭无氧干燥系统，包括权利要求1所述煤炭无氧干燥装置，还包括加热系统，其特征是：加热系统的热烟气输出管与煤炭无氧干燥装置的进气管连通，在干燥器的烟气进气管口、烟气出气管口分别安装有温度计T₁、T₂，在干燥器底部出料口处设有排料阀和温度计T₀，在煤炭无氧干燥装置的干燥筒内部还设有蒸汽管，蒸汽管引出干燥装置外侧，该蒸汽管引出干燥器外侧直接排放，或者被再引入加热系统进行尾气燃烧。

7.根据权利要求6所述的煤炭无氧干燥系统，其特征是：同时在煤炭无氧干燥装置的出气管上设有叉管，叉管与进气管之间通过引风机相连通构成烟气循环。

8.根据权利要求6所述的煤炭无氧干燥系统，其特征是：蒸汽管连通于可燃气体分离器使可燃气与蒸汽分离之后排放，分离后的可燃气体被引入加热系统燃烧。

9.根据权利要求8所述的煤炭无氧干燥系统，其特征是：所述可燃气体分离器为离心式分离器。

10.根据权利要求6所述的煤炭无氧干燥系统，其特征是：所述加热系统包括燃烧炉，在燃烧炉与烟气输出管之间还安装有高温烟气沉降室。