CN101870897A - 一种褐煤的过热蒸汽强化循环分级粉碎提质工艺及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种褐煤的过热蒸汽强化循环分级粉碎提质工艺及其系统，其方法为：1)对原料褐煤进行破碎；2)一部分煤块/粉燃烧用以产生作为热源的高温烟气；另一部分需提质的煤块/粉进行风选及干燥；3)风选时采用来自步骤2)的高温烟气，烟气中氧含量应小于8%；风选后符合规定粒径的合格煤块/粉进行干燥、分离、除尘，收集后送入成型工序；不合格的则落入粉碎通风装置进行粉碎、干燥，然后经风选继续完成深度干燥，如此循环往复；4)风选干燥后的废气一路送入洗涤工序；另一路作为回流尾气部分返回步骤2)用以制备高温烟气以及风选。该技术具有安全、节能、环保、高效、稳定等优点。

Description

一种褐煤的过热蒸汽强化循环分级粉碎提质工艺及其系统

技术领域

本发明涉及一种褐煤的过热蒸汽强化循环分级粉碎提质工艺及其系统。

背景技术

褐煤因其热值低、含水量高、易风化破碎、易自燃等特点，给其燃烧、运输、储存等方面带来了很多困难。如何实现褐煤的高效利用成为亟待解决的问题。为此，国内、外均进行了大量的研究工作。将褐煤干燥后，制成具有一定粒度和压实度的型煤，将使其各方面性能均优于褐煤原煤，并可有效解决褐煤在运输、储存过程中易风化破碎、易自燃等问题。因而，褐煤的干燥成型技术成为近年来褐煤处理及应用方面的主要研究方向之一。鉴于褐煤易燃、易爆、受热易挥发的特点，其干燥的研究重点集中于快速干燥技术。专利200610150126.2提出了一种利用烟气炉产生的高温烟气携带的热量在气流干燥管中快速脱除煤粉中的水分，并在后续的除尘设备中实现煤粉与烟气分离的技术。该方法工艺简单，干燥速度快、强度大，热效率高，较适用于褐煤煤粉的干燥。然而，该工艺系统亦存在运行欠稳定、可调节性差、能耗相对较高等不足，且存在较大的安全隐患。具体表现为：

（1）关键部位流程、设备单一，影响系统安全与稳定运行。例如：烟气炉无旁路烟道，系统启、停机时烟气炉产生的高温烟气必须全部经过干燥管、布袋除尘器等设备，在此阶段，由于烟气温度难于控制，易造成超温等很大的安全隐患。并且，由于没有旁路烟道，只能采用向系统内喷淋消防水等防燃、防爆措施保证系统安全性，故极易造成设备内表面湿粘，粘附物料，导致干燥管下料口堵塞，造成系统运行不稳定。

（2）整个工艺系统可调节性差。例如：在干燥工段，进入干燥管的褐煤中的大颗粒煤沉积在干燥管底部，经卸料阀、斗提机提升至烟气炉炉前煤仓作为烟气炉的燃烧用煤。当系统负荷变化时，烟气炉所需的燃烧用煤量与大颗粒煤量很难匹配，如大颗粒煤在炉前煤仓内大量存积又会带来煤粉自燃等安全隐患。所以，工艺中存在的局部相互制约的设计结果导致系统调控困难。

（3）能量分配不合理，且利用率低。例如：因进气流干燥管内的煤粉粒度要求小于3mm，故褐煤在经粗破后仍需全部经过二级细破，才能满足粒度要求，造成了破碎工段的极大能量浪费。在干燥工段，对褐煤的干燥脱水过程全部在干燥管内完成，造成干燥管干燥负荷大，干燥效率降低。并且，作为燃烧用的大颗粒煤同样在干燥管内进行了干燥，消耗了大量热量，造成系统能耗较高。

（4）系统中氧气含量调节弹性小，安全无法保证。已知回流烟气中氧气含量相对较低，与高温烟气混合可稀释后者的氧气含量，进而可增加系统的安全性，而要求的回流烟气量与其温度成正比：即在保证一定混合温度的前提下，若回流烟气的温度低，其所需的回流烟气量较小；反之，若回流烟气的温度高，则所需的回流烟气量较大。现有工艺将回流烟气直接与高温烟气混合，因回流烟气温度低，达到所需混合温度所需的回流烟气量相对较小，对高温烟气的氧含量稀释作用有限，氧含量的控制困难，易造成混合烟气氧含量超标，使系统安全性能降低。

发明内容

本发明针对高挥发份、高含水量、易自燃褐煤的干燥问题，及现有干燥工艺存在的不足，提供一种褐煤的过热蒸汽强化循环分级粉碎提质工艺及其系统。该技术基于过热蒸汽的干燥理论，实现了破碎、风选、粉碎、干燥等技术的优化组合，解决了目前褐煤干燥技术中存在的能耗高、系统调控困难，运行不稳定、安全性能低等问题。本发明提供的过热蒸汽强化循环分级粉碎提质工艺系统具有安全、节能、环保、高效、稳定等优点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种褐煤的过热蒸汽分级粉碎强化循环提质工艺，它的步骤为：

1）对原料褐煤进行破碎；

2）一部分煤块/粉燃烧用以产生作为热源的高温烟气；另一部分需提质的煤块/粉进行风选及干燥；

3）风选时采用来自步骤2）的高温烟气，烟气中氧含量应小于8%；风选后符合规定粒径的合格煤块/粉进行干燥、分离、除尘，收集后送入成型工序；不合格的则落入粉碎通风装置进行粉碎、干燥，然后再经风选继续完成深度干燥，如此循环往复；

4）风选后的废气一路送入洗涤工序；另一路作为回流尾气部分返回步骤2）用以制备高温烟气以及风选。

所述步骤2）中，煤块/粉的燃烧采用烟气发生炉，烟气发生炉产生的高温烟气进行高温下分离，分离后的高温烟气一路经换热过程加热来自步骤4）的回流尾气和烟气发生炉的一次风后送入洗涤工序，加热后的一次风送入烟气发生炉；所述步骤4）的回流尾气分为至少两路，一路作为一次混风，直接送回烟气发生炉；另一路作为二次混风，经换热过程加热后，与高温烟气混合，送入步骤3）风选、干燥；

所述回流尾气还有第三路作为粉碎通风装置启机时的保护气体。

所述步骤3)中，用于风选的高温烟气分为两部分，一部分直接对煤块/粉进行风选干燥；另一部分则作为粉碎通风装置的干燥热源。

所述除尘时采用惰性气体反吹。

一种褐煤的过热蒸汽分级粉碎强化循环提质工艺用系统，它包括供料系统，供料系统分别与高温烟气发生装置和风选干燥装置连接；其中，高温烟气发生装置出气端与风选装置连接，风选干燥装置的出风端与分离除尘装置连接，分离除尘装置的废气出口与排空装置和循环系统连接；循环系统则分别与高温烟气发生装置和风选干燥装置连接；风选干燥装置还与至少一个粉碎通风装置连接。

所述循环系统由三路组成，第一路经一次混温风机直接送入高温烟气发生装置；第二路经二次混温风机、换热器I后与高温烟气发生装置连接；第三路则作为保护气体送入粉碎通风装置。

所述高温烟气发生装置为烟气发生炉，它与高温分离器、尾部烟道依次连接，尾部烟道分别与风选装置和循环系统连接；所述烟气发生炉通过高温分离器，与换热器II连接；一次混温风机通过换热器II与烟气发生炉连接，换热器II还通过引风机I与排空装置连接；所述排空装置为洗涤装置。

所述分离除尘装置包括依次连接的旋风分离器和布袋除尘器，旋风分离器进料端与风选分离装置连接，出风端与布袋除尘器连接，旋风分离器和布袋除尘器的出料端接成型工序；布袋除尘器进风端同时接惰性气源，出风端经引风机II接排空装置和循环系统。

所述供料系统包括破碎机，它与皮带输送机I和皮带输送机II连接，皮带输送机I经炉前煤仓与烟气发生装置进料端连接；皮带输送机II经干燥煤仓、称重皮带与风选装置进料端连接。

本发明的工作原理为：

1.褐煤流程：原料褐煤经破碎机破碎至小于等于15mm的煤块/粉，其中需提质处理的煤块/粉经皮带输送机或起同等作用的输送设备送至干燥煤仓作为待提质的原料煤，其余的煤块/粉经输送皮带或起同等作用的输送设备送至炉前煤仓作为烟气发生炉的燃烧用煤。待提质的原料煤经称重皮带计量后，进入到干燥输送管，并与来自输送管底部的热烟气充分接触，实现原料煤的风选过程。满足要求粒径的原料煤被热烟气夹带至上升的干燥输送管及后续的分离除尘设备中，并在输送过程中实现最终的脱水干燥;不符合粒度要求的较大煤块/粉则经分选后沉降进入设置于输送管下方的粉碎通风装置中，被进一步粉碎，并在粉碎过程中与通入粉碎通风装置的热烟气进行充分接触，同时实现强化换热的功能。为保证系统运行的稳定性，并联设置了两台或更多的粉碎通风装置，保证运行过程中有备台。经粉碎、干燥后产生的煤粉重新被输送至输送管中再次进行风选，符合粒度及水分要求的煤粉将随烟气进入干燥输送管中，完成最终的深度干燥，并经旋风分离器、布袋除尘器进行分离。不符合粒度及水分要求的煤块/粉将再次沉降进入粉碎通风装置中，再次进行粉碎和干燥，直至达到所要求的粒度及水分后，随热烟气进入后续的干燥输送管。经旋风分离器、布袋除尘器后的煤粉进入后续成型工段。

2.烟气炉高温烟气流程：系统采用由烟气发生炉产生的高温烟气作为干燥热源。来自于烟气发生炉炉膛的高温烟气经高温分离器除尘后分为两路。一路在尾部烟道中与加热升温后的回流尾气混合，降温至符合要求的温度后作为干燥热源使用，为保证系统的安全性，混温后的烟气氧含量应小于8%。另一路经换热器分别对回流尾气、烟气发生炉一次风进行加热，完成热量交换后在引风机作用至洗涤工段。

3.循环烟气流程：在尾部烟道混合至符合要求温度的热烟气，分别进入干燥输送管及粉碎通风装置中，完成干燥及输送过程的烟气夹带着粉尘依次进入旋风分离器和布袋除尘器中，经分离净化后的烟气经主引风机后分为三路，一路作为一次混风，在一次混温风机作用下，分别进入烟气发生炉的炉底、炉膛作为烟气发生炉燃烧所需的二次助燃风和炉膛降温风；第二路作为二次混风，在二次混温风机作用下，经换热器被烟气炉高温烟气加热升温后，作为“烟气炉高温烟气流程”中所述的“回流尾气”在尾部烟道中与烟气炉的高温烟气混合至符合要求的温度后，循环进入干燥输送管和粉碎通风装置中再次使用。第三路作为外排风，携带干燥过程脱除的多余的水分，与上述完成对回流尾气、一次风加热后的热风炉高温烟气一同混合后进入后续的洗涤回收工段。

发明的有益效果：

1、采用破碎、风选、粉碎等技术的组合工艺，优化了整套工艺流程的能量分配，实现了能量利用率的最大化，并节约了设备成本：

（1）对进入干燥工段的原煤粒度范围要求小于15mm，故仅需一级破碎设备即可达到破碎要求，大大节约了破碎设备的成本；

（2）采用风选技术。利用热烟气对进入干燥管的煤块/粉进行分级处理，仅有较小粒度且含水量较低的煤粉方可进入干燥输送管内完成最终深度干燥，从而减轻了干燥输送管的干燥负荷，更易保证煤粉的干燥效果；同时，较大颗粒的煤在进入粉碎通风装置的下落过程中，与热风进行了一定的接触，在一定程度上进行了预干燥，减轻了粉碎通风装置的干燥负荷，优化了能量利用。

（3）粉碎通风装置与干燥管的巧妙结合，解决了大颗粒煤囤积在干燥管下部，易于解决堵塞出料的难题。

（4）作为烟气炉燃料的煤块/粉是通过将破碎后的原煤直接经皮带送入炉前煤仓中，独立控制，易于根据系统的热量要求调节烟气炉的负荷，增强了可调性。

（5）在粉碎通风装置内可同时实现对大颗粒煤的干燥、粉碎、输送等过程，很大程度上分担了后续干燥过程的干燥负荷，并可有效保证后续成型工段对煤粉粒度的要求。

2、通过换热器充分对烟气炉的高温烟气热量进行有效利用，同时提高二次混风的温度，进而可大大提高烟气回流的比例。因回流烟气中过热水蒸气含量远远高于出炉膛烟气，回流比的增加必然会稀释出炉膛烟气中的氧含量，更易将进入干燥工段的热烟气含氧量控制在8%以下，这就大大提高了整套工艺流程的安全性。从系统启动到运行稳定这一阶段，系统中的过热蒸汽量逐渐增加直至某一平衡点，从而达到过热蒸汽代替部分烟气作为加热介质的目的，实现了强化循环干燥的效果。

3、利用一部分烟气炉高温烟气对进入烟气炉的一次风进行预热，解决了一次风机在气温低的环境中易结霜的难题，同时较好地实现了能量的梯级利用。

4、如发明效果2、3中所述，出自烟气炉的高温烟气设置了一条支路，利用部分高温烟气对回流烟气、烟气炉一次风的预热。同时，该支路也可作为高温烟气炉的启、停机以及系统的应急旁路，大大提高了系统的整体安全性。同时，通过此种方式还可方便地对进入干燥工段的混合烟气流量进行调节，有效地控制混合烟气的温度和氧含量，尽可能地避免通过向系统中频繁喷淋消防水来降低烟气氧含量和温度，从而也避免了因此造成的设备下料口堵塞导致系统运行不稳定的隐患。

附图说明

图1是本发明一个优选实施方案的工艺流程和装置。

其中，1、破碎机，2、皮带输送机I，3、皮带输送机II，4、炉前煤仓，5、烟气发生炉，6、高温分离器，7、尾部烟道，8、换热器I，9、换热器II，10、二次混温风机，11、烟气炉一次风机，12、一次混温风机，13、干燥煤仓，14、干燥输送管，15、称重皮带，16、磨煤机，17、旋转卸料阀，18、引风机I，21、引风机II，19、旋风分离器，20、布袋除尘器。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

图1中，本发明的工艺过程为：

   褐煤流程：原料褐煤经破碎机1破碎至小于等于15mm的煤块/粉，其中需提质处理的煤块/粉经皮带输送机II2或起同等作用的输送设备送至干燥煤仓13作为待提质的原料煤，其余的煤块/粉经皮带输送机II3或起同等作用的输送设备送至炉前煤仓4作为烟气发生炉5的燃烧用煤。待提质的原料煤从干燥煤仓13出来后经称重皮带15计量后，进入到干燥输送管14，并与来自输送管底部的热烟气充分接触，实现原料煤的风选过程。满足要求粒径的原料煤被热烟气夹带至上升的干燥输送管14及后续的分离、除尘设备中，并在输送运行过程中实现最终的脱水干燥；不符合粒度要求的较大煤块/粉则经分选后沉降进入设置于干燥输送管14下方的至少一个磨煤机16中，被进一步粉碎，并在粉碎过程中与通入磨煤机16的热烟气进行充分接触，同时实现强化换热的功能。为保证系统运行的稳定性，可并联设置两台或更多的磨煤机，保证运行过程中有备台。经粉碎、干燥后产生的煤粉重新被输送至干燥输送管14中再次进行风选，符合粒度及水分要求的煤粉将随烟气进入干燥输送管中，完成最终的深度干燥，并经旋风分离器19、布袋除尘器20进行分离。不符合粒度及水分要求的煤块/粉将再次沉降进入磨煤机16中，再次进行粉碎和干燥，直至达到所要求的粒度及水分后，随热烟气进入后续的干燥输送管14。经旋风分离器19、布袋除尘器20分离后的煤粉进入后续成型工段。

烟气炉高温烟气流程：系统采用由烟气发生炉5产生的高温烟气作为干燥热源。来自于烟气发生炉炉膛的高温烟气经高温分离器6除尘后分为两路。一路在尾部烟道7中与加热升温后的二次混温回流烟气混合，降温至符合要求的温度后作为干燥热源使用，为保证系统的安全性，混温后的烟气氧含量应小于8%。另一路经换热器I8和换热器II9，分别对二次混温回流烟气和烟气发生炉一次风PA进行加热，完成热量交换后在引风机I18作用下至洗涤工序。

循环烟气流程：在尾部烟道7混合至符合要求温度的热烟气，分别进入干燥输送管14及磨煤机16中，完成干燥及输送过程的烟气夹带着粉尘依次进入旋风分离器19和布袋除尘器20中，经分离净化后的烟气经引风机II21后分为三路，一路作为一次混风在一次混温风机12作用下，分别进入烟气发生炉的炉底、炉膛作为烟气发生炉燃烧所需的二次助燃风和炉膛降温风；第二路作为二次混风，在二次混温风机10作用下，经换热器I8被烟气炉高温烟气加热升温后，作为“烟气炉高温烟气流程”中所述的“回流尾气”在尾部烟道7中与烟气炉的高温烟气混合至符合要求的温度后，循环进入干燥输送管14和磨煤机16中再次使用。第三路作为外排风，携带干燥过程脱除的多余的水分，与上述完成对回流尾气、一次风加热后的热风炉烟气一同混合后进入后续的洗涤回收工序。

图1中，本发明的系统构成为：

它包括一个破碎机1，原料煤PS（褐煤）进行粉碎，然后一部分通过皮带输送机I2，送入炉前煤仓4，然后由炉前煤仓4送入烟气发生炉5燃烧，用以产生高温烟气；另一部分待提质原料煤则经皮带输送机II3送入干燥煤仓13，再经称重皮带15送入干燥输送管14进行风选。

烟气发生炉5产生的高温烟气经高温分离器6分离后，一路送入尾部烟道7，另一路经换热器I8和换热器II9换热后在引风机I18作用下送入洗涤工序B。

尾部烟道7与干燥输送管14连接，高温烟气送入干燥输送管14，对煤块/粉进行风选，符合粒度和干燥要求的煤粉被气流夹带进入旋风分离器19、布袋除尘器20，并在输送过程中进一步完成深度干燥，布袋除尘器20通入惰性气体（例如氮气），旋风分离器19和布袋除尘器20收集的物料送入成型工序A。不符合规定粒径的原料煤则经过干燥输送管14下部的旋转卸料阀17送入磨煤机16进行进一步的破碎，破碎后的原料再次进入干燥输送管14进行风选，如此往复循环。

从布袋除尘器20排出的废气经过引风机II21后，分为多路：一路送入洗涤工序；另一路作为混温回流烟气FLG，分为三路：第一路在一次混温风机12作用下，作为一次混风直接送入烟气发生炉5；另一路在二次混温风机10作用下送入换热器I8，经加热后送入尾部烟道7，与高温烟气混合。第三路则作为磨煤机16启机时的保护气体。换热器II9与烟气炉一次风机11连接，将一次风PA加热后送入烟气发生炉5。

Claims (10)

1.一种褐煤的过热蒸汽分级粉碎强化循环提质工艺，其特征是，它的步骤为：

1）对原料褐煤进行破碎；

2）一部分煤块/粉燃烧用以产生作为热源的高温烟气；另一部分需提质的煤块/粉进行风选及干燥；

3）风选时采用来自步骤2）的高温烟气，烟气中氧含量应小于8%；风选后符合规定粒径的合格煤块/粉进行干燥、分离、除尘，收集后送入成型工序；不合格的则落入粉碎通风装置进行粉碎、干燥，然后再经风选继续完成深度干燥，如此循环往复；

4）风选后的废气一路送入洗涤工序；另一路作为回流尾气部分返回步骤2）用以制备高温烟气以及风选。

2.如权利要求1所述的褐煤的过热蒸汽分级粉碎强化循环提质工艺，其特征是，所述步骤2）中，煤块/粉的燃烧采用烟气发生炉，烟气发生炉产生的高温烟气进行高温下分离，分离后的高温烟气一路经换热过程加热来自步骤4）的回流尾气和烟气发生炉的一次风后送入洗涤工序，加热后的一次风送入烟气发生炉；所述步骤4）的回流尾气分为至少两路，一路作为一次混风，直接送回烟气发生炉；另一路作为二次混风，经换热过程加热后，与高温烟气混合，送入步骤3）风选、干燥。

3.如权利要求2所述的褐煤的过热蒸汽分级粉碎强化循环提质工艺，其特征是，所述回流尾气还有第三路作为粉碎通风装置启机时的保护气体。

4.如权利要求1所述的褐煤的过热蒸汽分级粉碎强化循环提质工艺，其特征是，所述步骤3)中，用于风选的高温烟气分为两部分，一部分直接对煤块/粉进行风选干燥；另一部分则作为粉碎通风装置的干燥热源。

5.如权利要求1所述的褐煤的过热蒸汽分级粉碎强化循环提质工艺，其特征是，所述除尘时采用惰性气体反吹。

6.一种权利要求1所述褐煤的过热蒸汽分级粉碎强化循环提质工艺用系统，其特征是，它包括供料系统，供料系统分别与高温烟气发生装置和风选干燥装置连接；其中，高温烟气发生装置出气端与风选装置连接，风选干燥装置的出风端与分离除尘装置连接，分离除尘装置的废气出口与排空装置和循环系统连接；循环系统则分别与高温烟气发生装置和风选干燥装置连接；风选干燥装置还与至少一个粉碎通风装置连接。

7.如权利要求6所述的褐煤的过热蒸汽分级粉碎强化循环提质工艺用系统，其特征是，所述循环系统由三路组成，第一路经一次混温风机直接送入高温烟气发生装置；第二路经二次混温风机、换热器I后与高温烟气发生装置连接；第三路则作为保护气体送入粉碎通风装置。

8.如权利要求6所述的褐煤的过热蒸汽分级粉碎强化循环提质工艺用系统，其特征是，所述高温烟气发生装置为烟气发生炉，它与高温分离器、尾部烟道依次连接，尾部烟道分别与风选装置和循环系统连接；所述烟气发生炉通过高温分离器，与换热器II连接；一次混温风机通过换热器II与烟气发生炉连接，换热器II还通过引风机I与排空装置连接；所述排空装置为洗涤装置。

9.如权利要求6所述的褐煤的过热蒸汽分级粉碎强化循环提质工艺用系统，其特征是，所述分离除尘装置包括依次连接的旋风分离器和布袋除尘器，旋风分离器进料端与风选分离装置连接，出风端与布袋除尘器连接，旋风分离器和布袋除尘器的出料端接成型工序；布袋除尘器进风端同时接惰性气源，出风端经引风机II接排空装置和循环系统。

10.如权利要求6所述的褐煤的过热蒸汽分级粉碎强化循环提质工艺用系统，其特征是，所述供料系统包括破碎机，它与皮带输送机I和皮带输送机II连接，皮带输送机I经炉前煤仓与烟气发生装置进料端连接；皮带输送机II经干燥煤仓、称重皮带与风选装置进料端连接。

Images