CN102492518A - 高灰分低阶煤提质工艺及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高灰分低阶煤提质工艺及装置，解决了现有低阶煤提质工艺仅能脱去水分而不能除去灰分的问题。技术方案包括低阶煤经一级干燥后除去煤中外水，二级干燥后除去煤中内水，再经干法冷却，冷却后的煤风选除灰得到优质煤。本发明装置由干燥系统、冷却系统和风选除尘系统构成。本发明工艺简单、能够有效脱水除灰、生产成本低、能耗低、设备投资少。

Description

高灰分低阶煤提质工艺及装置

技术领域

本发明涉及一种化工行业的煤提质工艺及其装置，具体的说是一种高灰分低阶煤提质工艺及装置。

背景技术

中国是一个低阶煤储量较为丰富的国家，我国大部分低阶煤具有高水分(30％质量百分数左右)、高灰分(20％质量百分数左右)的特点。传统的低阶煤提质技术分为两种：一种为物理干燥法，仅仅将低阶煤大部分水分脱除；另一种为干燥热解法，分别通过干燥和热解过程脱除大部分水分和挥发分。这两种低阶煤提质技术由于不具有脱除灰分的功能，提质后产品中灰分可高达27-37％，相当于将原料煤中的灰分浓缩到了固体提质产品中，提质产品发热量有大幅度提升，但是其高灰分特点严重限制了其用途，只能作为电厂锅炉燃料，且会对锅炉设备、管道等造成比较严重的磨蚀，影响锅炉运行周期。

物理干燥法通常是将煤进行简单一次干燥后分离，但是干燥效果较差，含水量仍较高。有研究考虑将煤破碎成煤粉状态，然后再进行干燥，这样干燥效果好，煤粉的含水量低，如公开号为101264725，名称为“低阶煤高温烟气干燥的方法及装置”的发明专利，是将低阶煤破碎为3mm的煤粉，然后在干燥器内与600-800℃的高温烟气顺流接触干燥，然后煤粉与高温烟气混合后两次分离除尘，得到尾气及煤粉。但是这种方法也存在问题：(1)虽然破碎至煤粉后干燥效果较好，但带来烟气和煤粉混合后分离困难的问题；(2)分离过程(如旋风分离器或布袋式除尘器)为气固分离，只能将尾气与煤粉分离，而不能将煤粉中含有的大量灰尘分离，使得上述方法不具备分离灰分的作用，这样得到的煤粉虽然含水量较低，但含灰量高，限制了其应用范围。(3)提供温度高达600-800℃高温烟气需要单独设置一台高温烟气炉，能耗仍然较高。

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、能够有效脱水除灰、生产成本低、能耗低、设备投资少的高灰分低阶煤提质工艺。

本发明的另一目的是提供用于上述工艺的装置。

低阶煤经一级干燥后除去煤中外水，二级干燥后除去煤中内水，再经干法冷却，冷却后的煤风选除灰得到优质煤。

所述一级干燥为经破碎、筛分后粒径为6～13mm的低阶煤送入一级流化床干燥器内被烟气加热干燥，脱除煤中的外水；所述二级干燥为脱除外水的煤送入二级流化床干燥器内被烟气加热干燥，脱除煤中的内水；所述干法冷却为脱除外水的煤送入流化床冷却器内与惰性气体接触冷却；所述风选除灰为将冷却的煤送入风选机分离出煤中的灰分后得到优质煤。

所述低阶煤经一级干燥后温度为105-120℃，经二级干燥后温度310-330℃，干法冷却后温度为60-80℃。

所述一级流化床内的烟气来自热风炉，排出的烟气除尘后部分排出，部分与来自热风炉的烟气混合降温后回送至一级流化床内。

所述二级流化床内的烟气排出除尘后，经管道在热风炉内间接加热后回送二级流化床内。

所述流化床冷却器内的惰性气体排出除尘、冷却后，回送至流化床冷却器内。

通过两级干燥的方法先使颗粒状的低阶煤脱除外水，然后再进一步脱除内水，完全脱除外水和内水的方法可通过控制干燥后的煤温来实现，通过分步干燥并控制不同阶段的煤温可较一步干燥法能够更好的降低煤中的含水量，并且在二级干燥过程中会破环煤的毛细孔结构，导致煤中的灰分暴露和析出。

由于仅用于脱除煤中的水分，其烟气的干燥温度无需太高(烟气不可高于500℃，否则产生热解气)，因此一级流化床干燥器内的热烟气可利用煤气化系统中本身自带的热风炉，将热风炉中的烟气引入一级干燥器内对低阶煤进行干燥，脱除外水。为低阶煤一级干燥后的烟气排出后经过除尘后可根据需要部分混合来自热风炉的烟气为其降温再循环送入一级流化床干燥器内，余下部分排出。具体循环量可参考排出烟气的温度、来自热风炉中烟气的温度，以及进行一级干燥所需的烟气温度通过合理设计和计算得到。所述进行一级干燥所需烟气温度、流量以及烟气与煤接触时间也可根据实现需要合理设计，达到使低阶煤充分脱去外水的要求即可，如可通过控制一级干燥后煤的温度在105-120℃实现。

在进行二级干燥时，考虑二级干燥后煤温已较高，排出的烟气温度也较高，出于节能降耗的目的，将二级干燥排出的烟气除尘后循环回用，烟气的加热同样利用上述热风炉，但使烟气在管道内流动，利用热风炉通过管道对烟气进行间接加热，实现烟气的闭路循环。从而最大程度的降低热能损失。充分利用热风炉的烟气及热能，而不另外增设高温烟气炉，进一步降低了能耗和设备投资，所述进行二级干燥所需烟气温度、流量以及烟气与煤接触时间也可根据实现需要合理设计，达到使低阶煤充分脱去外水的要求即可，如可通过控制二级干燥后煤的温度在310-330℃实现。

利用经过二级干燥后煤中的灰分被暴露和析出的特点，降温后可通过风选机对煤进行风选除灰，利用灰分与煤颗粒的密度差别，将干燥后的煤与灰进行分离，达到去除煤中灰分、降低灰含量的目的，由于煤脱除内水后灰分析出，因此采用风选方法简单且除灰效果好，风选后得到的煤即为优质煤，其水含量及灰含量得到有效控制。

由于煤为颗粒状非粉状，考虑干燥效果最优化，所述干燥步骤中烟气与煤的接触方法以逆流接触为好。

由于煤为易燃物，因此要求干燥步骤中烟气氧含量控制在5％体积百分数以下，干法冷却步骤及风选步骤均应在惰性气体存在下进行，所述干法步骤中为煤降温的惰性气体也可实现自循环，利用旋风除尘器为排出的惰性气体除尘，利用空冷器为其降温再回送至流化床冷却器内。所述惰性气体的流量、进入流化床冷却器的温度，以及与煤接触的时间也可依据冷却后煤的温度合理设计和计算得到。

所述低阶煤可以为褐煤、次烟煤或长焰煤等。

为实现上述工艺方法，本发明高灰分低阶煤提质装置，包括

(1)干燥系统：包括一级干燥器及二级干燥器，用于将低阶煤进行一级干燥脱除外水，然后二级干燥脱除内水；

(2)冷却系统：包括流化床冷却器，用于冷却脱除水分的煤；

(3)风选除尘系统：包括风选机，用于将冷却后的煤风选分离出灰分后得到优质煤。

还包括烟气供给系统，用于提供一级干燥器及二级干燥器内加热低阶煤用烟气。

所述烟气供给系统包括一级烟气供给系统及二级烟气循环系统，

所述一级烟气供给系统包括热风炉，用于供给一级干燥器的烟气；

袋式除尘器，用于对一级干燥器排出的烟气除尘；

所述二级烟气循环系统包括旋风除尘器，用于将二级干燥器排的烟气除尘；

上述热风炉内的加热管，用于将除尘后的烟气引入管内在热风炉中间接加热，加热后的烟气回送二级干燥器。

还包括有低温惰性气体循环冷却系统，

所述低温惰性气体循环冷却系统包括旋风除尘器，用于将流化床冷却器排出的惰性气体除尘；

空冷器，用于将除尘后的惰性气体冷却降温，重新形成低温惰性气体回送至流化床冷却器。

所述干燥器均为流化床干燥器。

有益效果：

1、采用两级干燥、干法冷却、风选除灰将低阶煤充分脱水并除尘，提质为高发热量、灰分与原料煤相当的优质煤。

2、采用惰性气体循环干法冷却，避免了传统喷水冷却过程产生的废水问题。

3、一级干燥的烟气由热风炉提供，二级干燥的烟气自循环且由热风炉供热，节能降耗、降低生产成本、节约投资成本。

4.工艺过程简单、操作简便、投备投资及运行成本低，制得的优制煤中灰分含量少，从而大大扩展了其用途，可以作为优质动力煤，不会对锅炉设备、管道等造成严重磨蚀，提高了锅炉运行周期和设备的使用寿命。

附图说明

图1为本发明工艺流程及装置图。

其中：1-燃煤热风炉、2-一级干燥循环风机、3-袋式除尘器、4-一级流化床干燥器、5-二级流化床干燥器、6-流化床冷却器、7-风选机、8-旋风除尘器、9-旋风除尘器、10-二级干燥循环风机、11-冷却循环风机、12-空冷器、13-加热管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步解释说明：

本发明装置包括依次连接的干燥系统、冷却系统和风选除尘系统。所述干燥系统包括一级流化床干燥器4及二级流化床干燥器5，用于将低阶煤进行一级干燥脱除外水，然后二级干燥脱除内水；所述冷却系统包括用于冷却脱除水分的煤的流化床冷却器6；所述风选除尘系统包括用于将冷却后的煤风选分离出灰分的风选机7；所述干燥系统还与烟气供给系统连接，所述烟气供给系统包括一级烟气供给系统及二级烟气循环系统。

所述一级烟气供给系统包括供给一级流化床干燥器4的烟气的燃煤热风炉1，和为一级流化床干燥器4排出的烟气除尘的袋式除尘器9以及一级干燥循环风机2。

所述二级烟气循环系统包括为二级干燥器排出的烟气除尘的旋风除尘器8、二级干燥循环风机10，以及上述燃煤热风炉1内的加热管，它可将除尘后的烟气引入管内在热风炉中间接加热，加热后的烟气回送二级流化床干燥器5。

所述冷却系统与低温惰性气体循环冷却系统连接，所述低温惰性气体循环冷却系统包括为流化床冷却器排出的惰性气体除尘的旋风除尘器9、二级干燥循环风机11、以及空冷器12，用于将除风除尘器9除尘后的惰性气体冷却降温，重新形成低温惰性气体回送至流化床冷却器6。

工艺流程：

低阶煤采用褐煤，测定其水分含量为29％(收到基)，灰分为14.6％(收到基)，收到基低位发热量为3600kcal/kg。

参照图1，原煤经破碎、筛分后为6～13mm粒径的颗粒送入一级流化床干燥器4，煤被来自燃煤热风炉1的烟气逆流接触，直接加热，煤中的表面水分被去除(即外水)，控制一级干燥后的煤温为105-120℃，干燥后烟气经袋式除尘器3除灰后，再经一级干燥循环风机2增压后一部分循环与来自燃煤热风炉1的烟气混合回送至一级流化床干燥器4，另一部分经脱硫后排放至大气；经一级干燥后煤进入二级流化床干燥器5后与热烟气逆流接触，直接加热脱除煤中的内部水分(即内水)，控制二级干燥后煤温为310-330℃，煤颗粒在二级干燥过程中会因为收缩而出现裂纹，煤的毛细孔结构遭到破环，导致灰分暴露及析出；二级干燥后的烟气经旋风除尘器8除尘，再经二级干燥循环风机10增压后送入燃煤热风炉1的加热管13内被间接加热后循环送回二级流化床干燥器5，在干燥循环风机10的管路中可增加一个旁路与燃煤热风炉1炉内烟气相通，当该闭路循环气量过大时，可开启阀门通过该旁路将部分烟气直接排入燃煤热风炉1内燃烧；干燥后的煤随后进入流化床冷却器6与惰性气体逆流接触，被惰性气体冷却至约60-80℃，冷却煤后的惰性气体经旋风除尘器9除尘后，再经冷却循环风机11增压进入空冷器12冷却后循环送回流化床冷却器6内；经干法冷却以后的煤最后进入风选机7，利用密度差分选出提质的优质煤以及灰分，风选过程应在惰性气体环境下进行，以保证不发生自燃事故。

上述工艺流程中各步温度的监控可通过一级流化床干燥器4的煤出口、二级流化床干燥器5的煤出口及流化床冷却器6的煤出口处分别设置温度传感器实现。

所述一级流化床干燥器4、二级流化床干燥器5、流化床冷却器6可采用振动流化床设备；所述一级干燥循环风机2、二级干燥循环风机10和冷却循环风机11可采用离心风机。

经本法干燥除尘后得到的优质煤测定其水分含量为2.7％，灰分为17.5％，收到基低位发热量为4700kcal/kg，灰分的脱除率为34％，发热量值提高了30％。

Claims (12)

1.一种高灰分低阶煤提质工艺，其特征在于，低阶煤经一级干燥后除去煤中外水，二级干燥后除去煤中内水，再经干法冷却，冷却后的煤风选除灰得到优质煤。

2.如权利要求1所述的高灰分低阶煤提质工艺，其特征在于，所述低阶煤经一级干燥后温度为105-120℃，经二级干燥后温度310-330℃，干法冷却后温度为60-80℃。

3.如权利要求1或2所述的高灰分低阶煤提质工艺，其特征在于，所述一级干燥为经破碎、筛分后粒径为6～13mm的低阶煤送入一级流化床干燥器内被烟气加热干燥，脱除煤中的外水；所述二级干燥为脱除外水的煤送入二级流化床干燥器内被烟气加热干燥，脱除煤中的内水；所述干法冷却为脱除外水的煤送入流化床冷却器内与惰性气体接触冷却；所述风选除灰为将冷却的煤送入风选机分离出煤中的灰分后得到优质煤。

4.如权利要求3所述的高灰分低阶煤提质工艺，其特征在于，所述一级流化床内的烟气来自热风炉，排出的烟气除尘后部分排出，部分与来自热风炉的烟气混合降温后回送至一级流化床内。

5.如权利要求3所述的高灰分低阶煤提质工艺，其特征在于，所述二级流化床内的烟气排出除尘后，经管道在热风炉内间接加热后回送二级流化床内。

6.如权利要求3所述的高灰分低阶煤提质工艺，其特征在于，所述流化床冷却器内的惰性气体排出除尘、冷却后，回送至流化床冷却器内。

7.如权利要求3所述的高灰分低阶煤提质工艺，其特征在于，所述一级干燥及二级干燥中烟气与煤逆流接触。

8.一种高灰分低阶煤提质装置，其特征在于，包括

(1)干燥系统：包括一级干燥器及二级干燥器，用于将低阶煤进行一级干燥脱除外水，然后二级干燥脱除内水；

(2)冷却系统：包括流化床冷却器，用于冷却干燥后的煤；

(3)风选除尘系统：包括风选机，用于将冷却后的煤风选分离出灰分后得到优质煤。

9.如权利要求8所述的高灰分低阶煤提质装置，其特征在于，还包括烟气供给系统，用于提供一级干燥器及二级干燥器内加热低阶煤用烟气。

10.如权利要求9所述的高灰分低阶煤提质装置，其特征在于，所述烟气供给系统包括一级烟气供给系统及二级烟气循环系统，

所述一级烟气供给系统包括热风炉，用于供给一级干燥器的烟气；

以及袋式除尘器，用于对一级干燥器排出的烟气除尘；

所述二级烟气循环系统包括旋风除尘器，用于将二级干燥器排的烟气除尘；

以及上述热风炉内的加热管，用于将除尘后的烟气引入管内在热风炉中间接加热，加热后的烟气回送二级干燥器。

11.如权利要求8所述的高灰分低阶煤提质装置，其特征在于，还包括有低温惰性气体循环冷却系统，

所述低温惰性气体循环冷却系统包括旋风除尘器，用于将流化床冷却器排出的惰性气体除尘；

空冷器，用于将除尘后的惰性气体冷却降温，重新形成低温惰性气体回送至流化床冷却器。

12.如权利要求8-11任一项所述的高灰分低阶煤提质装置，其特征在于，所述干燥器均为流化床干燥器。

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