CN102798132B - 风扇磨前逆流式炉烟干燥脱水直吹式制粉系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风扇磨前逆流式炉烟干燥脱水直吹式制粉系统，该系统在粗粉分离器和煤粉分配器之间设有煤粉混合器，在下行干燥管上部具有煤气出口，该煤气出口连通煤气过滤器，所述煤气过滤器的出煤口再连通煤粉混合器，煤气分离器的出气口连通一煤气风机，该煤气风机再连通煤气冷却器，所述煤气冷却器具有凝结水出口和煤气出气口，该煤气出气口连通到锅炉的煤气燃烧器。该风扇磨前逆流式炉烟干燥脱水直吹式制粉系统具有提高褐煤燃耗质量从而增强燃煤热效率且同时能够回收大量水蒸气，可明显降低锅炉体积和制造成本、污染零排放等一系列优点。

Description

风扇磨前逆流式炉烟干燥脱水直吹式制粉系统

技术领域

本发明属于煤发电技术领域，涉及褐煤发电技术，具有地说，涉及褐煤的干燥及制粉系统。

背景技术

褐煤，又名柴煤，多呈褐色或褐黑色，是一种高挥发份(约50％)、高水份(25％-60％)、高灰份(约30％)、低热值(约3200kcal/kg)、低灰熔点、易风化碎裂、易氧化自燃的劣质燃料，是煤化程度最低的矿产煤。褐煤主要用于发电厂的燃料，也可作化工原料、催化剂载体、吸附剂、净化污水和回收金属等。由于自然属性以及技术工艺的限制，在开采、利用褐煤过程存在的主要问题包括：(1)热值低，用途受限。建设煤电基地，利用褐煤资源是我国能源发展的一项重要战略。以内蒙古霍林郭勒为例，褐煤发热量基本在3200kcal/kg左右，当地锅炉的设计由于考虑该类煤的特性，可以就地应用。由于多数锅炉设计时对煤的发热量有严格的要求，如果通过运输将褐煤运到内地应用，则无法直接燃烧，极大地限制了褐煤的产能；(2)不易储存运输，销售半径有限。由于我国褐煤资源主要集中在内蒙古、云南和黑龙江等地，而煤炭消费主要在东南方。煤炭的大量运输导致了铁路运力的紧张，加之褐煤高水份，不适宜远距离运输，运输半径一般在300千米内；(3)褐煤燃烧时热利用率低，粉尘排放量大，环境污染严重。

目前褐煤干燥提质主要有流化床、回转窑、水平移动床三种技术工艺。干燥介质主要有烟气、水蒸汽等。

褐煤干燥提质技术就是将其就地干燥，获得高发热量的煤炭。褐煤干燥工艺具有投资少、见效快、节能环保等优点。褐煤价格仅为其他煤种的1/4-1/2，经过干燥提质后价值将大幅提高。

褐煤(3200kcal/kg)经过干燥脱除20％水分后，发热量约为4800kcal/kg以上，经过干燥提质褐煤价值将增加一倍以上。同时，干燥后的褐煤更加有利于储存和运输。

从干燥介质看，由于褐煤是一种极易析出挥发份的煤种，在采用含氧气体干燥时，如果出现局部氧化放热所导致的过热问题，容易引起挥发份燃烧，从而造成干燥系统的燃烧问题，影响系统的正常稳定运行。如果全部采用水蒸汽进行干燥时，由于潜热的排放损失，容易造成较大的能源浪费。现有褐煤干燥提质工艺多处于规模示范阶段，稳定运行问题是困扰这些工艺规模应用的主要原因之一。

褐煤与烟煤、无烟煤相比，褐煤的优势是价格较低，反应活性高，但其热值相对较低，含水量较高，一般为25％-60％。褐煤中的水分增加运输成本，影响锅炉运行，降低电厂效率，增加温室效应气体排放，因此褐煤干燥和提质技术及装备的开发是清洁和有效利用褐煤的关键。

褐煤的提质是指褐煤在高温下经受脱水和热分解作用后转化成具有烟煤性质的提质煤。褐煤脱水过程除脱去部分水分外，也伴随着一些煤的组成和结构的变化，它主要是由脱水作用和过程引起的。所以，褐煤的提质过程主要是褐煤的脱水过程。经过脱水后，褐煤的水分及反应活性降低，发热量提高，燃烧后温室气体的排放减少。若是将褐煤中50％的水分除去，由实际测试得知，一种水分42.52％、发热量11.93MJ/kg的褐煤，经提质干燥后水分降为14.43％、发热量增至18.08MJ/kg，相当于热值提高了51.6％，这对褐煤电厂的影响无疑是十分巨大的。

而另一方面，我国淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6％，居世界第6位，但人均只有2400立方米，仅为世界平均水平的1/4、在世界上名列121位，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。到20世纪末，全国600多座城市中，已有400多个城市存在供水不足问题，其中比较严重的缺水城市达110个，全国城市缺水总量为60亿立方米。一方面我国水资源短缺，另一方面我国水资源利用率低下。2001年我国每万元工业产值耗水量为90m³左右，为发达国家的3-7倍；工业用水重复利用率约52％，远低于发达国家80％的水平。

在褐煤资源集中的内蒙等地区是我国典型的“富煤缺水”地区。大量的坑口电厂采集地下水作为电厂补水，使得地下水资源枯竭，草地大面积沙化，久而久之形成恶性循环。因此，在缺水地区燃褐煤机组中能否开发一种在燃褐煤过程中将褐煤中的大量水进行分离后再生利用的新型的节水技术成为当务之急，这样既为电厂带来经济效益，也对当地生态系统的改善具有非常积极意义。

在燃褐煤电厂中，在国内外应用的风扇磨前逆流式炉烟干燥脱水直吹式制粉系统主要结构如图1和图2所示。

图1为三介质(高温炉烟、热空气和低温炉烟)制粉系统。在该系统中，高温烟气在锅炉13炉膛上部抽取，约1100℃；低温烟气由引风机17抽自经电除尘器18处理后的烟道内的烟气约130℃(剩下部分烟气经烟囱19排出)；高温烟气、低温烟气和热风3种介质在混合室15混合后作为干燥剂由高温炉烟管道16输送至风扇磨煤机5。在原煤仓1内的褐煤经自动磅秤2计量后，再经由给煤机3进入下行干燥管4。褐煤在下行干燥管4中与高温干燥剂混合得到初步干燥后进入风扇磨煤机5。褐煤在风扇磨煤机5中破碎的过程中得到进一步干燥。风扇磨煤机5出口的粗粉分离器6将粗大的煤粉颗粒送回磨煤机5继续磨制，合格的煤粉及乏气经煤粉分配器7被输送至燃烧器8进入炉膛燃烧。热风的产生是由送风机9产生，并经位于烟道中的空气预热器10进行预热，预热后的热风分两路，一路作为一次热风进入混合室15，另一路作为二次热风进入燃烧器8进行助燃。在这种褐煤干燥燃煤系统中，采用三介质系统有如下优点：1)三介质干燥可通过调节冷热烟气量适应风扇磨煤机不同工况的干燥需求，可保持热风量不变，有利于燃料在最佳工况下燃烧。2)掺和冷烟气可保证制粉系统干燥剂内CO₂含量大于4％，降低了制粉系统发生爆炸的危险，尤其在停磨时向风扇磨煤机内通入冷烟可使热风扇磨煤机惰走，既可吹出余粉又可冷却风扇磨煤机。3)调节灵活，运行可靠。4)能降低燃烧器区域温度水平，减少或避免炉膛内发生结渣，并可减少NO_x的生成。

图2为二介质(高温炉烟、热空气)制粉系统，该系统与图1所示的三介质褐煤干燥燃煤系统相比少了生成冷烟的管路。在该系统中，风扇磨煤机5从锅炉13的炉膛上部抽吸约1000℃的高温烟气，与经送风机9、空气预热器10生成的热空气混合后进入下行干燥管4，在其内对落煤进行预干燥。干燥剂(即高温炉烟和热空气的混合气体)与煤的混合物进入风扇磨煤机5后，燃料在磨制过程中得到进一步干燥。风扇磨煤机产生的压头将干燥剂混合物送入粗粉分离器6，粗粉返回磨煤机5被再一次磨制，乏气则将合格的煤粉送入燃烧器8中。

上述两种制粉系统均强化干燥而保证燃料稳定燃烧方面，但均会将褐煤干燥过程中蒸发出的大量水蒸汽送入炉膛，这一方面使炉膛温度降低，增加了炉膛的燃煤量，同时增加了锅炉的受热面，使褐煤锅炉造价明显增加，一台600MW的燃标煤锅炉与一台同样的燃褐煤锅炉相比造价相差将近2亿元人民币。另一方面也使排烟热损失增大，锅炉热效率降低。

目前的电站褐煤干燥制粉系统均着眼于对褐煤的干燥和制粉，褐煤中的水变成蒸汽后一并随乏气进入了炉膛。而褐煤提质，同样带来褐煤提质后的储存、包装、运输、自燃、环境污染等大量问题，且投资巨大。而且它未能与电厂的褐煤制粉系统统筹兼顾，使得各类褐煤提质技术成本较大，均未能得以推广应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种既能够提高褐煤燃烧质量从而增强燃煤热效率，把褐煤干燥、制粉、提质、节水、储运等给合起来，既能降低发电煤耗，又能将褐煤中的大量水回收利用的风扇磨前逆流式炉烟干燥脱水直吹式制粉系统。该制粉系统把燃褐煤电厂的干燥制粉与褐煤提质相结合可明显降低锅炉体积和制造成本，同时可以克服现有独立的褐煤干燥制粉技术系统和独立的褐煤干燥提质技术系统存在的不足。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种风扇磨前逆流式炉烟干燥脱水直吹式制粉系统，包括依次串接连通的原煤仓、下行干燥管、风扇磨煤机、粗粉分离器，煤粉分配器；所述煤粉分配器再连通锅炉的燃烧器，还包括混合室，该混合室第一进气口和第二进气口分别连通锅炉的抽烟口和设于锅炉烟道中的空气预热器，所述混合室的出气口再连通下行干燥管，其特征在于：所述粗粉分离器和煤粉分配器之间设有煤粉混合器，所述下行干燥管上部具有煤气出口，该煤气出口连通煤气过滤器，所述煤气过滤器的出煤口再连通煤粉混合器，煤气过滤器的出气口连通一煤气风机，该煤气风机再连通煤气冷却器，所述煤气冷却器具有凝结水出口和煤气出气口，该煤气出气口连通到锅炉的煤气燃烧器。

采用上述技术方案，在下行干燥管的上部开有煤气出口，那么在下行干燥管中干燥褐煤过程产生的煤气、水蒸气以及少量的煤粉尘就会从该煤气出口出去经煤气过滤器过滤，过滤截挡下来的煤粉尘则会从出煤口流下煤粉混合器，随着干燥提质粉碎过的褐煤一同进入燃烧器燃烧，而过滤后不含煤粉尘的煤气和水蒸气在煤气风机牵引下进入煤气冷却器，煤气冷却器将其中水蒸气进行冷凝以形成凝结水回收利用，而纯净的煤气则从煤气出气口进入锅炉的煤气燃烧器进行燃烧。

在本系统，由于产生的水蒸气不随同干燥后的褐煤一同进入炉膛，一方面可以使炉内温度升高，有助于提高燃料燃烧效率，可以减小锅炉的受热面积，可明显减低锅炉体积和制造成本，另一方面水蒸汽经冷凝后可以回收利用，降低了发电机组耗水量，具有节水作用，对缺水地区意义重大，另外，处理后得到的煤气还直接回排入炉膛内燃烧，并且由于经过一系列处理，得到的煤气比较纯净，有利于燃烧充分，避免了燃烧不充分导致有毒有害排放到空气中污染环境，具有环保作用。

以上是二介质的风扇磨前逆流式炉烟干燥脱水直吹式制粉系统，还可以在混合室上还设置第三进气口，该第三进气口连通到冷烟风机，该冷烟风机再连通设于烟道尾部的烟气除尘器。

为了更好地在下行干燥管获得煤气、水蒸气，所述下行干燥管内设置有煤气发生器并设有高温烟气流向与落煤流向的逆流装置。并且所述下行干燥管为垂直型散落式干燥管。

附图说明

图1为现有技术中三介质褐煤干燥燃煤系统结构示意图；

图2为现有技术中二介质褐煤干燥燃煤系统结构示意图；

图3为本发明的三介质风扇磨前逆流式炉烟干燥脱水直吹式制粉系统结构示意图。

具体实施方式

如图3所示，在本发明的三介质风扇磨前逆流式炉烟干燥脱水直吹式制粉系统中，原煤仓1连接到自动磅秤2，自动磅秤2再连接给煤机3，给煤机3再连接下行干燥管4，下行干燥管4再连接风扇磨煤机5，风扇磨煤机5再连接粗粉分离器6，粗粉分离器6连接煤粉混合器25、煤粉混合器25连通煤粉分配器7，煤粉分配器7再连通锅炉13的燃烧器8，下行管道4内具有煤气发生器34。锅炉13的炉膛上部具有抽烟口14，该抽烟口14连通到混合室15的第一进气口。锅炉13的中部烟道旁设有送风机9，该送风机9连通设于烟道内的空气预热器10，该空气预热器10通过热风管道11分两路，一路经二次风风箱12连通到燃烧器8，另一路则连通混合室15的第二进气口。在锅炉13的烟道尾部还设有烟气除尘器17，该烟气除尘器17连接有引风机18，该引风机18分两路，一路连通到烟囱19，另一路连通一个冷烟风机20，该冷烟风机20再连通到混合室15的第三进气口。混合室15的出气口通过高温炉烟管道16连通到下行干燥管4。在下行干燥管4的上部开有煤气出口，该煤气出口连通煤气过滤器36(现有技术中有这样的装置吗？如果没有，请进一步提供结构)，煤气过滤器36的出煤口连通煤粉混合器25，煤气过滤器36的出气口连接一个煤气风机37，该煤气风机37再通过煤气管道38连通煤气冷却器39(现有技术中有这样的装置吗？如果没有，请进一步提供结构)，该煤气冷却器39的具有冷凝水出口和煤气出气口，该煤气出气口连通到位于锅炉13炉膛上部的煤气燃烧器40。

风扇磨前逆流式炉烟干燥脱水直吹式制粉系统的工作原理为：

原煤经原煤仓1至自动磅称2计量后通过给煤机3下行干燥管4内布置的煤气发生器34，原煤在其内并缓慢下行，与三介质(高温炉烟、热风和冷烟)或二介质(高温炉烟和热风)高温干燥剂进行间壁式换热，同时在煤气发生器34内进行褐煤的水分蒸发与煤气化反应。

约1100℃的高温炉烟在锅炉炉膛上部的抽烟口14抽取，热风来自空气预热器10出口并由热风管道11输送至炉前，冷烟取自锅炉尾部烟气除尘器17与引风机18后并经由冷烟风机20和冷烟管道21输送至炉前，三介质在混合室15混合成为具有一定初温和流量的干燥剂，干燥剂高温炉烟管道16输送至下行干燥管4环套内加热煤气发生器34。原煤在煤气发生器34内完成大部分水分的蒸发后随高温干燥剂进入磨煤机5。

原煤在风扇磨煤机5中被破碎成煤粉，同时也被干燥剂进一步干燥，风扇磨煤机5出口煤粉水分约5％、风粉混合物温度约150℃-180℃。风扇磨煤机5送出的风粉混合物进入风扇磨煤机5出口布置的粗粉分离器6，粗粉分离器6将粗大的煤粉颗粒送回风扇磨煤机5继续磨制，合格煤粉与乏气(温度降低即干燥能力降低后的干燥剂称为乏气)经由煤粉混合器25和煤粉分配器7送入锅炉的燃烧器8并在炉内燃烧。

在空气流程中，冷空气由送风机9送入空气预热器10被烟气加热至一定温度成为热空气，热空气由热风管道11输送并分为两路，一路作为一次风和干燥剂成分由热风管道11输送至混合室15，另一路作为二次风经二次风风箱12分配后直接送往燃烧器8参与炉内燃烧。

由水蒸汽和水煤气组成的混合气体通过煤气风机37从煤气发生器34顶部抽出，经由含粉煤气管道35送入煤气过滤器36回收少量细粉。煤气除尘器35回收的细粉通过输粉机32经由输粉管道33和煤粉混合器27送入一次风煤粉流中。

煤气过滤器35出气口的混合气体通过煤气风机37经由煤气管道38送入集余热回收与水分回收为一体的煤气冷却器39中。混合气体中所含的大量水蒸汽经煤气冷却器30冷却降温后成为液态凝结水，凝结水可通过水处理予以回用，煤气冷却器30中冷却水回收的余热可返回电厂水系统予以利用，煤气冷却器30煤气出气口的低温煤气由煤气管道38流入炉膛上方的煤气燃烧器40并在炉内燃尽。

在该系统中，干燥剂流经高温炉烟管道16和下行干燥管4的阻力以及风粉混合物流经粗粉分离器6、煤粉分配器7和燃烧器8的阻力由风扇磨煤机自身的提升压头提供，由煤气与水蒸汽组成的混合气体流经含粉煤气管道35、煤气过滤器器36、煤气管道38、煤气冷却器39及煤气燃烧器40的阻力由煤气风机37提供。

本系统是在风扇磨煤机前对褐煤加予提质，具有褐煤高温烟气干燥、制粉、脱水、直接燃烧相结合的特点，使制粉过程实现了零排放，具有节水、节能、经济和环保的功能，实现了在褐煤干燥破碎过程中的制粉技术与提质技术相结合。该系统具体具有以下特点：

(1)高效直吹式褐煤提质制粉系统技术适应于30％以水分的低热值的劣质褐煤；

(2)高效直吹式褐煤提质制粉系统技术采用二、三介质作为干燥剂，对褐煤在风扇磨前进行提质干燥，本技术采用了自主创新的垂直型散落式干燥管，通过间壁的方式，利用褐煤高温热解原理，褐煤在垂直型散落式干燥管中缓慢下滑，在高温作用下，将褐煤中的水和挥发粉蒸发，在蒸汽和挥发粉往上走的过程中，通过引风机将其抽至煤气除尘器。从而实现褐煤提质，提质后的褐煤由风扇直吹入炉堂燃的。

(3)高效直吹式褐煤提质制粉系统技术采用褐煤提质后，可显著改善燃料的着火性能，锅炉低负荷稳燃性能增强，可节省大量低负荷助燃油或不投油运行，同时也使锅炉燃料适应性增强，可燃用热值较低的年轻褐煤。

(4)高效直吹式褐煤提质制粉系统技术避免了其它褐煤提质技术储存、包装、运输、自燃、环境污染等大量问题，与电厂的制粉系统相结合。

(5)高效直吹式褐煤提质制粉系统技术褐煤中的75％以上的水分可以不进入炉膛，使炉膛温度得以提高，这一方面有利于燃料燃尽从而提高燃料燃烧效率，据测算，一种水分42.52％、发热量11.93MJ/kg的褐煤，经提质干燥后水分降为14.43％、发热量增至18.08MJ/kg，相当于热值提高了51.6％。以内蒙古2009年煤价为例，褐煤(3200kcal/kg)坑口价约为70元/吨，经过干燥脱除20％水分后，发热量约为4800kcal/kg以上，锅炉效率可达到95％以上。另一方面也使炉内所需受热面相应减少，故在燃褐煤电厂设计中可采用标准烟煤锅炉替代原褐煤专用锅炉，如一台600MW的锅炉投资可减少将近2亿元左右，从而明显降低电厂初投资；

(6)高效直吹式褐煤提质制粉系统技术技术，乏气中对环境有害的可燃挥发份气体送入炉膛燃烧，由此既提高了燃料利用率，也避免了乏气直接排入大气对环境的严重污染；

(7)高效直吹式褐煤提质制粉系统技术褐煤中的75％水分以水蒸汽状态随乏气进入煤气冷却器，经煤气冷却器降温凝结予以回收，如投资2*600MW的褐机组，每台每小时使用煤300吨计，褐煤的全水分为40％，可回收200万吨以上的水，由此可节省大量电厂补给水，具有显著的节水效益，尤其适合我国褐煤产地多为缺水地区的国情；

(8)高效直吹式褐煤提质制粉系统技术煤气冷却器不仅节水，同时也使乏气中大量水分的凝结潜热得以回收并返回电厂水循环系统，从而使褐煤电厂的发电煤耗得以降低，具有显著的经济效益。

(9)高效直吹式褐煤提质制粉系统技术采用风扇型的磨煤机结构，它既是破碎机，又是鼓风机，还是干燥机。

(10)高效直吹式褐煤提质制粉系统技术采用对高水分褐煤，在磨煤机前进行预干燥，提高了褐煤磨干燥出力。

(11)高效直吹式褐煤提质制粉系统技术在原煤自动称重后，在给煤机输煤过程中给予一是温度进行预干燥。

但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (5)

1.一种风扇磨前逆流式炉烟干燥脱水直吹式制粉系统，包括锅炉，依次串接连通的原煤仓、下行干燥管、磨煤机、粗粉分离器，煤粉分配器；所述煤粉分配器再连通锅炉的燃烧器，还包括混合室，该混合室第一进气口和第二进气口分别连通锅炉的抽烟口和设于锅炉烟道中的空气预热器，所述混合室的出气口再连通下行干燥管，所述下行干燥管上部具有煤气出口，所述煤气出口连通煤气过滤器，所述煤气过滤器的出气口连通一煤气风机，其特征在于：所述粗粉分离器和煤粉分配器之间设有煤粉混合器，所述煤气过滤器的出煤口再连通煤粉混合器，所述煤气风机再连通煤气冷却器，所述煤气冷却器具有凝结水出口和煤气出气口，所述煤气出气口连通到锅炉的煤气燃烧器。

2.根据权利要求1所述的风扇磨前逆流式炉烟干燥脱水直吹式制粉系统，其特征在于：所述混合室上还设置第三进气口，该第三进气口连通到冷烟风机，该冷烟风机再连通设于烟道尾部的烟气除尘器。

3.根据权利要求1或2所述的风扇磨前逆流式炉烟干燥脱水直吹式制粉系统，其特征在于：所述下行干燥管内设置有煤气发生器。

4.根据权利要求1或2所述的风扇磨前逆流式炉烟干燥脱水直吹式制粉系统，其特征在于：所述下行干燥管为垂直型散落式干燥管。

5.根据权利要求3所述的风扇磨前逆流式炉烟干燥脱水直吹式制粉系统，其特征在于：所述下行干燥管为垂直型散落式干燥管。