CN102798134B - 一种炉烟干燥及水回收储仓式风扇磨热风送粉制粉系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种炉烟干燥及水回收储仓式风扇磨热风送粉制粉系统，该系统在粗粉分离器和煤粉分配器之间还依次设有乏气分离器、煤粉仓、给粉机和煤粉混合器，所述乏气分离器上部具有乏气出口，该乏气出口连通乏气过滤器，所述乏气过滤器的出煤口再连通煤粉仓，乏气分离器的出气口连通一乏气风机，该乏气风机再连通脱硫塔；所述空气预热器还连通煤粉混合器。该系统能够提高褐煤燃耗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。

Description

一种炉烟干燥及水回收储仓式风扇磨热风送粉制粉系统

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，涉及褐煤的干燥和制粉系统。

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。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。

目前褐煤干燥提质普遍采用热风炉、滚筒干燥机。干燥机烟气夹带有煤粉，烟气需经旋风分离器、引风机、水洗塔之后放空。由于褐煤的特殊性，以及对褐煤干燥的设计国家无相关标准、规范，导致褐煤干燥过程存在的问题较多。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(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。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。

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。

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，将会使褐煤燃烧后产生的温室气体排放量降低15％。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。

在褐煤主要用于发电厂的燃料时，国内外比较先进的褐煤干燥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)褐煤干燥制粉系统。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磨煤机5。褐煤在磨煤机5中破碎的过程中得到进一步干燥。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，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，另一路作为二次热风进入燃烧器8进行助燃。在这种炉烟干燥及水回收储仓式风扇磨热风送粉制粉系统中，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％，但由管道漏风等因素该制粉系统也常有发生爆炸的危险。冷烟在停磨时向磨煤机内通入冷烟可使热磨煤机惰走，既可吹出余粉又可冷却磨煤机。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)褐煤干燥制粉系统，该系统与图1所示的三介质褐煤干燥制粉系统相比少了生成冷烟的管路。在该系统中，磨煤机5从锅炉13的炉膛上部抽吸约1100℃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)与煤的混合物进入磨煤机5后，燃料在磨制过程中得到进一步干燥。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，乏气则将煤粉送入燃烧器8中。

上述两种褐煤干燥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耗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炉烟干燥及水回收储仓式风扇磨热风送粉制粉系统。该系统把燃褐煤电厂的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把原有的褐煤炉变成烟煤炉，同时以克服了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：

一种炉烟干燥及水回收储仓式风扇磨热风送粉制粉系统，包括锅炉，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冷烟风机，所述冷烟风机连通锅炉的设有烟道尾部烟气除尘器，所述混合室的出气口再连通下行干燥管，所述锅炉烟道旁设有送风机，该送风机与设于烟道内的空气预热器连通，其特征在于：所述粗粉分离器和煤粉分配器之间还依次设有乏气分离器、煤粉仓、给粉机和煤粉混合器，所述乏气分离器上部具有乏气出口，该乏气出口连通乏气过滤器，所述乏气过滤器的出煤口再连通煤粉仓，乏气分离器的出气口连通一乏气风机，该乏气风机再连通脱硫塔；所述空气预热器还连通煤粉混合器。

采用上述技术方案，增加有乏气分离器、煤粉仓、送粉机、煤粉混合器，那么乏气以及少量的煤粉尘就会从乏气分离器分离出去经乏气过滤器过滤，过滤截挡下来的煤粉尘则会从出煤口流下送粉机，送粉机在将煤粉尘和干燥后的褐煤一同送入煤粉混合器并且在热风的作用下一同进入燃烧器，而过滤后不含煤粉尘的乏气在乏气风机牵引下进入脱硫塔进行处理。

在本系统，由于产生的包含有水蒸气乏气不随同干燥后的褐煤一同进入炉膛，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。另外，在本发明中仅采用高温烟气和冷烟(本发明中二介质不排除中温炉烟和冷烟、中温炉烟和热风、高温炉烟和热风)作为干燥剂对褐煤进行干燥，而干燥剂中并没有混合热风，这时热风含氧量比较高，容易引发爆燃事故。炉烟干燥及水回收储仓式风扇磨热风送粉制粉系统用高温烟气和冷烟作为干燥剂其氧含量非常低，这样就避免了褐煤在干燥破碎过程中爆燃事故的发生。另外，本发明用热风将干燥后的褐煤送入燃烧器，一方面可以适当提高磨煤机后的出口温度，这样可显著改善燃料的着火性能，锅炉低负荷稳燃性能增强，另一方面保证锅炉燃烧时有足够的热空气。在本系统，通过设置煤粉仓，可以使得制粉不受锅炉负荷的影响，从而可以提高制粉效率。

另外，在本发明的进一步改进中，所述乏气风机和脱硫塔之间还设有乏气冷却器。乏气冷却器一方面可以将乏气中水蒸汽加以冷疑后变成水回收利用，还可以将冷却水加热后送入电厂水系统，将脱水后的烟气进入电厂脱硫塔处理。这样把褐煤中大量水进行了收集，再经废水单元处理后可以作为电厂的补水，又可以将乏气中的热量加以了回收。因此炉烟干燥及水回收储仓式风扇磨热风送粉制粉系统技术具有节能、节水、环保的综合优势，对缺水地区意义特别重大。

另外，还在本发明进一步改进中，所述乏气分离器和送粉机之间还设有煤粉仓。煤粉仓内储有一定煤粉以保证给粉机调节主燃烧器的煤粉流量。

附图说明

图1为现有技术中三介质褐煤干燥制粉系统结构示意图；

图2为现有技术中二介质褐煤干燥制粉系统结构示意图；

图3为发明的三介质炉烟干燥及水回收储仓式风扇磨热风送粉制粉系统结构示意图。

具体实施方式

如图3所示，在本发明的三介质炉烟干燥及水回收储仓式风扇磨热风送粉制粉系统中，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，粗粉分离器连接乏气分离器22、乏气分离器22再经煤粉仓23连通送粉机24，送粉机24再连接煤粉混合器25，煤粉混合器25再连接煤粉分配器7，煤粉分配器7最后连接锅炉13的燃烧器8。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分通过热风管道11两路，一路经二次风风箱12连通到燃烧器8，另一路则连通煤粉混合器25。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的第二进气口。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。在乏气分离器22的上部开有乏气出口，该乏气出口连通乏气过滤器27，乏气过滤器27的出煤口再经煤粉仓23或不经煤粉仓23连通送粉机24，乏气过滤器27的出气口连接一个乏气风机28，该乏气风机28再经乏气冷却器30或不经乏气冷却器30连通脱硫塔。磨煤机5采用风扇磨煤机。

该炉烟干燥及水回收储仓式风扇磨热风送粉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落入下行干燥管4，并与由高温炉烟与冷烟组成的二介质低氧干燥剂混合。

约1100℃高温炉烟在锅炉炉膛上部的抽烟口14抽取，约130℃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，二者在混合室15混合成为具有一定初温和流量的干燥剂，干燥剂由高温炉烟管道16输送至下行干燥管4。

原煤与约800℃高温干燥剂在下行干燥管4中混合并完成初步干燥后，进入风扇磨煤机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180℃～220℃。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)进入乏气分离器22进行气固分离。乏气分离器22分离出的煤粉落入煤粉仓23再经由给粉机24通过煤粉混合器25送入热风送粉管道；热风经煤粉混合器25和煤粉分配器7将煤粉送往燃烧器8。

乏气分离器22分离出的含有少量细粉的乏气由含粉乏气管道26送入乏气过滤器27回收细粉，乏气过滤器27回收的细粉通过输粉机32经由输粉管道33送回乏气分离器22出口的煤粉流中而进入煤粉仓23中，再经由给粉机24通过煤粉混合器25送入热风送粉管道，热风经煤粉混合器25和煤粉分配器7将煤粉送往锅炉燃烧器8。

乏气过滤器27乏气出口的乏气通过乏气风机28经由乏气管道29送入集余热回收与水分回收为一体的乏气冷却器30中。乏气中所含的大量水蒸汽经乏气冷却器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，乏气冷却器30中冷却水回收的余热可返回电厂水系统予以利用，乏气冷却器30出口的低温废气送入脱硫塔与锅炉排烟一起净化处理后予以排放。

若不布置乏气冷却器30或已布置的乏气冷却器30需检修时，乏气管道29可将乏气经由冷却器旁路管道31直接送往脱硫塔。

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，一路作为一次风经煤粉混合器25和煤粉分配器7将煤粉送往锅炉燃烧器8，另一路作为二次风经二次风风箱12分配后也送往燃烧器8，二者通过燃烧器8在炉内混合，使燃料稳定高效燃烧。

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和煤粉分配器7的阻力由磨煤机5自身的提升压头提供，乏气流经乏气过滤器27与乏气冷却器30及相应管道的阻力由乏气风机提供。

本系统具有褐煤高温烟气干燥、制粉、脱水、直接燃烧相结合的系统技术，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。本高效褐煤提质制粉系统专利具有以下特点：

(1)适应于30％以水分的低热值的劣质褐煤；

(2)炉烟干燥及水回收储仓式风扇磨热风送粉制粉系统采用高温烟气和冷烟作为干燥剂，对褐煤进行干燥，而混合热风作为干燥剂，干燥中的氧含量比较高，因此，经常引发爆燃事故。本系统采用高温烟气和冷烟作为干燥剂氧含量极低，避免了在干燥破碎过程中的爆燃事故的发生。

(3)本系统采用乏气分离器后的热风送粉技术，因此，可适当提高风扇磨煤机后的出口温度，这样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)本系统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)本系统褐煤中的95％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)本系统，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；对乏气中可燃挥发份气体较少的没有燃烧价值的，通过换热后直接进脱硫塔处理，以保护环境。

(7)本系统褐煤中的95％水分以水蒸汽状态随乏气进入乏气冷却器，经乏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400吨计，褐煤的全水分为40％，可回收280万吨以上的水，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)本系统乏气冷却器不仅节水，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)本系统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)本系统采用对高水分褐煤，在磨煤机前进行预干燥，提高了褐煤磨干燥出力。

(11)本系统在原煤自动称重后，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 (2)

1.一种炉烟干燥及水回收储仓式风扇磨热风送粉制粉系统，包括锅炉，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冷烟风机，所述冷烟风机连通锅炉的设在烟道尾部烟气除尘器，所述混合室的出气口再连通下行干燥管，所述锅炉烟道旁设有送风机，该送风机与设于烟道内的空气预热器连通，其特征在于：所述粗粉分离器和煤粉分配器之间还依次设有乏气分离器、煤粉仓、给粉机和煤粉混合器，所述乏气分离器上部具有乏气出口，该乏气出口连通乏气过滤器，所述乏气过滤器的出煤口再连通煤粉仓，乏气分离器的出气口连通一乏气风机，该乏气风机再连通脱硫塔；所述空气预热器还连通煤粉混合器。

2.根据权利要求1所述的炉烟干燥及水回收储仓式风扇磨热风送粉制粉系统，其特征在于：所述乏气风机和脱硫塔之间还设有乏气冷却器。