CN103090642A - 颗粒状物料的回热式固定床干燥工艺及装置 - Google Patents

Abstract

一种颗粒状物料的回热式固定床干燥工艺及装置，将待干燥颗粒物料置于封闭的固定床内，用外界热源预热待干燥颗粒物料到需要温度，将待干燥颗粒物料的待脱除组分蒸发为蒸汽；抽取所述的蒸气加压到对应干燥颗粒物料需要温度的饱和蒸汽压力，送入固定床内的间壁冷凝器冷凝间接加热干燥颗粒物料，维持物料干燥所需温度和热消耗，脱除组分蒸汽冷凝为液体后排出；因热散失和物料干燥脱除组分蒸发与冷凝潜热不对等而引起热量不足时，用所述的外界热源进程补充。本发明的优点是：排放极少，总能耗低，运转机械少，可靠性更高，结构简单，封闭低温干燥，褐煤不接触空气，温度低挥发少，不会出现燃烧爆炸情况，更为安全。

Description

颗粒状物料的回热式固定床干燥工艺及装置

技术领域

本发明涉及一种颗粒状物料的回热式固定床干燥工艺，以及实施该工艺所使用的回热式固定床干燥装置，主要用于褐煤等颗粒状物料的干燥。 

背景技术

褐煤是一种高水分、高灰分、高挥发分、低热值、低灰熔点、污染重且利用率相对较低的资源，褐煤含水30%-50%，造成褐煤热值低、燃点低和二氧化碳排放量大，直接燃烧未提质的褐煤原煤，会产生严重的环境污染问题，增加电厂和煤化工项目的建设和运行的成本；同时，较高的含水量导致褐煤运输费用增加。 

褐煤含水分为外在水、毛细水、吸附水和结晶水，在100℃-110℃条件下，可以脱除褐煤的外在水、毛细水以及部分吸附水，褐煤热值提高约40%以上，这个过程为干燥过程；再升高到150℃以上，可以脱除结晶水，并引起褐煤结构改变，这个过程为褐煤提质；对于褐煤来说，干燥是一切利用的基础。 

褐煤脱除水分的方法有：蒸发干燥和非蒸发干燥；非蒸发干燥包括热--压脱水和溶剂置换脱水，非蒸发脱水的操作条件要求高和脱水费效比较差，设备复杂昂贵；非蒸发脱水方法同时还有提质功能，对于仅需要干燥即可的场合过于浪费，并且脱水效果不佳，市场应用不好。 

褐煤蒸发干燥方法有：热烟气直接干燥和间接干燥、蒸汽干燥、热泵干燥。 

燃煤烟气直接接触干燥：有链板式、移动床式、转筒式干燥机，其缺点为单机处理量小、占地面积大、投资高、排放大、污染大，温度控制难，因高挥发分易挥发可燃气体，易自燃爆炸发生事故；燃煤烟气间接干燥的设备体积大、传热效果差、效率极低而少有采用。 

蒸汽干燥包括回转管式干燥技术和蒸汽流化床干燥技术，回转管式和流化床的作用主要是均匀化物料，两种技术都以压力为0.15MPa--0.8MPa饱和蒸汽为加热介质的间接加热干燥器，将煤加热使水分蒸发，并利用和煤一起进入干燥器的空气或蒸汽作为脱水介质，通过除尘器将煤粉分离，排入大气，缺点是蒸发褐煤中水分的热量来自于蒸汽潜热，蒸汽耗量大于需脱水量，能耗高，尾气排放量大，流化床技术维持流化状态时电力消耗大。 

为了降低蒸汽或能量消耗，并回收物料脱水蒸发的蒸汽潜热，降低能耗，专利申请号为201210241064.1的《一种褐煤干燥提质系统》专利申请提出，将压缩式热泵应用到蒸发脱水干燥工艺中，以电能驱动热泵加热物料，热源为褐煤脱水蒸发的混合蒸汽，其他设备同现有设备；同发明人提出的另一专利申请号为201210241188.X的《一种集成吸收式热泵的褐煤干燥发电系统》专利申请提出，将吸收式热泵应用到蒸发脱水干燥工艺中，以更高品质、更高温度的热源驱动热泵加热物料，低温热源为褐煤脱水蒸发的混合蒸汽，其他设备同现有设备；以上两项专利可以降低总能耗，但是都以消耗了更高品位能源为代价，从能源价值方面来讲并不理想，并且热泵系统的加入使得设备造价大幅提高、复杂程度和故障率升高，经济性和实用性不好。 

综上所述，已有的干燥工艺均存在能量消耗大、排放大、设备复杂、设备昂贵等缺点。 

 发明内容 

本发明目的是提供一种回热式固定床干燥工艺及装置，以解决现有技术干燥工艺及装置均存在的能量消耗大、排放大、设备复杂、设备昂贵等的问题。

本发明的技术方案是：一种颗粒状物料的回热式固定床干燥工艺，其特征是：包括以下步骤： 

（1）预热：将待干燥颗粒物料置于封闭的固定床内，用外界热源预热待干燥颗粒物料到需要温度，将待干燥颗粒物料的待脱除组分蒸发为蒸汽；

（2）蒸气的利用：抽取所述的蒸气加压到对应干燥颗粒物料需要温度的饱和蒸汽压力，送入固定床内的间壁冷凝器冷凝间接加热干燥颗粒物料，维持物料干燥所需温度和热消耗，脱除组分蒸汽冷凝为液体后排出；

（3）热源补充：因热散失和物料干燥脱除组分蒸发与冷凝潜热不对等而引起热量不足时，用所述的外界热源进程补充。

    所述的步骤（2）采用风机或压缩机加压设备从固定床上部的抽汽口抽出脱除组分蒸汽；步骤（3）中的外界热源通过控制热源控制阀门向所述的间壁冷凝器补充热源。 

    自动控制设备的控制方法为：以固定床内干燥颗粒物料脱除组分的蒸汽压力为控制目标；在压力低于设定值时，减小抽汽口抽出脱除组分蒸汽速率或补充热消耗；在压力高于设定值时，增大抽汽口抽出脱除组分蒸汽速率。 

    在加热待干燥颗粒物料待脱除组分蒸发时，在蒸汽流动推动下，不凝气体会积聚在间壁冷凝器的排液口的不凝气体抽气管内，采用温度动力单元自动开启自力式控制阀，抽出不凝气体；抽出不凝气体后，不凝气体抽气管内充入蒸汽，蒸汽冷凝放热，不凝气体抽气管的温度升高，自力式控制阀的温度动力单元动作，关闭自力式控制阀，完成不凝气体抽出。 

一种实现所述的颗粒状物料的回热式固定床干燥工艺的干燥装置，包括预热和补充热源、风机或压缩机加压设备、管路、以及自动控制辅助设备，其特征是：带有进料口和卸料口的封闭的固定床，固定床封闭外壁上开抽汽口，进料口和卸料口带有封闭盖；固定床内置间壁式冷凝器，间壁式冷凝器设进汽口和排液口，间壁式冷凝器进汽口和排液口通过管道引出固定床；管道连接固定床抽汽口、风机或压缩机加压设备、间壁式冷凝器进汽口；预热和补充热源通过管道连接到间壁式冷凝器进气口；间壁式冷凝器排液口管道设有排液控制装置。 

两个干燥装置串联使用，一个干燥装置工作温度处于低位，另一个干燥装置工作温度处于高位，管道连接低位干燥装置固定床抽汽口、风机或压缩机加压设备、高位干燥装置间壁式冷凝器进汽口，高位干燥装置抽汽口管道连接低位干燥装置间壁式冷凝器进汽口，组成双效装置。 

所述的间壁式冷凝器排液口管道排液的液位之上引出不凝气体抽气管，不凝气体抽气管管端设有自力式控制阀，自力式控制阀的启闭控制为温度动力单元。 

预热和补充热源为蒸汽，蒸汽工质与物料待脱除组分相同。 

在所述的固定床的外壁设有保温层。 

本发明的优点是：本发明的褐煤等物料的干燥是封闭的，脱水蒸发的蒸汽同时也是干燥装置工作介质，相对已有技术，排放极少，预热能耗和加压设备能耗或者总能耗也低于已有技术，运转机械也远少于现有技术，可靠性更高，更为简单，并且封闭低温干燥，褐煤不接触空气，温度低挥发少，不会出现燃烧爆炸情况，更为安全。 

附图说明

图1是本发明单套装置实施例的总体结构示意图； 

图2是本发明双套装置实施例的总体结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明的回热式固定床干燥装置的基本组成包括：颗粒状物料1，固定床2，封闭外壁上开的抽汽口21，间壁式冷凝器3，间壁式冷凝器3的进气口31，间壁式冷凝器3的排液口32，风机或压缩机加压设备4， 预热和补充热源5，热源控制阀门51，22为进料口，221为进料口封闭盖，23为卸料口，231为卸料口封闭盖，321为排液控制装置，322为不凝气体抽气管，3221为自力式控制阀，4为风机或压缩机加压设备，6为自动控制设备，61为控制信号采集装置，62为加压设备4的控制装置，63为热源控制阀门51的控制装置，7为各连接管道，8为供料装置，9为卸料运输装置。 

在所述的固定床2的外壁设有保温层（未图示）。 

在固定床2的人上端和下端分别设有进料口22和卸料口23，在进料口22和卸料口23分别装有可以自动控制开关的封闭盖221和封闭盖231。固定床2的上部的封闭外壁上开有抽汽口21，固定床2内置间壁式冷凝器3，间壁式冷凝器3的上下端分别设有进汽口31和排液口32，进汽口31和排液口32通过管道7引出固定床2；管道7连接固定床抽汽口21、风机或压缩机加压设备4（其出口设有向外导通的单向阀）、间壁式冷凝器进汽口31、预热和补充热源5通过管道连接到间壁式冷凝器3的进气口31；间壁式冷凝器3排液口32管道设有排液控制装置321。 

排液控制装置321为现有技术，其作用一是控制排液和液位，在排液端口形成液体水封，不使间壁式冷凝器3直通外部大气环境；二是间歇排空，为提升间壁式冷凝器3的性能或在初始工作时，排出混有不凝气体的蒸汽或污物。 

所述的两个干燥装置串联使用，一个干燥装置LS工作温度处于低位，另一个干燥装置HS工作温度处于高位，管道7连接低位干燥装置LS固定床抽汽口21、风机或压缩机加压设备4、高位干燥装置HS间壁式冷凝器进汽口H31，高位干燥装置HS抽汽口21由管道7连接低位干燥装置LS间壁式冷凝器3进汽口L31，组成双效装置。LS为低位干燥装置，HS为高位干燥装置，1是颗粒状物料，2是固定床，21为封闭外壁上开的抽汽口，22为进料口，221为进料口封闭盖，23为卸料口，231为卸料口封闭盖，3为间壁式冷凝器，L31为低位干燥装置LS的间壁式冷凝器的进气口，H31为低位干燥装置HS的间壁式冷凝器的进气口，32为间壁式冷凝器的排液口，321为排液控制装置，322为不凝气体抽气管，3221为自力式控制阀，4为风机或压缩机加压设备，5为预热和补充热源，51为热源控制阀门，6为自动控制设备，61为控制信号采集装置，62为加压设备4的控制装置，63为热源控制阀门L51和H51的控制装置。 

自动控制设备6的控制方法为：以固定床2内干燥颗粒物料1脱除组分的蒸汽压力为控制目标；在压力低于设定值时，减小抽汽口21抽出脱除组分蒸汽速率或以热源5补充热消耗；在压力高于设定值时，增大抽汽口21抽出脱除组分蒸汽速率。 

所述的回热式固定床干燥装置，间壁式冷凝器3排液口32管道排液的液位之上引出不凝气体抽气管322，不凝气体抽气管322管端设有自力式控制阀3221，自力式控制阀的启闭控制为温度动力单元。 

温度动力单元为现有技术，温度动力单元也称温包，是感温元件，是感温自力式控制阀的自动执行元件，温度变化引起温度动力单元内材料的收缩和膨胀，产生位移变化，从而推动阀门的开启和关闭。 

所述的回热式固定床干燥装置，预热和补充热源5为蒸汽，蒸汽工质与物料1待脱除组分相同。 

本发明的工作过程： 

参见图1，供料装置8把原料处理成合适颗粒度的待干燥颗粒物料1，固定床2卸料口23的卸料口封闭盖231关闭，待干燥颗粒物料1通过固定床2的进料口22装入固定床2内，关闭进料口封闭盖221，开启预热和补充热源5的热源控制阀门51，热源蒸汽通过进气口31送入固定床2内间壁式冷凝器3，预热待干燥颗粒物料1，在待干燥颗粒物料1达到需要温度，待干燥颗粒物料1待脱除组分蒸发，关闭或调整热源控制阀门51，开启风机或压缩机加压设备4，通过抽汽口21抽取该组分蒸汽，并加压到对应干燥颗粒物料1需要温度的饱和蒸汽压力，组分蒸汽通过进气口31送入固定床2内间壁冷凝器3，冷凝加热干燥颗粒物料1保持待脱除组分蒸发，冷凝为液体的脱除组分从排液口32排出，形成自持性循环；控制设备6通过控制信号采集装置61监测固定床2内的压力变化，在压力低于设定值时，控制风机或压缩机加压设备4减小从抽汽口21抽出脱除组分蒸汽速率，或控制热源控制阀门51以热源5补充热消耗，在压力高于设定值时，控制风机或压缩机加压设备4增大抽汽口21抽出脱除组分蒸汽速率；在加热待干燥颗粒物料1待脱除组分蒸发时，不可避免会产生不凝气体，不凝气体会影响间壁式冷凝器3工作，随着蒸汽冷凝，不凝气体析出分离，在蒸汽流动推动下，不凝气体会积聚在排液口32的不凝气体抽气管322内，没有蒸汽的冷凝放热，不凝气体抽气管322温度下降，自力式控制阀3221的温度动力单元动作，开启自力式控制阀3221，抽出不凝气体，抽出不凝气体后，不凝气体抽气管322内充入蒸汽，蒸汽冷凝放热，不凝气体抽气管322的温度升高，自力式控制阀3221的温度动力单元动作，关闭自力式控制阀3221，完成不凝气体抽出；待干燥颗粒物料1达到干燥指标时，停下各设备，打开固定床2卸料口23的卸料口封闭盖231，卸除物料后关闭封闭盖231，装入新物料，开始下一个干燥循环。

图2所示的双效装置的运行步骤同以上步骤，控制设备6通过控制信号采集装置61监测干燥装置LS固定床2内的压力变化，对双效装置风机或压缩机加压设备4的抽汽速率和热源5补充进行控制，两套干燥装置内的温度可自适应和自平衡。 

本发明和已有技术的明显区别是：已有技术对褐煤等物料干燥是开放或半开放的，脱水蒸发的蒸汽被干燥介质或中间介质带走；本发明的褐煤等物料干燥是封闭的，脱水蒸发的蒸汽同时也是干燥装置工作介质，相对已有技术，排放极少，预热能耗和加压设备能耗或者总能耗也低于已有技术，运转机械也远少于现有技术，可靠性更高，更为简单，并且封闭低温干燥，褐煤不接触空气，温度低挥发少，不会出现燃烧爆炸情况，更为安全。 

本发明在对颗粒状物料如褐煤进行脱水时，图1的实施例中的固定床内压力控制目标可设置在比大气压稍高，避免漏入大气以增加能耗和降低传热，比如设置绝对压力为102kPa，此时褐煤蒸发脱水温度在101℃-110℃之间，加压设备将脱水蒸汽升压到170kPa--230kPa，对应蒸汽冷凝温度115℃-125℃，维持冷凝器对物料温差和传热效率，这样的设计，一是可以使固定床造价低、密封简单，二是操作温度低、安全，三是排放低，比现有技术有更佳的经济性。 

在一般情况下，采用图1的实施例结构更简单，操作更为灵活，是较佳的实施方式。 

Claims (9)

1.一种颗粒状物料的回热式固定床干燥工艺，其特征是：包括以下步骤：

（1）预热：将待干燥颗粒物料置于封闭的固定床内，用外界热源预热待干燥颗粒物料到需要温度，将待干燥颗粒物料的待脱除组分蒸发为蒸汽；

（2）蒸气的利用：抽取所述的蒸气加压到对应干燥颗粒物料需要温度的饱和蒸汽压力，送入固定床内的间壁冷凝器冷凝间接加热干燥颗粒物料，维持物料干燥所需温度和热消耗，脱除组分蒸汽冷凝为液体后排出；

（3）热源补充：因热散失和物料干燥脱除组分蒸发与冷凝潜热不对等而引起热量不足时，用所述的外界热源进程补充。

2.根据权利要求1所述的颗粒状物料的回热式固定床干燥工艺，其特征是：

所述的步骤（2）采用风机或压缩机加压设备从固定床上部的抽汽口抽出脱除组分蒸汽；步骤（3）中的外界热源通过控制热源控制阀门向所述的间壁冷凝器补充热源。

3.根据权利要求2所述的颗粒状物料的回热式固定床干燥工艺，其特征是：

自动控制设备的控制方法为：以固定床内干燥颗粒物料脱除组分的蒸汽压力为控制目标；在压力低于设定值时，减小抽汽口抽出脱除组分蒸汽速率或补充热消耗；在压力高于设定值时，增大抽汽口抽出脱除组分蒸汽速率。

4.根据权利要求2所述的颗粒状物料的回热式固定床干燥工艺，其特征是：

在加热待干燥颗粒物料待脱除组分蒸发时，在蒸汽流动推动下，不凝气体会积聚在间壁冷凝器的排液口的不凝气体抽气管内，采用温度动力单元自动开启自力式控制阀，抽出不凝气体；抽出不凝气体后，不凝气体抽气管内充入蒸汽，蒸汽冷凝放热，不凝气体抽气管的温度升高，自力式控制阀的温度动力单元动作，关闭自力式控制阀，完成不凝气体抽出。

5.一种实现权利要求1所述的颗粒状物料的回热式固定床干燥工艺的干燥装置，包括预热和补充热源、风机或压缩机加压设备、管路、以及自动控制辅助设备，其特征是：带有进料口和卸料口的封闭的固定床，固定床封闭外壁上开抽汽口，进料口和卸料口带有封闭盖；固定床内置间壁式冷凝器，间壁式冷凝器设进汽口和排液口，间壁式冷凝器进汽口和排液口通过管道引出固定床；管道连接固定床抽汽口、风机或压缩机加压设备、间壁式冷凝器进汽口；预热和补充热源通过管道连接到间壁式冷凝器进气口；间壁式冷凝器排液口管道设有排液控制装置。

6.根据权利要求5所述的干燥装置，其特征是：两个干燥装置串联使用，一个干燥装置工作温度处于低位，另一个干燥装置工作温度处于高位，管道连接低位干燥装置固定床抽汽口、风机或压缩机加压设备、高位干燥装置间壁式冷凝器进汽口，高位干燥装置抽汽口管道连接低位干燥装置间壁式冷凝器进汽口，组成双效装置。

7.根据权利要求5所述的回热式固定床干燥装置，其特征是：所述的间壁式冷凝器排液口管道排液的液位之上引出不凝气体抽气管，不凝气体抽气管管端设有自力式控制阀，自力式控制阀的启闭控制为温度动力单元。

8.根据权利要求5所述的回热式固定床干燥装置，其特征是：预热和补充热源为蒸汽，蒸汽工质与物料待脱除组分相同。

9.根据权利要求1所述的回热式固定床干燥装置，其特征是：在所述的固定床的外壁设有保温层。

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