CN103822439B - 一种利用电站余热对褐煤进行预干燥的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用电站余热对褐煤进行预干燥的系统，包括两级干燥系统，第一级干燥系统包括第一级干燥器，循环风机通过空气加热器与第一级干燥器连接，第一级干燥器与第一除尘器、除湿器连接，第一除尘器与引风机相连，除湿器与循环风机连接，送风机与循环风机连接；第二级干燥系统包括第二级干燥器，第二级干燥器与锅炉尾部烟道抽气口连接，第二级干燥器与第二除尘器连接。本发明还提供了一种利用电站余热对褐煤进行预干燥的方法。本发明提供的装置克服了现有技术的不足，能够对褐煤进行分级干燥，有效去除褐煤的内在水和外在水，干燥充分，并且直接利用烟气余热，热能回收利用效率高，有效提高了褐煤干燥过程的安全性和褐煤电站发电效率。

Description

一种利用电站余热对褐煤进行预干燥的系统及方法

技术领域

本发明涉及一种电站高水分褐煤干燥及电站中余热回收的系统和方法，属于燃煤火力发电技术领域。

背景技术

褐煤是一种低阶煤，其特点是水分含量高、挥发分含量高、发热量低、易自燃、易风化，褐煤的全水分一般在30％～60％，挥发分一般大于40％。高水分含量对褐煤的运输、存放、磨制以及燃烧都造成了一定的困难，是制约褐煤在火力发电领域应用的主要因素。

高水分的褐煤燃烧前，需要将其中水分干燥。现有褐煤电站大都是在磨煤机中对褐煤进行干燥。褐煤在磨煤机中进行干燥时，通常在锅炉的炉膛或尾部烟道抽取大量的高温烟气作为热源。干燥过程产生的水蒸气随煤粉及干燥尾气由燃烧器进入炉膛，使得锅炉燃烧温度下降，造成锅炉燃烧不稳定，同时烟气量增加，排烟热损失增大，锅炉热效率降低，发电效率下降。烟气量增大导致尾部受热面的磨损和腐蚀问题增加，同时尾气处理成本升高。另一方面，褐煤在磨煤机中磨制时，较高的水分会使煤的可磨性变差，磨煤机干燥出力和研磨出力不易匹配，造成磨煤成本增加，煤粉质量下降，磨煤机工作的可靠性大大降低。

在褐煤被送进锅炉和制粉系统前对其进行干燥处理，可以大大降低磨煤成本、提高燃烧和发电效率。干燥后的褐煤燃烧稳定。

但干燥是一种高耗能的过程，如果不针对褐煤电站开发节能高效的干燥系统，而只是单纯地使用燃烧产生的高温烟气来干燥褐煤中的水分，无益于整体发电效率的提高，反而会使系统更复杂，增加运行费用。因此开发先进而高效的褐煤干燥技术及设备，对于提高褐煤的使用价值和市场竞争力，降低褐煤电站发电成本具有重要意义。

电站中有大量的余热资源及低品位能源，它们通常得不到有效的利用，而白白排放到环境中去。因此，有必要针对电站中不同的余热资源对褐煤进行预干燥的可行性与经济性进行研究。

对于火力发电机组，锅炉热损失是电厂生产过程中由燃料燃烧及热能换热设备、用能设备和化学反应设备产生而未被用尽的能量资源。排烟热损失是目前电厂锅炉最主要的一项热损失。对于大中型锅炉，约为4％～8％，小型锅炉比例更高。影响排烟热损失的主要因素是排烟温度和烟气容积，排烟温度的高低直接影响排烟热损失的大小。

目前电站锅炉尾部烟气处理系统将普遍加装脱硫系统，对于需安装湿法脱硫系统的机组，不论排烟温度高低，都要通过喷水将排烟温度降低到85℃左右，然后进入脱硫塔。这意味着从运行排烟温度到85℃之间的全部烟气热量都被丢弃了。湿法脱硫工艺吸收塔出口烟气为50℃左右的湿饱和状态。把排烟温度的运行值到85℃的区域视为新的余热资源，若最大限度地回收这部分低品位烟气余热，即可实现深度节能。大多数锅炉排放的烟气温度为130～180℃，含有SO₂的烟气经除尘脱硫装置净化后，其温度将降到40～60℃，且其中充满了饱和水蒸气。

采用凝汽式透平机组发电时，燃料的热能中仅28％～30％转变为电能，除动力厂本身消耗的10％～12％，其余58％～60％都由冷凝液带走，热量未能充分利用，而热量用户却需要另外消耗燃料，不仅能量没有充分利用，而且增加了投资，显然极不合理。总能系统通过抽气背压透平或背压式透平发电，抽汽或排汽用于干燥褐煤。

排烟余热是一个潜力巨大的余热源，如何降低锅炉排烟温度，合理利用排烟余热是锅炉尾部烟气余热利用研究的关键。因此，研究锅炉烟气余热利用方案的可行性，并分析方案中各参数对经济性的影响，实现锅炉烟气余热梯级利用，对节约能源，保护环境具有重大的意义。目前国内外烟气余热回收装置种类繁多，利用排烟余热对褐煤中的水分进得预干燥不失为一种行之有效的余热利用方法。如果能够利用锅炉排烟中的热能，对褐煤进行预干燥，将褐煤水分降低到较低的水平，可以大幅度降低排烟温度，提高锅炉热效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够对褐煤进行分级干燥，有效去除褐煤的内在水和外在水，干燥充分，并且直接利用烟气余热，热能回收利用效率高，有效提高褐煤干燥过程的安全性的利用电站余热对褐煤进行预干燥的系统及方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种利用电站余热对褐煤进行预干燥的系统，其特征在于：包括用于脱除褐煤外在水的第一级干燥系统和用于脱除褐煤内在水的第二级干燥系统，褐煤依次经过第一级干燥系统和第二级干燥系统；

第一级干燥系统包括第一级干燥器，循环风机的一端设有空气进入口，循环风机的另一端与空气加热器连接，空气加热器的空气出口端与第一级干燥器连接，第一级干燥器的尾气排放出口与第一除尘器连接，第一除尘器的出口与引风机相连；第一级干燥器的尾气循环出口与除湿器连接，除湿器的另一端通过空气管道与循环风机的空气进入口连接，送风机的空气出口与循环风机的空气出口连接；

第二级干燥系统包括第二级干燥器，第二级干燥器与锅炉尾部烟道抽气口连接，第二级干燥器的尾气出口与第二除尘器连接，第二除尘器的空气出口与后续烟气处理装置连接。

优选地，所述空气加热器的加热介质入口连接汽轮机低压缸抽汽口。

优选地，所述空气加热器的加热介质出口连接电站凝结水的回水位置，所述空气加热器内的凝结水从回水位置处返回电站汽水循环系统中。

优选地，所述除湿器使用来自电站冷却塔的冷却水作为冷却介质，冷却水的水温低于环境温度；所述除湿器包括喷淋器，将冷却水喷入除湿器对所述第一级干燥器尾气循环出口出来的空气尾气进行除湿除尘。

优选地，所述第一级干燥器和第二级干燥器分别是流化床干燥器、固定床干燥器或带式干燥器中的其中一种。

优选地，所述第一除尘器和第二除尘器分别是袋式除尘器、旋风除尘器或电除尘器中的其中一种。

本发明还提供了一种利用电站余热对褐煤进行预干燥的方法，采用上述利用电站余热对褐煤进行预干燥的系统，其特征在于：该方法由以下5个步骤组成：

步骤1：空气通过循环风机进入空气加热器，在空气加热器内与来自汽轮机低压缸抽汽口的蒸汽进行热交换，空气被加热；

步骤2：被加热后的空气进入第一级干燥器，对褐煤进行干燥；

步骤3：褐煤干燥后的空气尾气分成两部分，一部分经第一级干燥器的尾气排放出口进入第一除尘器，第一除尘器将该部分空气尾气中携带的煤粉分离，除尘净化后的尾气通过引风机的尾气排放口排放到大气中，并由引风机控制其流量；其余部分的空气尾气通过第一级干燥器的尾气循环出口进入除湿器进行除尘除湿；

步骤4：新空气通过送风机送入空气管道并与通过除湿器除尘除湿后的气体混合后由循环风机提供动力，开始下一循环的干燥；

褐煤经过第一级干燥器的褐煤出口进入第二级干燥器，直接抽取锅炉尾部烟气进入第二级干燥器对褐煤进行干燥；

步骤5：第二级干燥器中对褐煤干燥后的烟气尾气进入第二除尘器，经过第二除尘器除尘后的尾气送至后续烟气处理装置。

优选地，所述步骤1中，空气被加热至80～90℃。

优选地，所述步骤4中，锅炉尾部烟气温度为100～150℃。

本发明是对特定的不同煤质的褐煤煤种进行一系列的干燥理论及实验的基础研究后确定的最佳干燥形式，适用于大型电站的褐煤预干燥系统，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)采用两级干燥系统对褐煤进行分级干燥，第一级干燥系统主要用于去除褐煤的外在水，第二级干燥系统主要用于去除褐煤的内在水，干燥充分；

2)采用烟气直接接触褐煤进行干燥，由于烟气温度较低，含氧量少，极大地降低了干燥过程中褐煤燃烧及爆炸的危险，提高了系统的安全性；

3)利用锅炉排烟的烟气余热进行干燥，充分利用烟气余热；

4)将通过空气加热器的空气对褐煤除湿后循环利用，减少了用于加热空气的汽轮机抽汽量，从而节约了这部分热量；

5)干燥空气部分循环利用，减少了空气用量以及干燥尾气排放量；

6)降低水分后的褐煤进入锅炉燃烧，可使降低烟气中的水蒸气含量，减小烟气量，缓解锅炉尾部受热面的磨损和腐蚀，同时降低尾部烟气净化处理费用；

7)对于新建锅炉，可设计更小的炉膛尺寸，降低建设初投资；

8)使用干燥后的褐煤，可降低对磨煤机干燥出力的要求，使用运行和维护费用较低、可靠性更高的中速磨煤机系统，进一步可以提高褐煤电站发电效率大约1个百分点，原煤消耗下降大约5％。

本发明提供的装置克服了现有技术的不足，能够对褐煤进行分级干燥，有效去除褐煤的内在水和外在水，干燥充分，并且直接利用烟气余热，热能回收利用效率高，有效提高了褐煤干燥过程的安全性和褐煤电站发电效率。

附图说明

图1为实施例1中利用电站余热对褐煤进行预干燥的系统原理图；

图2为实施例2中利用电站余热对褐煤进行预干燥的系统原理图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以两个优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

实施例1

图1为本实施例中利用电站余热对褐煤进行预干燥的系统原理图，所述的利用电站余热对褐煤进行预干燥的系统分为两级，包括第一级干燥系统和第二级干燥系统，分别以空气和锅炉尾部排烟为干燥介质。图1中，锅炉1连接汽轮机2，汽轮机2连接凝汽器3，A为褐煤，B为湿煤，C为干煤。

第一级干燥系统包括第一级干燥器6、空气加热器7、循环风机8、除湿器9、第一除尘器10、送风机11、引风机12。其中，干燥介质为空气，空气一部分来自周围环境，一部分来自第一级干燥器6尾气的循环利用。

环境中的空气由空气管道上的新风补充口进入，与循环的尾气混合后进入循环风机8，循环风机8的一端设有空气进入口，循环风机8的空气出口端与空气加热器7的空气入口端连接，空气被空气加热器7加热，空气加热器7的空气出口端与第一级干燥器6的空气入口端连接。空气加热器7可以采用热交换器的形式，以汽轮机低压缸内的蒸汽为加热介质，空气加热器7的加热介质入口连接至汽轮机2低压缸抽汽口，蒸汽与空气进行热交换后，空气可以被加热至80～90℃。经过加热的空气进入第一级干燥器6对褐煤进行干燥，这样就主要实现了脱除褐煤的外在水的目的。空气加热器7的加热介质出口连接至电站凝结水的回水位置，空气加热器内的凝结水从回水位置处返回电站汽水循环系统中。经过干燥后的褐煤由第一级干燥器6的褐煤出口进入第二级干燥器5。褐煤干燥后的尾气由第一级干燥器6的尾气出口排出，第一级干燥器6设有尾气排放口和尾气循环出口，其尾气排放口与第一除尘器10连接，其尾气循环出口与除湿器9连接。第一除尘器10将一部分尾气携带的煤粉分离，分离后的煤粉经收集后输送至制粉系统。第一除尘器10的尾气出口与引风机12连接，引风机12用于控制尾气的排放量。循环尾气进入除湿器9中，尾气中的水分在除湿器9中被冷凝并排出。除湿器9使用来自冷却塔的冷却水作为冷却介质，冷却水的水温略低于环境温度，采用喷淋方式，将冷却水喷入除湿器，降低了除湿器中的空气温度，由于循环空气的湿度很高，因此降低温度会使得循环空气中的部分水蒸气冷凝下来，同时也实现了湿式除尘的效果。除湿器9的另一端通过空气管道与循环风机8的空气进入口连接，循环风机8的出口和送风机11的出口端、空气加热器7的空气入口连接。

尾气经除尘和除湿后形成为蒸汽含量低的空气，从而形成空气循环利用。经过送风机11送入的新空气与空气管道内的气体混合后由循环风机8提供动力，开始下一循环的干燥。

第二级干燥系统由第二级干燥器5、第二除尘器4构成。其中，干燥介质为锅炉尾部排烟，直接抽取锅炉尾部烟气，烟气温度为100～150℃，烟气进入第二级干燥器5对褐煤继续干燥，主要完成对褐煤内在水的脱除。第二级干燥器5与锅炉1尾部烟道抽气口连接，第二级干燥器5的尾气出口与第二除尘器4连接，第二除尘器4设有尾气排放口，烟气尾气经第二除尘器4的尾气排放口送入后续烟气处理装置。

第一级干燥器6和第二级干燥器5分别是流化床干燥器、固定床干燥器或带式干燥器的其中一种。第一除尘器10和第二除尘器4分别是袋式除尘器、旋风除尘器或电除尘器的其中一种。

实施例2

图2为本实施例中利用电站余热对褐煤进行预干燥的系统原理图，所述的利用电站余热对褐煤进行预干燥的系统分为两级，包括第一级干燥系统和第二级干燥系统，分别以锅炉尾部排烟和空气为干燥介质。图1中，锅炉1连接汽轮机2，汽轮机2连接凝汽器3，A为褐煤，B为湿煤，C为干煤。

第一级干燥系统由第一级干燥器6、第二除尘器4构成。其中，干燥介质为锅炉尾部排烟，直接抽取锅炉尾部烟气，烟气温度为100～150℃，烟气进入第一级干燥器6对褐煤干燥，主要实现脱除褐煤的外在水的目的。第一级干燥器6与锅炉1尾部烟道抽气口连接，第一级干燥器6的尾气出口与第二除尘器4连接，第二除尘器4设有尾气排放口，烟气尾气经第二除尘器4的尾气排放口送入后续烟气处理装置。经过干燥后的褐煤由第一级干燥器6的褐煤出口进入第二级干燥器5。

第二级干燥系统包括第二级干燥器5、空气加热器7、循环风机8、除湿器9、第一除尘器10、送风机11、引风机12。其中，干燥介质为空气，空气一部分来自周围环境，一部分来自第二级干燥器5尾气的循环利用。

环境中的空气由空气管道上的新风补充口进入，与循环的尾气混合后进入循环风机8，循环风机8的一端设有空气进入口，循环风机8的空气出口端与空气加热器7的空气入口端连接，空气被空气加热器7加热，空气加热器7的空气出口端与第二级干燥器5的空气入口端连接。空气加热器7可以采用热交换器的形式，以汽轮机低压缸内的蒸汽为加热介质，空气加热器7的加热介质入口连接至汽轮机2低压缸抽汽口，蒸汽与空气进行热交换后，空气可以被加热至80～90℃。经过加热的空气进入第二级干燥器5对褐煤进行干燥，主要完成对褐煤内在水的脱除。空气加热器7的加热介质出口连接至电站凝结水的回水位置，空气加热器内的凝结水从回水位置处返回电站汽水循环系统中。褐煤干燥后的尾气由第二级干燥器5的尾气出口排出，第二级干燥器5设有尾气排放口和尾气循环出口，其尾气排放口与第一除尘器10连接，其尾气循环出口与除湿器9连接。第一除尘器10将一部分尾气携带的煤粉分离，分离后的煤粉经收集后输送至制粉系统。第一除尘器10的尾气出口与引风机12连接，引风机12用于控制尾气的排放量。循环尾气进入除湿器9中，尾气中的水分在除湿器9中被冷凝并排出。除湿器9使用来自冷却塔的冷却水作为冷却介质，冷却水的水温略低于环境温度，采用喷淋方式，将冷却水喷入除湿器，降低了除湿器中的空气温度，由于循环空气的湿度很高，因此降低温度会使得循环空气中的部分水蒸气冷凝下来，同时也实现了湿式除尘的效果。除湿器9的另一端通过空气管道与循环风机8的空气进入口连接，循环风机8的出口和送风机11的出口端、空气加热器7的空气入口连接。

尾气经除尘和除湿后形成为蒸汽含量低的空气，从而形成空气循环利用。经过送风机11送入的新空气与空气管道内的气体混合后由循环风机8提供动力，开始下一循环的干燥。

第一级干燥器6和第二级干燥器5分别是流化床干燥器、固定床干燥器或带式干燥器中的其中一种。第一除尘器10和第二除尘器4分别是袋式除尘器、旋风除尘器或电除尘器中的其中一种。

综上，本发明提供的利用电站余热对褐煤进行预干燥的系统，采用两级干燥系统对褐煤进行分级干燥，完成了对褐煤的外在水和内在水的脱除，干燥充分，从而有利于降低烟气中的水蒸气含量，减小烟气量，缓解锅炉尾部受热面的磨损和腐蚀，同时降低尾部烟气净化处理费用，并且可降低对磨煤机干燥出力的要求，使用运行和维护费用较低、可靠性更高的中速磨煤机系统，进一步可以提高褐煤电站发电效率大约1个百分点，原煤消耗下降大约5％，此外，对于新建锅炉，可设计更小的炉膛尺寸，降低建设初投资。而且，在本发明中，采用烟气直接接触褐煤进行干燥，由于烟气温度较低，含氧量少，极大地降低了干燥过程中褐煤燃烧及爆炸的危险，提高了该系统的安全性。利用锅炉排烟的烟气余热进行干燥，提高热能利用率；并且将通过空气加热器的空气对褐煤干燥后循环利用，进一步提高了能源的利用率。

通过经济性比较及可行性论证表明，本发明提供的利用电站余热对褐煤进行预干燥的系统，可以转入中试试验阶段，以对该系统工程应用中的可靠性、煤种的适应性、工程造价以及真实的运行成本进行更进一步的研究和优化，最终实现真正的工业化。

Claims (8)

1.一种利用电站余热对褐煤进行预干燥的系统，其特征在于：包括用于脱除褐煤外在水的第一级干燥系统和用于脱除褐煤内在水的第二级干燥系统，褐煤依次经过第一级干燥系统和第二级干燥系统；

第一级干燥系统包括第一级干燥器(6)，循环风机(8)的一端设有空气进入口，循环风机(8)的另一端与空气加热器(7)连接，空气加热器(7)的空气出口端与第一级干燥器(6)连接，第一级干燥器(6)的尾气排放出口与第一除尘器(10)连接，第一除尘器(10)的出口与引风机(12)相连；第一级干燥器(6)的尾气循环出口与除湿器(9)连接，除湿器(9)的另一端通过空气管道与循环风机(8)的空气进入口连接，送风机(11)的空气出口与循环风机(8)的空气出口连接；

第二级干燥系统包括第二级干燥器(5)，第二级干燥器(5)与锅炉(1)尾部烟道抽气口连接，第二级干燥器(5)的尾气出口与第二除尘器(4)连接，第二除尘器(4)的空气出口与后续烟气处理装置连接；

所述空气加热器(7)的加热介质入口连接汽轮机(2)低压缸抽汽口。

2.如权利要求1所述的一种利用电站余热对褐煤进行预干燥的系统，其特征在于：所述空气加热器(7)的加热介质出口连接电站凝结水的回水位置，所述空气加热器(7)内的凝结水从回水位置处返回电站汽水循环系统中。

3.如权利要求1所述的一种利用电站余热对褐煤进行预干燥的系统，其特征在于：所述除湿器(9)使用来自电站冷却塔的冷却水作为冷却介质，冷却水的水温低于环境温度；所述除湿器(9)包括喷淋器，将冷却水喷入除湿器对所述第一级干燥器(6)尾气循环出口出来的空气尾气进行除湿除尘。

4.如权利要求1所述的一种利用电站余热对褐煤进行预干燥的系统，其特征在于：所述第一级干燥器(6)和第二级干燥器(5)分别是流化床干燥器、固定床干燥器或带式干燥器中的其中一种。

5.如权利要求1所述的一种利用电站余热对褐煤进行预干燥的系统，其特征在于：所述第一除尘器(10)和第二除尘器(4)分别是袋式除尘器、旋风除尘器或电除尘器中的其中一种。

6.一种利用电站余热对褐煤进行预干燥的方法，采用如权利要求1所述的利用电站余热对褐煤进行预干燥的系统，其特征在于：该方法由以下5个步骤组成：

步骤1：空气通过循环风机(8)进入空气加热器(7)，在空气加热器(7)内与来自汽轮机(2)低压缸抽汽口的蒸汽进行热交换，空气被加热；

步骤2：被加热后的空气进入第一级干燥器(6)，对褐煤进行干燥；

步骤3：褐煤干燥后的空气尾气分成两部分，一部分经第一级干燥器(6)的尾气排放出口进入第一除尘器(10)，第一除尘器(10)将该部分空气尾气中携带的煤粉分离，除尘净化后的尾气通过引风机(12)的尾气排放口排放到大气中，并由引风机(12)控制其流量；其余部分的空气尾气通过第一级干燥器(6)的尾气循环出口进入除湿器(9)进行除尘除湿；

步骤4：新空气通过送风机(11)送入空气管道并与通过除湿器(9)除尘除湿后的气体混合后由循环风机(8)提供动力，开始下一循环的干燥；

褐煤经过第一级干燥器(6)的褐煤出口进入第二级干燥器(5)，直接抽取锅炉(1)尾部烟气进入第二级干燥器(5)对褐煤进行干燥；

步骤5：第二级干燥器(5)中对褐煤干燥后的烟气尾气进入第二除尘器(4)，经过第二除尘器(4)除尘后的尾气送至后续烟气处理装置。

7.如权利要求6所述的一种利用电站余热对褐煤进行预干燥的方法，其特征在于：所述步骤1中，空气被加热至80～90℃。

8.如权利要求6所述的一种利用电站余热对褐煤进行预干燥的方法，其特征在于：所述步骤4中，锅炉(1)尾部烟气温度为100～150℃。