CN105241182B - 褐煤干燥系统及其干燥方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种褐煤干燥系统及其干燥方法，包括：粗破装置，用于将褐煤粗破碎至5～50mm；与所述粗破装置相连的预干燥装置，用于预干燥所述粗破碎后的褐煤，使褐煤的含水量降为15～30％；与所述预干燥装置相连的干燥破磨一体化装置，用于对所述预干燥后的褐煤同时进行干燥和破磨处理，使褐煤的含水量降为10～25％、粒度降为10～90μm。该干燥系统和方法不仅提高了资源和能源的利用率，而且减少环境污染，且此褐煤干燥系统较为简单，干燥条件容易实现，生产过程安全，具有良好的工业化应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及褐煤的干燥提质领域，特别是涉及褐煤干燥系统及其干燥方法。
背景技术
能源与环境是国民经济和社会可持续发展的重要保证。2020年，煤炭在国家能源构成中仍将在60％左右。2050年，煤炭在我国一次能源中的比例仍将占到50％左右。在中国目前已探明的褐煤保有储量中，以内蒙古东北地区最多，约占全国褐煤保有储量的3/4；以云南省为主的西南地区的褐煤储量约占全国的1/5，都被用来直接燃烧发电。褐煤是煤化程度最低的煤种，其主要特点是水分含量高达30～50％，氧含量高达15％～30％，高挥发份含量约50％，热值低(约为14MJ/kg)，低灰熔点、孔隙度大、含有不同数量的腐植酸，化学反应性强，热稳定性差等特点，限制了褐煤的有效利用。高含水的褐煤直接参与燃烧，使得燃烧排烟热损失严重，电厂效率低。由于煤炭价格大部分在于运费，高水分限制了将褐煤向远距离电厂运输。此外，在北方寒冷季节，高水分褐煤在搬运处理各方面都十分困难，怎样提高褐煤在燃烧发电中的竞争力，是广大褐煤发电企业面临的一项技术难题。褐煤发电主要缺点在于其较高的水分含量，因此在电厂已有技术和设备条件下，如何将褐煤脱水与发电高效结合是解决此难题的重要途径之一。
而通过干燥处理降低煤的水分，一方面可以提高热值和能量密度，降低运输成本，另一方面还可以提高下游装置的利用效率，降低设备规模。现阶段国内国外已开发了多种脱水提质工艺，主要分蒸发脱水和非蒸发脱水两类。非蒸发脱水技术将褐煤中水分以液态形式移除，通过高温高压蒸汽(或热油)改变褐煤的物理和化学结构，使之转变成为类似烟煤的脱水提质方法。蒸发脱水技术一般利用高温烟道气或其它余热气体为干燥介质，与褐煤直接接触对其加热，使煤中水分蒸发干燥。目前，主要的褐煤脱水技术有：热干脱水技术，高温高压脱水技术，冷干脱水技术以及真空膨胀脱水技术等。这些褐煤干燥脱水技术由于耗能较大，设备复杂，多处于规模示范阶段，而且运行的复杂和稳定问题阻碍了这些工艺规模化应用。随着褐煤含水量增加，采用常规的干燥技术所需的能耗也相应增加。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种褐煤干燥系统及其干燥方法，以解决褐煤提质过程中能耗高，易粉化，褐煤脱水不充分的问题。
基于上述目的，本发明提供的褐煤干燥系统包括：
粗破装置，用于将褐煤粗破碎至5～50mm；
与所述粗破装置相连的预干燥装置，用于预干燥所述粗破碎后的褐煤，使褐煤的含水量降为15～30％；
与所述预干燥装置相连的干燥破磨一体化装置，用于对所述预干燥后的褐煤同时进行干燥和破磨处理，使褐煤的含水量降为10～25％、粒度降为10～90μm；
与所述干燥破磨一体化装置相连的燃烧锅炉，用于燃烧所述干燥破磨后的褐煤；
与所述燃烧锅炉的热烟气出口相连的除尘装置，用于对热烟气进行除尘处理；
换热装置，所述换热装置的热烟气入口与除尘装置的热烟气出口相连，热烟气出口与干燥破磨一体化装置相连，所述换热装置的冷流体入口与鼓风机相连，冷流体出口燃烧锅炉相连；
粉煤成型装置，所述粉煤成型装置的入口与干燥破磨一体化装置的出口相连，出口与预干燥装置的入口相连。
在本发明的一些实施例中，所述鼓风机还与干燥破磨一体化装置相连，经过所述换热装置的热烟气与空气混合后进入干燥破磨一体化装置。
在本发明的一些实施例中，所述换热装置为管式换热器，热烟气进入管外，空气进入管内，所述换热装置的热烟气入口温度为900～1200℃，热烟气出口温度600～800℃。
在本发明的一些实施例中，所述预干燥装置的预干燥温度为100～150℃。
在本发明的一些实施例中，所述干燥破磨一体化装置的干燥温度为300～400℃，装置中的含氧量为1～8％。
在本发明的一些实施例中，在所述换热装置中，热烟气与冷流体的流速之比是2～3:1。
本发明还提供一种褐煤干燥方法，所述褐煤干燥方法根据上述褐煤干燥系统进行干燥，包括：
褐煤进入粗破装置，褐煤粗破碎至5～50mm，然后进入预干燥装置，与干燥介质进行热交换，使褐煤的含水量降为15～30％；
预干燥后的褐煤进入干燥破磨一体化装置，与干燥介质进行热交换，使褐煤的含水量降为10～25％，同时对褐煤进行破磨处理，使褐煤的粒度降为10～90μm；
干燥破磨后的褐煤进入燃烧锅炉，燃烧褐煤产生的热烟气进入除尘装置，除尘后的热烟气进入换热装置，与冷空气进行热交换；
经过热交换的烟气作为干燥介质分别进入预干燥装置、干燥破磨一体化装置，用于对褐煤进行干燥。
在本发明的一些实施例中，所述干燥破磨后的褐煤一部分进入燃烧锅炉，另一部分进入粉煤成型装置，两者的质量之比为1:4～5。
在本发明的一些实施例中，所述预干燥装置中的预干燥介质的温度为100～150℃，所述干燥破磨一体化装置中的干燥介质的温度为300～400℃的。
所述干燥破磨一体化装置中的含氧量为1～8％，CO2含量小于等于3％。
从上面所述可以看出，本发明提供的褐煤干燥系统及其干燥方法高效快捷，工艺简单，坑口发电中实现褐煤的高效提质利用。该干燥系统和方法不仅提高了资源和能源的利用率，而且减少环境污染，且此褐煤干燥系统较为简单，干燥条件容易实现，生产过程安全，具有良好的工业化应用前景。
附图说明
图1为本发明一个实施例的褐煤干燥系统的结构示意图；
图2为本发明另一个实施例的褐煤干燥系统的结构示意图。
其中：1、粗破装置，2、预干燥装置，3、干燥破磨一体化装置，4、燃烧锅炉，5、粉煤成型机，6、除尘装置，7、换热装置，8、鼓风机，9、点火装置，10、旋风分离器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的褐煤干燥系统，包括：
粗破装置，用于将褐煤粗破碎至5～50mm；
与所述粗破装置相连的预干燥装置，用于预干燥所述粗破碎后的褐煤，使褐煤的含水量降为15～30％；
与所述预干燥装置相连的干燥破磨一体化装置，用于对所述预干燥后的褐煤同时进行干燥和破磨处理，使褐煤的含水量降为10～25％、粒度降为10～90μm；
与所述干燥破磨一体化装置相连的燃烧锅炉，用于燃烧所述干燥破磨后的褐煤；
与所述燃烧锅炉的热烟气出口相连的除尘装置，用于对热烟气进行除尘处理；
换热装置，所述换热装置的热烟气入口与除尘装置的热烟气出口相连，热烟气出口与干燥破磨一体化装置相连，所述换热装置的冷流体入口与鼓风机相连，冷流体出口燃烧锅炉相连；
粉煤成型装置，所述粉煤成型装置的入口与干燥破磨一体化装置的出口相连，出口与预干燥装置的入口相连。
参考图1，其为本发明一个实施例的褐煤干燥系统的结构示意图。作为本发明的一个实施例，本发明提供的褐煤干燥系统包括粗破装置1、预干燥装置2、干燥破磨一体化装置3、燃烧锅炉4、除尘装置6和换热装置7，所述粗破装置1、预干燥装置2、干燥破磨一体化装置3、燃烧锅炉4依次相连，且燃烧锅炉4的热烟气出口与除尘装置6相连，所述换热装置7的热烟气入口与除尘装置6的热烟气出口相连，换热装置7的热烟气出口与干燥破磨一体化装置3相连，换热装置7的冷流体入口与鼓风机8相连，冷流体出口与燃烧锅炉4相连。需要说明的是，所述鼓风机8用于提供冷流体，即空气。
褐煤经除杂后进入粗破装置1，褐煤粗破碎至5～50mm，然后进入预干燥装置2，与温度为100～150℃的预干燥介质进行热交换，褐煤的含水量降为15～30％。所述温度为100～150℃的预干燥介质可以通过在预干燥装置2外加保温层来维持，也可以通过向预干燥装置2通入低温热烟气来调节温度。
预干燥后的褐煤进入干燥破磨一体化装置3，在干燥破磨一体化装置3中，褐煤与温度为300～400℃的干燥介质进行热交换，褐煤的含水量降为10～25％，同时在该装置中将褐煤破磨至10～90μm，并保持装置中的含氧量为1～8％(体积分数)，CO2含量不超过3％(体积分数)。
在本发明的又一个实施例中，可以将经过所述换热装置7的热烟气与空气混合后作为混合干燥介质，通过调节热烟气和空气(例如2.5:1)的介质比例，使该褐煤干燥系统中的CO2含量不超过3％，含氧量低于8％，可降低该干燥系统的防爆系统设计参数，可以不必采用过高的抗暴设计压力和具有大量的防爆门。因此，采用热烟气和空气的混合介质作为干燥介质可保证调节灵活、运行可靠。
经干燥破磨后的褐煤进入燃烧锅炉4，燃烧褐煤产生的热烟气进入除尘装置6，除尘后的热烟气进入换热装置7，与空气进行热交换，其中所述换热装置7的热烟气入口温度为900～1200℃，热烟气出口温度600～800℃。
在所述换热装置7中，热烟气与冷流体的流速之比可以是2～3:1，以保证高效地热交换。
较佳地，所述褐煤干燥系统还包括粉煤成型装置5，所述粉煤成型装置5的入口与干燥破磨一体化装置3的出口相连，所述粉煤成型装置5的气体出口与预干燥装置2的入口相连。粉煤成型装置5用于将干燥破磨后的褐煤成型制得型煤，型煤可以从粉煤成型装置5的固体出口排出。需要说明的是，可以通过控制烟气气流的流速控制进入粉煤成型装置5、燃烧锅炉4的烟气量。
进一步地，所述鼓风机8还与干燥破磨一体化装置3相连，经过所述换热装置7的热烟气与空气(冷流体)混合后进入干燥破磨一体化装置3。因此，鼓风机8出口的空气一部分进入换热装置7进行换热，同时另一部分与经过换热的热烟气混合后进入干燥破磨一体化装置3，以调节进入干燥破磨一体化装置3的烟气温度。经过换热装置7热交换后的热烟气与空气混合后作为300～400℃的干燥介质进入干燥破磨一体化装置3，对褐煤进行干燥，经过热交换后的空气则进入燃烧锅炉4。燃烧锅炉4内部为微负压，使得破磨后的褐煤能够随着干燥介质进入燃烧锅炉4。
优选地，所述换热装置7为管式换热器，经过除尘装置6的热烟气进入管外，热交换后进入干燥破磨一体化装置3，鼓风机提供的空气(冷流体)进入管内，热交换后进入燃烧锅炉4。较佳地，在所述换热装置7与干燥破磨一体化装置3相连的烟气输送管道均设置有测定压力、温度和流量的传感器装置，以便对干燥破磨一体化装置3的烟气(干燥介质)流量进行调节，从而调节各个管路中干燥介质的混合比例。
可选地，所述褐煤干燥系统还包括与燃烧锅炉4相连的点火装置9，用于对锅炉进行点火，使褐煤在燃烧锅炉4中燃烧，产生高温热烟气。
参见图2，其为本发明另一个实施例的褐煤干燥系统的结构示意图，作为本发明的另一个实施例，所述褐煤干燥系统还包括旋风分离器10，所述旋风分离器10的入口与干燥破磨一体化装置3相连，气体出口与预干燥装置2的入口，固体出口粉煤成型装置5相连。经过干燥破磨一体化装置3换热后的烟气粉尘混合物进入旋风分离器10，经过旋风分离后，低温热烟气进入预干燥装置2作为预干燥介质，固体颗粒则进入粉煤成型装置5，用于成型制得型煤。
优选地，所述除尘装置6还可以与预干燥装置2相连，使低温热烟气与少量热烟气进行调节，控制预干燥介质的温度为100～150℃，以提高热烟气的利用率，节省能耗。
本发明还提供一种褐煤干燥方法，所述褐煤干燥方法根据上述褐煤干燥系统进行干燥，包括：
褐煤经除杂后进入粗破装置1，褐煤粗破碎至5～50mm，然后进入预干燥装置2，与温度为100～150℃的预干燥介质进行热交换，褐煤的含水量降为15～30％；
预干燥后的褐煤进入干燥破磨一体化装置3，在干燥破磨一体化装置3中，褐煤与温度为300～400℃的干燥介质进行热交换，褐煤的含水量降为10～25％，同时在该装置中将褐煤破磨至10～90μm，并保持装置中的含氧量为1～7％(体积分数)，CO2含量不超过3％(体积分数)；
经干燥破磨后的褐煤进入燃烧锅炉4，燃烧褐煤产生的热烟气进入除尘装置6，除尘后的热烟气进入换热装置7，与空气进行热交换，其中所述换热装置7的热烟气入口温度为900～1200℃，热烟气出口温度600～800℃；
经过热交换的烟气与空气混合后作为300～400℃的干燥介质进入干燥破磨一体化装置3，对褐煤进行干燥，经过热交换后的空气进入燃烧锅炉4。
需要说明的是，所述温度为100～150℃的预干燥介质可以通过在预干燥装置2外加保温层来维持，也可以通过向预干燥装置2通入少量高温烟道气来调节温度。
优选地，干燥破磨后的褐煤还进入粉煤成型装置5，所述粉煤成型装置5用于压煤粉球。
将本发明提供的褐煤干燥系统及其干燥方法应用于电厂，会起到节能降耗作用。以600MW的机组为例，可以使锅炉的排烟温度由150℃降低到125℃左右，发电机组效率提高约1.3％左右，同时降低干燥系统的辅助动力消耗；对出口乏气进行余热回收，可节煤3.95g/kWh。褐煤在该褐煤干燥系统中的停留时间约为1～3秒，可见该干燥系统的干燥效率高，提高该褐煤干燥系统的经济性。另外，通过该褐煤干燥系统及其干燥方法，可降低CO2、NOX和SO2等污染物的排放。因此，可以提高褐煤电厂的经济性和发电的机组效率。
将本发明提供的部分褐煤粉半焦进行成型后得到的型煤，可提高其经济效益，并能长距离运输。以1万t/a型煤为例计算其经济效益，该型煤生产采用粘结剂湿法冷压成型工艺，该项目投资估算660万元，内部收益率为40.39％，投资回收期为2.03年，正常年份可获利税287.03余万元。褐煤半焦成型，可提高资源的能量密度和实现低品质煤的远距离运输，从而符合国家西部大开发的大政方针，有利于优化能源结构、减少环境污染、提高能源效率，对促进地方经济发展和社会进步具有重大的现实意义。
如上所述，本发明与现有技术相比，具有以下优点及效果：
1.在该装置中，以热烟气和空气的混合介质作为干燥介质，使该褐煤干燥系统中的CO2含量不超过3％，含氧量低于8％，因此可降低该干燥系统的防爆系统设计参数，可以不必采用过高的抗暴设计压力和具有大量的防爆门，采用高温炉烟和热风作为干燥可保证调节灵活、运行可靠；而且采用热烟气和空气的混合介质作为干燥介质，烟气温度和褐煤颗粒温度都降到了较低的水平，保证了设备平稳运行的安全性
2.在该褐煤干燥系统中，由于一次风中含有大量的炉烟，可降低燃烧炉出口的理论燃烧温度，使炉膛结渣的可能性降低，并降低NOx的生成。
3.采用燃前褐煤快速干燥-破磨一体化的干燥方法，将褐煤干燥与破磨相结合，使得该工艺流程短，操作简单，处理量大，从而提高生产效率；
4.褐煤经快速干燥后，提高褐煤热值；同时煤质表面有机官能团性质及煤中水的物理性能会改变，使得褐煤燃烧稳定；原煤的全水分是35％，发热量为12.68(Qnet，ad/MJ/kg)，经过干燥后的水分降低至5～7％(空干基)，热值提高至18.01(Qnet，ad/MJ/kg)，提高褐煤的可燃性。
本发明提供的褐煤干燥系统及其干燥方法高效快捷，工艺简单，坑口发电中实现褐煤的高效提质利用。该干燥系统和方法不仅提高了资源和能源的利用率，而且减少环境污染，且此褐煤干燥系统较为简单，干燥条件容易实现，生产过程安全，具有良好的工业化应用前景。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种褐煤干燥系统，其特征在于，包括：
粗破装置，用于将褐煤粗破碎至5～50mm；
与所述粗破装置相连的预干燥装置，用于预干燥所述粗破碎后的褐煤，使褐煤的含水量降为15～30％；所述预干燥装置的预干燥温度为100～150℃；
与所述预干燥装置相连的干燥破磨一体化装置，用于对所述预干燥后的褐煤同时进行干燥和破磨处理，使褐煤的含水量降为10～25％、粒度降为10～90μm；所述干燥破磨一体化装置的干燥温度为300～400℃，装置中的含氧量的体积分数为1～8％；
与所述干燥破磨一体化装置相连的燃烧锅炉，用于燃烧所述干燥破磨后的褐煤；
与所述燃烧锅炉的热烟气出口相连的除尘装置，用于对热烟气进行除尘处理；
换热装置，所述换热装置的热烟气入口与除尘装置的热烟气出口相连，热烟气出口与干燥破磨一体化装置相连，所述换热装置的冷流体入口与鼓风机相连，冷流体出口燃烧锅炉相连；
粉煤成型装置，所述粉煤成型装置的入口与干燥破磨一体化装置的出口相连，气体出口与预干燥装置的入口相连。
2.根据权利要求1所述的褐煤干燥系统，其特征在于，所述鼓风机还与干燥破磨一体化装置相连，经过所述换热装置的热烟气与空气混合后进入干燥破磨一体化装置。
3.根据权利要求1所述的褐煤干燥系统，其特征在于，所述换热装置为管式换热器，热烟气进入管外，空气进入管内，所述换热装置的热烟气入口温度为900～1200℃，热烟气出口温度600～800℃。
4.根据权利要求1所述的褐煤干燥系统，其特征在于，在所述换热装置中，热烟气与冷流体的流速之比是2～3:1。
5.一种采用权利要求1～4中任意一项所述的褐煤干燥系统的褐煤干燥方法，其特征在于，包括：
褐煤进入粗破装置，褐煤粗破碎至5～50mm，然后进入预干燥装置，与干燥介质进行热交换，使褐煤的含水量降为15～30％；
预干燥后的褐煤进入干燥破磨一体化装置，与干燥介质进行热交换，使褐煤的含水量降为10～25％，同时对褐煤进行破磨处理，使褐煤的粒度降为10～90μm；
干燥破磨后的褐煤进入燃烧锅炉，燃烧褐煤产生的热烟气进入除尘装置，除尘后的热烟气进入换热装置，与冷空气进行热交换；
经过热交换的烟气作为干燥介质进入干燥破磨一体化装置，用于对褐煤进行干燥；
干燥破磨后的褐煤进入粉煤成型装置，制得型煤，型煤从粉煤成型装置的固体出口排出，粉煤成型装置中的气体进入预干燥装置中。
6.根据权利要求5所述的褐煤干燥方法，其特征在于，所述干燥破磨后的褐煤一部分进入燃烧锅炉，另一部分进入粉煤成型装置，两者的质量之比为1:4～5。
7.根据权利要求5所述的褐煤干燥方法，其特征在于，所述预干燥装置中的预干燥介质的温度为100～150℃，所述干燥破磨一体化装置中的干燥介质的温度为300～400℃。
8.根据权利要求5所述的褐煤干燥方法，其特征在于，所述干燥破磨一体化装置中的含氧量的体积分数为1～8％，CO2含量的体积分数小于等于3％。
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