CN105327765A - 一种高水分低阶煤制粉与水回收系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高水分低阶煤制粉与水回收系统，包括煤粉碎装置、过滤器(5)、循环风机(6)、煤粉仓(19)、澄清槽(20)、热泵循环装置和过滤器反冲洗装置；所述的煤粉碎装置与所述的过滤器(5)相连，所述的过滤器(5)分别与煤粉仓(19)、热泵循环装置以及过滤器反冲洗装置连接，并在过滤器(5)与热泵循环装置之间设置循环风机(6)，所述的澄清槽(20)连接所述热泵循环装置，热泵循环装置连接过滤器反冲洗装置，待处理高水分低阶煤通过煤粉碎装置处理后，所得煤/气混合物经过滤器(5)过滤，煤粉收集入煤粉仓(19)，过滤后的气体经循环风机(6)送入热泵循环装置回收水分。与现有技术相比，本发明节能、节水，安全无污染。

Description

一种高水分低阶煤制粉与水回收系统及方法
技术领域
本发明涉及高水分低阶煤的干燥粉化领域，具体涉及一种高水分低阶煤制粉与水回收系统及方法
背景技术
高水分低阶煤包括泥煤、褐煤、长焰煤、不粘煤等，其主要特点是高水分(收到基水分含量高达20％～50％)、高挥发分、高灰分，占我国煤炭储量50％以上，而且主要分布在新疆省和内蒙古自治区。发展低阶煤高效清洁利用是我国当前能源政策鼓励发展的项目之一。
以煤气化技术为龙头的现代煤化工(如煤制烯烃、煤制天然气等)是目前我国大规模就地高效清洁转化煤炭的关键产业。其中，气化技术可分为固定床、流化床和气流床，其中气流床是现代煤化工主流的气化技术，按进料状态，气流床煤气化技术又可分为水煤浆气化技术和干粉煤气化技术。水煤浆需要原料煤有较好的成浆性能，而高水分低阶煤成浆性能较差，不适合水煤浆气化。干燥制粉对原料煤基本无特殊要求，因此，高水分低阶煤更适合干粉气化。
我国高水分低阶煤的主产区基本都是水资源匮乏的地方，现代煤化工又是高水耗产业，因此，合理回收利用高水分低阶煤中所含有的水分对于这些产煤地发展煤化工产业至关重要。
高水分低阶煤采用气流床干粉气化技术首先需要进行预干燥脱水，然后再磨煤干燥制粉，这样有利于节约能源和充分回收高水分低阶煤中的水分。
发明专利CN103146454没有回收磨煤干燥单元水分蒸发潜热，有放空气体，造成大气污染和资源浪费，且空气和燃料燃烧产生惰性气体，一般都是采取空气过量以保证燃料完全燃烧，因此，其干燥系统中惰性气体中一定含有残存的氧气，一般需要安装在线氧气监测仪并通入纯惰性气体进行氧含量的调节，以保证系统运行中氧气含量小于粉尘爆炸下限；但是有氧气存，操作稍有不慎，该系统仍然是时刻存在粉尘爆炸的可能。又如发明专利CN103146454中所涉及的磨煤干燥系统也采用了热烟气作为干燥介质，虽然热烟气是一种廉价易得的干燥介质，但其温度高且氧含量高，若系统控制不好，均会发生爆炸。此外，现存大多技术均通过部分放空部分惰性气体以控制干燥气体的湿含量，这会造成大气污染和资源浪费。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种节能、节水、安全可靠的高水分低阶煤干燥制粉与水回收系统及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种高水分低阶煤制粉与水回收系统，该系统包括煤粉碎装置、过滤器(5)、循环风机(6)、煤粉仓(19)、澄清槽(20)、热泵循环装置和过滤器反冲洗装置；
所述的煤粉碎装置与所述的过滤器(5)相连，所述的过滤器(5)分别与煤粉仓(19)、热泵循环装置以及过滤器反冲洗装置连接，并在过滤器(5)与热泵循环装置之间设置循环风机(6)，所述的澄清槽(20)连接所述热泵循环装置，热泵循环装置连接过滤器反冲洗装置，待处理高水分低阶煤通过煤粉碎装置处理后，所得煤/气混合物经过滤器(5)过滤，得到的煤粉收集入煤粉仓(19)，过滤后的气体经循环风机(6)送入热泵循环装置回收水分，收集于澄清槽(20)中，并通过所述过滤器反冲洗装置对过滤器(5)进行反冲洗，同时平衡高水分低阶煤制粉与水回收系统中的气体流量。
所述的煤粉碎装置包括依次连接的煤储仓、破碎机、干燥组件和磨煤机，该磨煤机连接所述过滤器；
所述的热泵循环装置包括依次循环连接的蒸发器、压缩机、冷凝器、散热器和节流阀，该节流阀循环连接至蒸发器；所述的蒸发器分别连接循环风机和澄清槽，所述冷凝器经过一加热器与所述的磨煤机相连。
所述的破碎机将高水分低阶煤破碎至粒径大小为0.1～10mm的颗粒；
所述的干燥组件为现有多级低阶煤干燥系统,例如可采用专利CN102519224B中所公开的多级低阶煤干燥系统，其产生的低压饱和蒸汽作为所述加热器的热源。
所述的磨煤机为内部设有旋风分离器，经破碎干燥后的煤颗粒在磨煤机中进行研磨，得到合格粉煤，符合气化进料要求，其中粒径<90μm的粉煤占总量的90％以上，而粒径<5μm的粉煤含量不大于总量的10％。
所述的过滤器为防静电、防结露和防自燃的袋式收集过滤器。
所述的蒸发器管程的入口与所述的循环风机的出口相连，蒸发器管程的第一出口与所述的冷凝器管程的入口相连，蒸发器管程的第二出口与澄清槽的入口连接，蒸发器的壳程入口与所述的节流阀的出口相连，蒸发器的壳程出口与所述的压缩机入口相连，所述的压缩机的出口与所述冷凝器壳程入口相连，所述的冷凝器壳程的出口连接散热器的入口，散热器的出口连接节流阀的入口，节流阀的入口连接蒸发器壳程的入口。
所述的蒸发器和冷凝器均为热管换热器；所述的热泵循环装置采用的制冷介质包括R124、R142b、R22、R134a、R123或R717。
所述的过滤器反冲洗装置包括依次连接的惰性气体储罐、加压风机、阀b、惰性气体洗罐和阀c，所述的惰性气体储罐连接所述热泵循环装置，并在其连接管路上设有阀a，所述的阀c连接所述过滤器，该过滤器反冲洗装置通过压差控制系统自动完成，操作方式为间歇操作方式。
所述的惰性气体储罐中充有惰性气体，该惰性气体包括N2、CO2、Ar，其纯度≥95％，惰性气体中的O2浓度≤6％，整个制粉干燥系统无废气排出，所述的惰性气体在开车时一次注入。干燥过程产生的水分可通过热泵系统冷凝分离后回收，且可同时回收部分水的气化潜热。
一种上述的高水分低阶煤制粉与水回收系统的方法，包括以下几个步骤：
(1)储存于煤储仓中的高水分低阶煤经破碎机破碎，然后送至干燥组件中进行预干燥，干燥组件出口的低阶煤水分降至10％～15％；
(2)将步骤(1)干燥后的煤颗粒送至磨煤机，被从加热器送来的温度为90～150℃的热惰性干燥气体干燥，并碾磨成煤粉，煤粉和惰性干燥气体混合物一起被送到磨煤机上部，经旋风分离器分离，其中合格的煤粉随干燥气体一起进入过滤器进行煤/气分离，过滤下来的大颗粒煤粉重新返回到磨煤机中继续碾磨；在磨煤机下部，未被碾磨的石块、木块等从磨煤机的排矸孔排出；
(3)进入过滤器的煤粉和惰性干燥气体混合物，经过滤后，煤粉被收集入煤粉仓备用，干燥气体中固体含量低于10mg/Nm3，温度为85～125℃，被循环风机抽出送至所述的蒸发器的管程中；
(4)步骤(3)所得的干燥气体在所述的蒸发器的管程中间接冷却至40～60℃，冷凝下来的凝结水被送至澄清槽备用，未被冷凝的干燥气体进入所述的冷凝器；同时，制冷剂在蒸发器中蒸发并吸收了凝结水的潜热，得到的制冷剂气体经过压缩机压缩后被送至冷凝器加热干燥气体，同时，制冷剂被冷凝为液体，再进一步经过散热器进行冷却，然后经节流阀送至蒸发器进行下一次循环；
(5)将步骤(4)中未冷凝的干燥气体在冷凝器中加热至70～90℃，进入所述的加热器中进行进一步加热，以满足磨煤机入口干燥气体温度要求；
(6)当过滤器压差过大时，通过一压差控制系统控制过滤器反冲洗装置对过滤器(5)进行反吹洗，并平衡高水分低阶煤制粉与水回收系统中的气体的流量。
所述的高水分低阶煤包括泥煤、褐煤、长焰煤或不粘煤，其中的水分含量为20％～50％。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几方面：
(1)本发明采用的惰性干燥气体闭式循环利用，无放空，环境友好；
(2)本发明采用的干燥温度低(惰性气体温度不大于150℃)，含氧量低，干燥过程安全；
(3)本发明增加热泵循环装置，可回收干燥过程中水分的蒸发潜热，节能；
(4)本发明在得到可进行煤气化反应的煤粉的同时，可回收高水分煤中大部分水分，节水。
附图说明
图1为本发明的连接示意图。
其中，1为煤储仓，2为破碎机，3为干燥组件，4为磨煤机，5为过滤器，6为循环风机，7为蒸发器，8为冷凝器，9为加热器，10为压缩机，11为散热器，12为节流阀，13为阀a，14为惰性气体储罐，15为加压风机，16为阀b，17为惰性气体洗罐，18为阀c，19为粉煤仓，20为澄清槽，21为粉煤，22为凝结水。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示的一种高水分低阶煤制粉与水回收系统，包括煤粉碎装置、过滤器5、循环风机6、煤粉仓19、澄清槽20、热泵循环装置、过滤器反冲洗装置；其中煤粉碎装置包括煤储仓1、破碎机2、干燥组件3和磨煤机4，热泵循环装置包括蒸发器7、冷凝器8、压缩机10、散热器11和节流阀12，过滤器反冲洗装置包括惰性气体储罐14、加压风机15、阀b16、惰性气体洗罐17和阀c18。
煤储仓1出口连接破碎机2的入口，破碎机2的出口连接干燥组件3的入口，干燥组件3的出口连接磨煤机4的第一入口，磨煤机4的出口连接过滤器5的第一入口，惰性气体洗罐17的出口通过阀c18连接过滤器5的第二入口，过滤器5的第一出口连接循环风机6的入口，过滤器5的第二出口连接粉煤仓19的入口，循环风机6的出口连接蒸发器7管程的入口，蒸发器7管程的第一出口连接冷凝器8管程的入口，蒸发器7管程的第二出口连接澄清槽20的入口，冷凝器8管程的出口分别通过三通连接加热器9的入口和惰性气体储罐14的入口，并在和惰性气体储罐14的连接管道上设置阀a13，加热器9的出口连接磨煤机4的第二入口，蒸发器7壳程的出口连接压缩机10的入口，压缩机10的出口连接冷凝器8壳程的入口，冷凝器8壳程的出口连接散热器11的入口，散热器11的出口连接节流阀12的入口，节流阀12的入口连接蒸发器7壳程的入口。惰性气体储罐14的出口连接加压风机15的入口，加压风机15的出口通过阀b16连接惰性气体洗罐17的入口。
上述高水分低阶煤干燥制粉与水回收系统的应用方法，包括以下步骤：
(1)储存于煤储仓1中的水分含量约为20％的低阶煤经破碎机2破碎得到粒径为0.1～10mm的低阶煤颗粒，然后送至干燥组件3中进行预干燥，干燥组件3为一种多级干燥设备(采用专利CN102519224B中所公开的多级低阶煤干燥系统)，干燥组件3出口的低阶煤水分降至10％；
(2)预干燥后的低阶煤颗粒送至磨煤机4，被从加热器9送来的温度为90℃的热惰性干燥气体干燥，碾磨成细粉的煤粒经热惰性干燥气体干燥后，煤粉和干燥气体混合物一起被送到磨煤机4上部，经旋风分离器分离，合格的煤粉随干燥气体一起进入过滤器5进行煤/气分离，所得煤粉的含水率为0.1～2％，不合格的大颗粒煤粉重新返回到磨煤机4中继续碾磨，在磨煤机4下部，未被碾磨的石块、木块等从磨煤机4的排矸孔排出；
(3)进入过滤器5的煤/气混合物，经过滤后，煤粉21被收集入煤粉仓19备用。经过滤后的干燥气体中固体含量低于10mg/Nm3，被循环风机6抽出，送至蒸发器7管程中，温度为85℃；
(4)为了收集干燥过程中热惰性干燥气体中的水分及其蒸发潜热，循环的惰性干燥气体被蒸发器7间接冷却至40℃，冷凝下来的凝结水22被送至澄清槽20备用，未被冷凝的干燥气体进入所述的冷凝器8的管程；与此同时，制冷剂在蒸发器7中蒸发并吸收了凝结水的潜热，制冷剂气体经过压缩机10压缩后被送至冷凝器8加热干燥气体，同时，制冷剂被冷凝为液体，再进一步经过过散热器11进行冷却，然后经节流阀12送至蒸发器7进行下一次循环；
(5)步骤(4)中未被冷凝的干燥气体送入冷凝器8的管程，被冷凝器8加热至70℃，然后将干燥气体进入加热器9进行进一步加热至90℃，以满足磨煤机4入口干燥气体温度要求；
(6)过滤器5运行一段时间后会因为固体颗粒的附着而使其压差增大，因此需要对过滤器5进行反吹洗，此操作过程通过压差控制系统自动控制过滤器反冲洗装置的启动来完成；此外，通过阀a13、惰性气体储罐14、加压风机15、阀b16、惰性气体冲洗罐17、阀c18组成过滤器的反冲洗装置来平衡干燥制粉循环系统气体的流量。
最终，通过本实施例中的高水分低阶煤制粉与水回收系统及方法，得到了符合粉煤气化进料要求的煤粉，并且惰性干燥气体闭式循环利用，无放空，环境友好，同时可回收干燥过程中水分及其蒸发潜热，节能节水，特别适合于我国新疆省和内蒙古自治区等缺水地区。
实施例2
采用与实施例1相同的高水分低阶煤制粉与水回收系统及方法，在操作方法上做出调整，调整如下：
(1)煤储仓中的低阶煤的水分含量约为50％，经粉碎、干燥后的煤颗粒的水分降至15％；
(2)磨煤机中加入的干燥气体的温度为150℃；
(3)经过滤器的干燥气体被送入蒸发器的管程中，温度为125℃；
(4)循环的惰性干燥气体被蒸发器间接冷却至60℃；
(5)步骤(4)中未被冷凝的干燥气体送入冷凝器的管程，被冷凝器加热至90℃，然后将干燥气体进入加热器进行进一步加热至150℃。
最终，通过本实施例中的高水分低阶煤制粉与水回收系统及方法，得到了符合粉煤气化进料要求的煤粉，并且惰性干燥气体闭式循环利用，无放空，环境友好，同时可回收干燥过程中水分及其蒸发潜热，节能节水，特别适合于我国新疆省和内蒙古自治区等缺水地区。
实施例3
采用与实施例1相同的高水分低阶煤制粉与水回收系统及方法，在操作方法上做出调整，调整如下：
(1)煤储仓中的低阶煤的水分含量约为30％，经粉碎、干燥后的煤颗粒的水分降至12％；
(2)磨煤机中加入的干燥气体的温度为120℃；
(3)经过滤器的干燥气体被送入蒸发器的管程中，温度为100℃；
(4)循环的惰性干燥气体被蒸发器间接冷却至50℃；
(5)步骤(4)中未被冷凝的干燥气体送入冷凝器的管程，被冷凝器加热至80℃，然后将干燥气体进入加热器进行进一步加热至120℃。
最终，通过本实施例中的高水分低阶煤制粉与水回收系统及方法，得到了符合粉煤气化进料要求的煤粉，并且惰性干燥气体闭式循环利用，无放空，环境友好，同时可回收干燥过程中水分及其蒸发潜热，节能节水，特别适合于我国新疆省和内蒙古自治区等缺水地区。

Claims (9)

1.一种高水分低阶煤制粉与水回收系统，其特征在于，该系统包括煤粉碎装置、过滤器(5)、循环风机(6)、煤粉仓(19)、澄清槽(20)、热泵循环装置和过滤器反冲洗装置；
所述的煤粉碎装置与所述的过滤器(5)相连，所述的过滤器(5)分别与煤粉仓(19)、热泵循环装置以及过滤器反冲洗装置连接，并在过滤器(5)与热泵循环装置之间设置循环风机(6)，所述的澄清槽(20)连接所述热泵循环装置，热泵循环装置连接过滤器反冲洗装置，待处理高水分低阶煤通过煤粉碎装置处理后，所得煤/气混合物经过滤器(5)过滤，得到的煤粉收集入煤粉仓(19)，过滤后的气体经循环风机(6)送入热泵循环装置回收水分，收集于澄清槽(20)中，并通过所述过滤器反冲洗装置对过滤器(5)进行反冲洗，同时平衡高水分低阶煤制粉与水回收系统中的气体流量。
2.根据权利要求1所述的一种高水分低阶煤制粉与水回收系统，其特征在于，所述的煤粉碎装置包括依次连接的煤储仓(1)、破碎机(2)、干燥组件(3)和磨煤机(4)，该磨煤机(4)连接所述过滤器(5)；
所述的热泵循环装置包括依次循环连接的蒸发器(7)、压缩机(10)、冷凝器(8)、散热器(11)和节流阀(12)，该节流阀(12)循环连接至蒸发器(7)；所述的蒸发器(7)分别连接循环风机(6)和澄清槽(20)，所述冷凝器(8)经过一加热器(9)与所述的磨煤机(4)相连。
3.根据权利要求2所述的一种高水分低阶煤制粉与水回收系统，其特征在于，所述的破碎机(2)将高水分低阶煤破碎至粒径大小为0.1～10mm的颗粒；
所述的干燥组件(3)为现有多级低阶煤干燥系统，其产生的低压饱和蒸汽作为所述加热器(9)的热源；
所述的磨煤机(4)内部设有旋风分离器，经破碎干燥后的煤颗粒在磨煤机中进行研磨，得到合格粉煤，符合气化进料要求，其中粒径<90μm的粉煤占总量的90％以上，而粒径<5μm的粉煤含量不大于总量的10％，含水率为0.1％～2％。
4.根据权利要求2所述的一种高水分低阶煤制粉与水回收系统，其特征在于，所述的蒸发器(7)管程的入口与所述的循环风机(6)的出口相连，蒸发器(7)管程的第一出口与所述的冷凝器(8)管程的入口相连，蒸发器(7)管程的第二出口与澄清槽(20)的入口连接，蒸发器(7)的壳程入口与所述的节流阀(12)的出口相连，蒸发器(7)的壳程出口与所述的压缩机(10)入口相连，所述的压缩机(10)的出口与所述冷凝器(8)壳程入口相连，所述的冷凝器(8)壳程的出口连接散热器(11)的入口，散热器(11)的出口连接节流阀(12)的入口，节流阀(12)的入口连接蒸发器(7)壳程的入口。
5.根据权利要求2所述的一种高水分低阶煤制粉与水回收系统，其特征在于，所述的蒸发器(7)和冷凝器(8)均为热管换热器；所述的热泵循环装置采用的制冷介质包括R124、R142b、R22、R134a、R123或R717。
6.根据权利要求1所述的一种高水分低阶煤制粉与水回收系统，其特征在于，所述的过滤器反冲洗装置包括依次连接的惰性气体储罐(14)、加压风机(15)、阀b(16)、惰性气体洗罐(17)和阀c(18)，所述的惰性气体储罐(14)连接所述热泵循环装置，并在其连接管路上设有阀a(13)，所述的阀c(18)连接所述过滤器(5)。
7.根据权利要求7所述的一种高水分低阶煤制粉与水回收系统，其特征在于，所述的惰性气体储罐(14)中充有惰性气体，该惰性气体包括N2、CO2、Ar，其纯度≥95％，惰性气体中的O2浓度≤6％，所述的惰性气体在开车时一次注入。
8.一种采用权利要求1～7所述的高水分低阶煤制粉与水回收系统的方法，其特征在于，该方法包括以下几个步骤：
(1)储存于煤储仓(1)中的高水分低阶煤经破碎机(2)破碎，然后送至干燥组件(3)中进行预干燥，干燥组件(3)出口的低阶煤水分降至10％～15％；
(2)将步骤(1)干燥后的煤颗粒送至磨煤机(4)，被从加热器(9)送来的温度为90～150℃的热惰性干燥气体干燥，并碾磨成煤粉，煤粉和惰性干燥气体混合物一起被送到磨煤机(4)上部，经旋风分离器分离，其中合格的煤粉随干燥气体一起进入过滤器(5)进行煤/气分离，过滤下来的大颗粒煤粉重新返回到磨煤机(4)中继续碾磨；
(3)进入过滤器(5)的煤粉和惰性干燥气体混合物，经过滤后，煤粉被收集入煤粉仓(19)备用，干燥气体中固体含量低于10mg/Nm3，温度为85～125℃，被循环风机(6)抽出送至所述的蒸发器(7)的管程中；
(4)步骤(3)所得的干燥气体在所述的蒸发器(7)的管程中间接冷却至40～60℃，冷凝下来的凝结水被送至澄清槽(20)备用，未被冷凝的干燥气体进入所述的冷凝器(8)；同时，制冷剂在蒸发器(7)中蒸发并吸收了凝结水的潜热，得到的制冷剂气体经过压缩机(10)压缩后被送至冷凝器(8)加热干燥气体，同时，制冷剂被冷凝为液体，再进一步经过过散热器(11)进行冷却，然后经节流阀(12)送至蒸发器(7)进行下一次循环；
(5)将步骤(4)中未冷凝的干燥气体在冷凝器(8)中加热至70～90℃，进入所述的加热器(9)中进行进一步加热，以满足磨煤机(4)入口干燥气体温度要求；
(6)当过滤器(5)压差过大时，通过一压差控制系统控制过滤器反冲洗装置对过滤器(5)进行反吹洗，并平衡高水分低阶煤制粉与水回收系统中的气体的流量。
9.根据权利要求8所述的一种高水分低阶煤制粉与水回收方法，其特征在于，所述的高水分低阶煤包括泥煤、褐煤、长焰煤或不粘煤，其中的水分含量为20％～50％。
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